气浮/改性凹凸棒土/膜组合工艺处理微污染地表水

赵昌爽，胡 颖，刘 强，薛朝霞

(1. 江苏城乡建设职业学院公用事业学院，江苏 常州 213147；2. 徐州工程学院环境学院，江苏 徐州 221018； 3. 河海大学 浅水湖泊综合治理与资源开发教育部重点实验室，南京 210098；4. 河海大学环境学院，南京 210098)

研究表明，藻类是嗅味等污染物产生的重要来源，而气浮技术具有除藻效率高的显著特点，同时M-ATP对有机物及营养物质处理能力强，膜生物反应器具有生化性好和出水效果好的特点[7-11]。针对地表水环境的污染特点，结合以上工艺优点，将气浮技术、M-ATP以及膜生物反应器进行有机组合，从源头、过程和末端等环节入手，开发气浮/M-ATP/膜生物组合工艺[12,13]。采用该一体化工艺净化微污染地表水，探究该工艺对微污染地表水的处理效能，实现了微污染地表水的全过程净化处理。

1 材料与方法

1.1 试验装置

“气浮/M-ATP/膜”组合试验装置主要由进水箱、气浮处理单元、M-ATP处理单元、膜处理单元和出水箱等部分组成，有效容积约为500 L。如图1所示，本试验系统采用加压溶气气浮法，原水经加药絮凝后，进入混合室，絮凝产生的絮体和气浮产生的微气泡在此互相黏聚上升，而后在分离室实现气水分离，由刮渣装置除去液面浮渣。气浮后的水进入M-ATP处理单元，然后进入膜单元进行过滤处理，最终所处理的水体经出水管进入出水箱。

图1 气浮/M-ATP/膜组合工艺装置图Fig.1 Schematic diagram of the flotation/M-ATP/membrane integrated process

1.2 试验材料

天然凹凸棒土取自江苏盱眙，采用硫酸-超声法对其进行改性处理，经改性制备的凹凸棒土为60目的颗粒状，颜色为灰色，M-ATP的主要物理指标如表1所示。

表1 凹凸棒土改性前后物理性能对比表Tab.1 Contrast table of attapulgite physical properties before and after modification

试验用膜为上海大名教育仪器有限公司提供的聚偏氟乙烯(PVDF)平板微滤膜，膜孔径0.2 μm，有效面积为0.05 m2。

1.3 试验方法

原水取自常州市某湖泊水，原水水质见表2。

表2 原水水质Tab.2 Raw water quality

采用“气浮/M-ATP/膜”组合工艺对原水进行处理，试验系统的主要工艺参数如表3所示。

表3 主要工艺参数Tab.3 Main process parameters

1.4 分析方法

2 结果与讨论

2.1 浊度的祛除效果

试验期间，试验系统进出水的平均浊度值分别为7.04和0.48 NTU，由此可知组合工艺对浊度的平均去除率为93.2%(见图2)。对3个处理单元的去除率进行单独分析，可知：气浮、M-ATP、膜对浊度的平均去除率依次为27.8%、49.4%、19.9%。试验刚开始时，系统较不稳定，故而出水的浊度值波动较大，待试验系统稳定后，出水的平均浊度值低于0.2 NTU，此时组合工艺对浊度的平均去除率高于97.1%。

图2 组合工艺对浊度祛除效果Fig.2 Turbidity removal by the integrated process

工艺系统稳定后的出水浊度值虽可达到0.2 NTU，但尚未达到一般认同的小于0.1 NTU的效果，可能是由于M-ATP表面杂质剥落以及微滤膜组件存在一定的断丝量所致[15]。浊度的明显降低，表明水体的悬浮固体颗粒或胶体物质大幅减少，水体的感官条件得到明显改善，同时对于降低水中有毒有害以及有机物质的浓度也具有重要的意义。

2.2 色度的祛除效果

色度是一项综合性指标，因水中含有不同的矿物质、染料、有机物等杂质而呈现不同颜色，凭此可对水质作出初步评价[16]。如图3所示，试验系统进出水的平均色度值分别为31.6和6.2，由此可知组合工艺对色度的平均去除率为80.2%。对3个处理单元的去除率进行单独分析，可知：气浮、M-ATP、膜对色度的平均去除率依次为42.2%、12.7%、25.3%。试验刚开始时，出水色度波动较大，待试验系统稳定后，出水色度基本保持在5.0，去除率高于83.3%。

图3 组合工艺对色度祛除效果Fig.3 Color removal by the integrated process

2.3 CODMn的祛除效果

如图4所示，试验系统进出水的平均CODMn分别为9.43和2.47 mg/L，由此可知组合工艺对CODMn的平均去除率为73.5%。对3个处理单元的去除率进行单独分析，可知：气浮、M-ATP、膜对CODMn的平均去除率依次为41.0%、22.3%、10.2%。试验刚开始时，出水CODMn浓度波动较大，待试验系统稳定后，出水CODMn浓度低于1.60 mg/L，祛除率高于82.4%。

图4 组合工艺对CODMn祛除效果Fig.4 CODMn removal by the integrated process

常规处理工艺对微污染地表水中有机物的处理效果不甚理想，相关研究结果表明，常规工艺对微污染水源水中CODMn的平均去除率仅介于20%～40%之间[17,18]，而经过气浮/M-ATP/膜组合工艺处理后，出水CODMn的平均去除率达到73.5%，远高于常规处理工艺的去除水平。试验系统运行稳定时，一方面气浮对CODMn具有较好的祛除效果[19]，另一方面M-ATP上会附着一定数量的生物膜，在生物膜中微生物的代谢作用下，原水中的有机物会被降解转化，CODMn也相应降低[20]。

图变化曲线Fig.5 removal by the integrated process

2.5 膜污染情况分析

在为期3个月的运行周期内，真空表读数变化较小，实验开始时，TMP约为2.1 kPa，实验结束时(90 d)，TMP约为4.7 kPa，试验装置运行良好。

3 结 语

(2)气浮/M-ATP/膜处理系统具有较好的抗膜污染性，实验结束时(90 d)，实验装置的跨膜压差约为4.7 kPa，试验装置运行良好。