混凝-臭氧-超滤工艺处理活性炭滤池反冲洗废水

混凝-臭氧-超滤工艺处理活性炭滤池反冲洗废水

随着饮用水安全保障需求的提升，以臭氧-活性炭滤池为代表的深度处理工艺得到普遍应用，这使水厂反冲洗废水量进一步增加。目前国内大多水厂将反冲洗废水直接排放，而对活性炭滤池反冲洗废水进行处理与利用，一方面可以提高水厂对水源水的利用率，另一方面可以降低废水的排放量，从而对环境的保护、水资源的节约以及节水型社会的建设具有重要意义。

近年来，超滤工艺普遍应用于饮用水处理与废水处理中，但膜污染成为其推广应用的瓶颈问题。平板陶瓷膜较有机膜抗污染程度高，而且易清洗，使用寿命长。因此，采用平板陶瓷膜超滤工艺对活性炭滤池反冲洗废水进行处理极具技术可行性。

活性炭滤池反冲洗废水水质特性复杂，想要实现超滤完全净化回用，保证生物和化学安全性以及控制运行过程中的膜污染，必须要组合一定的预处理工艺。董岳等采用混凝-超滤的方法来处理活性炭滤池反冲洗水，李平波等采用混凝-粉末活性炭-超滤工艺对滤池反冲洗水进行处理，W ANGH等采用预氧化减少饮用水再利用过程中的膜污染问题。但少有人采用混凝-臭氧-超滤的方法来处理活性炭滤池反冲洗废水，关注消毒副产物前体物和嗅味物质去除效果的研究也较少。因此，本文采用混凝-臭氧-超滤组合工艺，对苏州某水厂活性炭滤池反冲洗废水进行处理，研究组合工艺对各项指标的净化效能，以期为水厂反冲洗废水的处理提供理论依据与技术支撑。

一、材料与方法

1.1 试验水样

苏州某水厂活性炭滤池共10座，日处理量30万t，反冲洗周期为7d，反冲洗程序为气冲5min、静置3min、水冲6min。其中气冲强度为35~36m3/(m2·h)，水冲强度为17~18m3/(m2·h)。将水厂活性炭滤池反冲洗废水作为试验水样。试验水样常规水质参数见表1。由表1可以看出，活性炭滤池反冲洗废水特点为高浊度与高有机物含量并存，且微生物含量也较高。

1.2 试验装置与流程

采用小试试验进行研究，试验装置见图1。

试验流程院淤在反冲洗废水中不投加任何药剂与处理，直接经过超滤膜组件进行试验，于在反冲洗废水中投加15mg/L硫酸铝，经过混凝沉淀10min后，再由2mg/L臭氧氧化，接触时间为20min，最后由蠕动泵吸入膜池中进行超滤试验。2个流程的超滤试验均在通量为25L/(h·m2)下运行，每30min对膜组件进行物理反冲洗1min，反冲洗包括水洗和曝气，冲洗强度为60L/(h·m2)，气水比为150：1。当跨膜压差达到55kPa时，进行化学清洗。膜组件在200mg/L的NaOH溶液中浸泡10h，之后用清水反冲5min。

1.3 超滤膜规格和性能

试验中采用的超滤膜是平板陶瓷膜，过滤方式为负压抽吸。平板陶瓷膜的规格和性能见表2。

1.4 检测方法

(1)常规指标

pH值和浊度分别由pH计和便携式浊度仪测得，将水样经过0.45μm膜处理后，CODMn 采用高锰酸钾滴定法，UV254在波长254的分光光度计下测定吸光值，DOC由TOC检测仪

检测，颗粒物浓度使用IBR颗粒计数仪。

(2)微生物指标

菌落总数参考《水和废水监测分析方法》最新版测定，因为水样中细菌浓度过高，先将水样按要求稀释一定倍数，取稀释后的1mL加入营养琼脂培养，于37℃培养48h后计数形成菌落后计数。大肠菌群采用国家标准检测三步法。浮游动物选取剑水蚤为典型浮游动物，采用直接过滤方法，过滤后直接计数。

(3)消毒副产物生成势

消毒副产物生成势试验参考文献方法，消毒剂选用次氯酸钠溶液。检测方法参照USEPA551.1，生成的三氯甲烷、二氯乙腈和二氯乙酰胺经过液液萃取后用气象色谱-微电子捕捉检测器进行检测。

(4)土嗅素(GSM)和2-甲基异茨醇(MIB)试验采用气相色谱法对水样中的MIB和GSM进行分析，分析方法参考文献方法。

(5)超滤膜运行跨膜压差采用压力传感器将超滤运行时的压力信号转化为电信号，电信号由电子记录仪自动记录，数据用origin处理。

二、结果与讨论

2.1 对浊度和颗粒数的净化效能

超滤工艺过程中浊度和颗粒数的变化情况见表3和图2。由表3和图2可知，无论超滤膜前是否存在混凝-臭氧氧化的预处理，超滤膜后颗粒数都远远少于膜前的颗粒数，出水浊度均小于1NTU，满足GB5749-2006《生活饮用水卫生标准》。由此可以得出，超滤工艺对反冲洗水中的浊度和颗粒数有很好的去除效果，同时这也意味着过多的颗粒物容易对超滤膜造成严重的堵塞污染，降低膜通量。膜前加入预处理后颗粒数有明显的降低，尤其是反冲洗水中15μm的大粒径颗粒物基本被混凝-臭氧氧化完全去除。因此在活性炭滤池反冲洗废水中加入预处理可以有效降低颗粒数，从而控制颗粒物对超滤膜造成的膜污染，保障出水浊度达标。

超滤过程中不同粒径颗粒物所占比例见图3。活性炭滤池反冲洗废水直接超滤时，颗粒数从小粒径到大粒径所占比例呈递减趋势，且2~5μm所占比例最大为49.44%。当反冲洗废水在膜前加入混凝-臭氧氧化预处理后，2~5μm粒径的颗粒物所占比例明显升高至74.31%，而其他粒径颗粒物所占比例都有所下降，特别是大粒径颗粒物减少最明显，说明混凝-臭氧氧化对大颗粒有较好的去除效果并将大颗粒氧化成小颗粒。不论是否加入预处理，超滤膜后水中都是2~5μm粒径的颗粒物占主体，而且所占比例有所增大，在加入预处理后所占比例最大，为78.4%，说明在不同粒径颗粒物中，2~5μm的颗粒物不是引起膜污染的主要污染物，同时也说明超滤工艺对颗粒数有很好的控制效果，包括对颗粒数总量的降低和对各个粒径区间颗粒比例的控制。

2.2 对微生物的净化效能

超滤工艺过程中微生物指标的变化情况见表4。由表4可知，不管膜前是否有预处理，膜后菌落总数均小于1CFU/mL，低于国家饮用水水质标准100CFU/mL。说明超滤膜对细菌等微生物有很好的的截留去除效果。膜前进行混凝处理后细菌总数降低，是因为颗粒物通过混凝、沉降被去除，同时将颗粒物上附着的细菌也一并去除，这可以减轻超滤膜截留细菌的工作负担，有助于缓解膜污染，但出水中仍有部分微生物。臭氧投加后，对微生物进行了氧化灭活，使膜前反冲洗废水中的微生物含量进一步降低，超滤膜后出水微生物各项指标均为0，保证了出水微生物指标的安全性。同时，混凝-臭氧预处理降低了超滤膜中微生物生长和繁殖的风险，从而控制了微生物对超滤膜造成的生物污染，保证了超滤工艺的长期正常运行。