本實(shí)用新型涉及亞鐵離子活化過硫酸鹽預(yù)處理提升超濾膜凈水效能的裝置。
背景技術(shù)：
超濾膜能有效地截留水體中的顆粒物、膠體、大分子有機(jī)污染物和微生物等，因而逐漸成為水處理領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)，并在大型水廠中得到了規(guī)模化應(yīng)用。但在實(shí)際應(yīng)用中，以超濾為核心的膜法水處理技術(shù)仍存在一定的局限性，如長期運(yùn)行過程中存在的膜污染問題，這關(guān)系著大型水廠生產(chǎn)運(yùn)行的穩(wěn)定性；此外，超濾膜對于水體中存在的內(nèi)分泌干擾物、藥物和個(gè)人護(hù)理品、抗生素等微量污染物去除效果有限，這也限制了超濾技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展。
目前，為了緩解超濾膜污染、提升膜凈水效能，普遍采用的方法是在膜前進(jìn)行預(yù)處理，主要預(yù)處理方式包括混凝、吸附和氧化等，但這些常用的預(yù)處理方式在實(shí)際應(yīng)用時(shí)會存在一些問題。例如，Zhang等人(Journal ofMembrane Science，2015，493:683-689)研究表明，羥鋁基氯化物混凝預(yù)處理能夠有效緩解藻源型有機(jī)物引發(fā)的膜污染，但對微囊藻毒素的去除能力有限；Shao等人(Journal ofMembrane Science，2016，500:99-105)發(fā)現(xiàn)采用粉末活性炭(PAC)作為膜前預(yù)處理時(shí)，在PAC與腐殖酸的協(xié)同作用下，超濾膜表面會形成嚴(yán)重的復(fù)合污染；Cheng等人(Journal ofMembrane Science，2016，505:15-25)發(fā)現(xiàn)，臭氧氧化預(yù)處理雖然能在一定程度上緩解超濾膜有機(jī)污染，但卻增加了出水中有機(jī)物含量。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本實(shí)用新型是要解決超濾膜運(yùn)行中存在的膜污染及微量有機(jī)物去除效果較差，常規(guī)預(yù)處理技術(shù)不能有效緩解超濾膜污染和強(qiáng)化污染物去除的問題，而提供亞鐵離子活化過硫酸鹽預(yù)處理提升超濾膜凈水效能的裝置。
本實(shí)用新型亞鐵離子活化過硫酸鹽預(yù)處理提升超濾膜凈水效能的裝置由原水管路、亞鐵離子投加裝置、過硫酸鹽投加裝置、氧化混凝反應(yīng)池、沉淀池和超濾膜組件組成；所述原水管路上沿水流方向依次設(shè)置有亞鐵離子投加裝置和過硫酸鹽投加裝置，所述原水管路的出口與氧化混凝反應(yīng)池的進(jìn)水口相連，所述氧化混凝反應(yīng)池的出水口與所述沉淀池的進(jìn)水口相連，所述沉淀池的出水口與所述超濾膜組件的進(jìn)水口相連。
亞鐵離子活化過硫酸鹽預(yù)處理提升超濾膜凈水效能的裝置的應(yīng)用方法，按以下步驟進(jìn)行：一、將原水通入到原水管路中，通過亞鐵離子投加裝置向原水中投加亞鐵離子溶液；然后通過過硫酸鹽投加裝置向原水中投加過硫酸鹽溶液，控制原水中過硫酸鹽和亞鐵離子的摩爾比為1:1，得到含有亞鐵離子和過硫酸鹽的水體；所述亞鐵離子溶液為硫酸亞鐵溶液或氯化亞鐵溶液；所述過硫酸鹽溶液的投加量為0.05mmol/L～0.2mmol/L；
二、將含有亞鐵離子和過硫酸鹽的水體送入氧化混凝反應(yīng)池中，水力停留時(shí)間為10min～20min，經(jīng)氧化混凝后的水體送入沉淀池進(jìn)行沉淀，經(jīng)沉淀處理后的出水送入超濾膜組件中進(jìn)行處理。
所述原水為受污染的水源水和海水；其中受污染的水源水和海水中污染物為天然腐殖質(zhì)、蛋白質(zhì)類、多聚糖類、內(nèi)分泌干擾物、新型微污染、重金屬或鹽分中的一種或其中幾種的混合物。
將含有亞鐵離子和過硫酸鹽的水體送入氧化混凝反應(yīng)池3中，過硫酸鹽將亞鐵離子氧化成三價(jià)鐵離子，三價(jià)鐵可用作混凝劑，通過絮凝作用與水體中顆粒物、膠體及大分子有機(jī)物等反應(yīng)形成絮體；同時(shí)，該反應(yīng)過程中還會生成硫酸根自由基和羥基自由基等強(qiáng)氧化劑，這些自由基的氧化作用一方面能夠強(qiáng)化混凝效果，增加絮體粒徑從而改善沉降性能，另一方面，自由基氧化反應(yīng)能去除混凝去除效果不佳的微量污染物，從而強(qiáng)化了微量有機(jī)物的去除效果。
經(jīng)沉淀處理后的出水送入超濾膜組件5中進(jìn)行處理，通過孔徑篩分作用，超濾膜能夠進(jìn)一步截留水體中的顆粒物、膠體、大分子有機(jī)物和微生物等。通過氧化/混凝作用，亞鐵離子活化過硫酸鹽預(yù)處理能顯著去除引起超濾膜污染的大分子有機(jī)物，從而降低了膜表面的污染負(fù)荷，膜污染現(xiàn)象也得到了有效緩解。
本實(shí)用新型的原理為：
(1)亞鐵離子可以活化過一硫酸鹽或過二硫酸鹽，反應(yīng)同時(shí)生成三價(jià)鐵離子(Fe3+)和硫酸根自由基(SO4·-)，SO4·-在水體中可以轉(zhuǎn)換成羥基自由基(·OH)，具體反應(yīng)式如下：
