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摘 要：为了保障农村地区饮用水安全，开展了混凝/超滤工艺处理分散地表水源研究。以常规混凝对水源水进行预处理，利用超濾进行深度处理，从而强化对水中污染物的去除，并保持超滤的运行稳定性。实验结果表明：超滤能够高效控制农村水源主要存在的微生物和胶体污染，使出水低于0.1NTU；同时超滤通量可以长期保持在6.5LMH，膜污染具有很好的可逆性好，总阻力中可逆膜污染占比高达83.6%。
关键词：超滤 混凝 农村供水水 膜污染
中图分类号：TU991 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2017）10（b）-0122-02
饮用水一直是人类社会存在和发展过程中不可或缺的基础资源。由于农村生活垃圾处理不不当和化肥、农药的过度使用，农村地区水环境污染日益严重，农村居民的饮水安全得不到保障。依靠高效的固液分离能力，超滤技术已在城市饮用水处理行业得到越来越多的应用。对于农村地区，由于幅员辽阔和人口分散等特点，农村供水存在的显著特征是分散，难以集中供水。因此，明显不同于城市水厂，超滤技术在农村地区的应用需根据农村供水的显著特征，进行合理的组合工艺遴选。本研究以农村供水作为研究对象，考察混凝/超滤对典型污染物的去除效能及稳定性，为解决农村分散供水提供技术支撑。
1 材料和方法
1.1 原水水质
原水浊度在50.7～72.8NTU之间；原水存在较为严重有机污染现象；UV254和溶解性有机碳浓度分别在0.125～0.197cm-1和5.3～7.6mg/L之间。
1.2 混凝超滤系统
该工艺有机耦合超滤与混凝两种技术，完成了一体化饮用水处理装置设备化。研究过程包括两个阶段：（1）混凝/沉淀：利用六联搅拌器模拟混凝过程，混凝郭宝成包括快速搅拌1min，再经中速搅拌5min、慢速搅拌10min，静沉30min；考察的投加量范围包括0、3、6、8和118mg/L硫酸铝。实验结果进行取样，测定工艺出水中的UV254浊度。（2）超滤过程，采用聚氯乙烯材质超滤，0.17m2膜面积，组件类型为平板式；按照最佳混凝剂投加量进行连续运行30d，同时检测膜污染累积情况和通量变化情况。
1.3 分析测试方法
采用马尔文粒度仪MS2000分析水中颗粒的粒径分布；采用HACH 2100N浊度仪测定水样的浊度；采用北京普析T6的紫外分光光度计测定水源的UV254；采用德国耶拿 （TOC分析仪）测定水中有机物含量。
2 实验结果和分析
2.1 混凝过程优化
如图1所示，在混凝模拟过程中，原水中浊度去除效果随着硫酸铝投加量的增加而逐渐增强：当硫酸铝投加量在16、19和22mg/L的情况下，混凝出水的浊度下降至1.2、1.2和0.12NTU。如果继续增加硫酸铝投加量，混凝预处理对浊度去除效果有所下降。这说明在过量硫酸铝投加时水中胶体颗粒可能出现重新稳定的过程，因此过量投加硫酸铝不利于混凝处理。所以应根据水质情况确定硫酸铝投加量。
由如图1所示，在混凝模拟过程中，原水中有机物去除效果随着硫酸铝投加量的增加而逐渐增强：当硫酸铝投加分别为16、19、22、27mg/L和37mg/L时，UV254去除率分别达到：64%、69%、69%、73%和75%。在硫酸铝投加量接近37mg/L的情况下，混凝预处理对有机物去除率最大。由以上数据分析可以知道，混凝预处理该地表水源的最适宜硫酸铝投加量为22mg/L。
2.2 混凝对超滤膜污染的影响
超滤膜处理混凝预处理的地表水的过程中通量和阻力分布情况：在超滤系统运行初期，膜通量由30LMH下降到5.5LMH，这说明尽管混凝过程能减少原水中的颗粒污染物，但水中残留的溶解性有机物仍然会导致膜孔堵塞，引起膜污染；然而到了第10天以后，超滤膜比通量通量有所上升，这可能是因为超滤膜表面截留了大量微生物，这些微生物会降解部分污染，使得滤饼层呢个变得疏松。超滤后期，膜通量逐渐变稳定，通量稳定在6.5LMH，膜污染接近临界值。
通过对运行过程中膜污染现象分析可知，滤饼层阻力占总阻力的84%，这说明不可逆阻力以及膜本身的阻力对整体膜污染的影响较小，占总阻力比例分别为9%和7%；物理清洗难以消除的可逆不可逆膜污染仅仅占总阻力的2%。所以超滤过程中主要的膜污染是膜表面疏松结构滤饼层。研究过程中测定了滤饼层的生物量为74±3.9mmol ATP/m2，多糖是滤饼层中EPS的主要组成部分，占到EPS总量的86.7%。这是由于进水中的溶解性有机物被微生物降解，从而转化为多糖、蛋白质等大分子有机物被超滤膜截留。因此，系统中微生物可以起到强化溶解性有机物去除，但受限于微生物量的条件，去除效果不明显，仍以混凝起主导。
3 结论
（1）混凝/超滤组合工艺应用于处理农村水源可实现低通量（6.5LMH）稳定运行；除污染效能较好，有机物和浊度去除分别达到41%、99%以上，混凝预处理具有重要作用。
（2）膜表面污染物中存在的微生物可以讲解部分有机物，从而强化了超滤膜去除有机污染物的能力。
（3）超滤处理混凝出水过程中，水力不可逆阻力占总阻力比例低于2%，可逆的滤饼层污染占比超过85%。
参考文献
[1] 裴亮，董波，姚秉华，等.超滤与粉末活性炭组合工艺处理饮用水[J].工业用水与废水，2007（4）：24-27.
[2] 孙丽华，吕谋，李圭白.混凝/砂滤/超滤组合工艺对水中颗粒物质的去除[J].青岛理工大学学报，2006（5）：74-77.
关键词：超滤 混凝 农村供水水 膜污染
中图分类号：TU991 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2017）10（b）-0122-02
饮用水一直是人类社会存在和发展过程中不可或缺的基础资源。由于农村生活垃圾处理不不当和化肥、农药的过度使用，农村地区水环境污染日益严重，农村居民的饮水安全得不到保障。依靠高效的固液分离能力，超滤技术已在城市饮用水处理行业得到越来越多的应用。对于农村地区，由于幅员辽阔和人口分散等特点，农村供水存在的显著特征是分散，难以集中供水。因此，明显不同于城市水厂，超滤技术在农村地区的应用需根据农村供水的显著特征，进行合理的组合工艺遴选。本研究以农村供水作为研究对象，考察混凝/超滤对典型污染物的去除效能及稳定性，为解决农村分散供水提供技术支撑。
1 材料和方法
1.1 原水水质
原水浊度在50.7～72.8NTU之间；原水存在较为严重有机污染现象；UV254和溶解性有机碳浓度分别在0.125～0.197cm-1和5.3～7.6mg/L之间。
1.2 混凝超滤系统
该工艺有机耦合超滤与混凝两种技术，完成了一体化饮用水处理装置设备化。研究过程包括两个阶段：（1）混凝/沉淀：利用六联搅拌器模拟混凝过程，混凝郭宝成包括快速搅拌1min，再经中速搅拌5min、慢速搅拌10min，静沉30min；考察的投加量范围包括0、3、6、8和118mg/L硫酸铝。实验结果进行取样，测定工艺出水中的UV254浊度。（2）超滤过程，采用聚氯乙烯材质超滤，0.17m2膜面积，组件类型为平板式；按照最佳混凝剂投加量进行连续运行30d，同时检测膜污染累积情况和通量变化情况。
1.3 分析测试方法
采用马尔文粒度仪MS2000分析水中颗粒的粒径分布；采用HACH 2100N浊度仪测定水样的浊度；采用北京普析T6的紫外分光光度计测定水源的UV254；采用德国耶拿 （TOC分析仪）测定水中有机物含量。
2 实验结果和分析
2.1 混凝过程优化
如图1所示，在混凝模拟过程中，原水中浊度去除效果随着硫酸铝投加量的增加而逐渐增强：当硫酸铝投加量在16、19和22mg/L的情况下，混凝出水的浊度下降至1.2、1.2和0.12NTU。如果继续增加硫酸铝投加量，混凝预处理对浊度去除效果有所下降。这说明在过量硫酸铝投加时水中胶体颗粒可能出现重新稳定的过程，因此过量投加硫酸铝不利于混凝处理。所以应根据水质情况确定硫酸铝投加量。
由如图1所示，在混凝模拟过程中，原水中有机物去除效果随着硫酸铝投加量的增加而逐渐增强：当硫酸铝投加分别为16、19、22、27mg/L和37mg/L时，UV254去除率分别达到：64%、69%、69%、73%和75%。在硫酸铝投加量接近37mg/L的情况下，混凝预处理对有机物去除率最大。由以上数据分析可以知道，混凝预处理该地表水源的最适宜硫酸铝投加量为22mg/L。
2.2 混凝对超滤膜污染的影响
超滤膜处理混凝预处理的地表水的过程中通量和阻力分布情况：在超滤系统运行初期，膜通量由30LMH下降到5.5LMH，这说明尽管混凝过程能减少原水中的颗粒污染物，但水中残留的溶解性有机物仍然会导致膜孔堵塞，引起膜污染；然而到了第10天以后，超滤膜比通量通量有所上升，这可能是因为超滤膜表面截留了大量微生物，这些微生物会降解部分污染，使得滤饼层呢个变得疏松。超滤后期，膜通量逐渐变稳定，通量稳定在6.5LMH，膜污染接近临界值。
通过对运行过程中膜污染现象分析可知，滤饼层阻力占总阻力的84%，这说明不可逆阻力以及膜本身的阻力对整体膜污染的影响较小，占总阻力比例分别为9%和7%；物理清洗难以消除的可逆不可逆膜污染仅仅占总阻力的2%。所以超滤过程中主要的膜污染是膜表面疏松结构滤饼层。研究过程中测定了滤饼层的生物量为74±3.9mmol ATP/m2，多糖是滤饼层中EPS的主要组成部分，占到EPS总量的86.7%。这是由于进水中的溶解性有机物被微生物降解，从而转化为多糖、蛋白质等大分子有机物被超滤膜截留。因此，系统中微生物可以起到强化溶解性有机物去除，但受限于微生物量的条件，去除效果不明显，仍以混凝起主导。
3 结论
（1）混凝/超滤组合工艺应用于处理农村水源可实现低通量（6.5LMH）稳定运行；除污染效能较好，有机物和浊度去除分别达到41%、99%以上，混凝预处理具有重要作用。
（2）膜表面污染物中存在的微生物可以讲解部分有机物，从而强化了超滤膜去除有机污染物的能力。
（3）超滤处理混凝出水过程中，水力不可逆阻力占总阻力比例低于2%，可逆的滤饼层污染占比超过85%。
参考文献
[1] 裴亮，董波，姚秉华，等.超滤与粉末活性炭组合工艺处理饮用水[J].工业用水与废水，2007（4）：24-27.
[2] 孙丽华，吕谋，李圭白.混凝/砂滤/超滤组合工艺对水中颗粒物质的去除[J].青岛理工大学学报，2006（5）：74-77.