Fe2++HSO5-→Fe3++SO4·-+OH-；
Fe2++S2O82-→Fe3++SO4·-+SO42-；
SO4·-+OH-→·OH+SO42-；
(2)Fe3+可用作混凝劑，通過絮凝作用與水體中顆粒物、膠體及大分子有機(jī)物等反應(yīng)形成絮體，SO4·-和·OH的氧化作用能夠強(qiáng)化混凝效果，增加絮體粒徑而改善沉降性能，從而更好的去除引起超濾膜污染的大分子有機(jī)物，緩解膜污染。
(3)SO4·-和·OH具有強(qiáng)氧化性，可以將水體中存在的微量有機(jī)污染物氧化成中間產(chǎn)物或部分降解，從而降低其生物毒性。
本實(shí)用新型的有益效果是：
1、本實(shí)用新型所需的設(shè)備簡單，操作簡便、易行，管理維護(hù)方便。
2、本實(shí)用新型預(yù)處理過程中投加的藥劑無毒無害，是環(huán)境友好型物質(zhì)，不會對環(huán)境造成危害。
3、本實(shí)用新型充分利用亞鐵離子與過硫酸鹽之間的協(xié)同作用，亞鐵活化過硫酸鹽產(chǎn)生SO4·-和·OH，過硫酸鹽氧化亞鐵離子生成Fe3+，發(fā)揮氧化/混凝多重作用，在緩解超濾膜污染的同時(shí)，強(qiáng)化微量污染物的去除。
4、本實(shí)用新型克服了傳統(tǒng)膜前預(yù)處理功能單一的缺陷，顯著地改善了超濾膜的凈水效能。
5、本實(shí)用新型可以根據(jù)原水水質(zhì)及處理水量等狀況對工藝進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整，進(jìn)行膜前預(yù)處理或者原位氧化/混凝處理，靈活高效。
6、本實(shí)用新型反應(yīng)體系中SO4·-和·OH共存，·OH的氧化性具有非選擇性，與水體中的天然有機(jī)物具有較高的反應(yīng)速率(k＝1.4×104LmgC-1s-1)；而SO4·-的氧化性具有選擇性，與水體中天然有機(jī)物的反應(yīng)速率相對較低(k＝6.8×103LmgC-1s-1)。因此，本實(shí)用新型中SO4·-可以選擇性氧化水體中部分微量有機(jī)物，而·OH氧化剩余部分對SO4·-不敏感的污染物，在SO4·-和·OH的共同作用下，水體中微量有機(jī)物能得到更好的控制。
附圖說明
圖1為亞鐵離子活化過硫酸鹽預(yù)處理提升超濾膜凈水效能的裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施方式
本實(shí)用新型技術(shù)方案不局限于以下所列舉具體實(shí)施方式，還包括各具體實(shí)施方式間的任意組合。
具體實(shí)施方式一：結(jié)合圖1說明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式亞鐵離子活化過硫酸鹽預(yù)處理提升超濾膜凈水效能的裝置由原水管路6、亞鐵離子投加裝置1、過硫酸鹽投加裝置2、氧化混凝反應(yīng)池3、沉淀池4和超濾膜組件5組成；所述原水管路6上沿水流方向依次設(shè)置有亞鐵離子投加裝置1和過硫酸鹽投加裝置2，所述原水管路6的出口與氧化混凝反應(yīng)池3的進(jìn)水口相連，所述氧化混凝反應(yīng)池3的出水口與所述沉淀池4的進(jìn)水口相連，所述沉淀池4的出水口與所述超濾膜組件5的進(jìn)水口相連。
具體實(shí)施方式二：本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式一不同的是：所述沉淀池4的進(jìn)水口設(shè)置在沉淀池4的下部，所述沉淀池4的出水口設(shè)置在沉淀池4的上部。其他與具體實(shí)施方式一相同。
具體實(shí)施方式三：本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式一或二不同的是：所述沉淀池4為平流式沉淀池、斜管沉淀池、斜板沉淀池或高密度沉淀池。其他與具體實(shí)施方式一或二相同。
具體實(shí)施方式四：本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式一至三之一不同的是：所述氧化混凝反應(yīng)池3和沉淀池4可以由管道混合器替換，即所述原水管路6的出口與管道混合器的進(jìn)水口相連，所述管道混合器的出水口與所述超濾膜組件5的進(jìn)水口相連。其他與具體實(shí)施方式一至三之一相同。
本實(shí)施方式所述管道混合器為超聲波混合器。
本實(shí)施方式將亞鐵離子活化過硫酸鹽原位氧化/混凝作為超濾膜預(yù)處理。
采用以下實(shí)施例驗(yàn)證本實(shí)用新型有益效果：
實(shí)施例：結(jié)合圖1說明本實(shí)施例，本實(shí)施例利用具體實(shí)施方式一所述的裝置進(jìn)行水處理，按以下步驟進(jìn)行：
原水采用腐殖酸、牛血清蛋白和海藻酸鈉模擬水體，模型污染物初始濃度均為10mg/L；微量污染物選用水體中常見的除草劑阿特拉津，初始濃度為1μmol/L。將硫酸亞鐵和過一硫酸鉀溶液以1:1摩爾比先后投加到原水中，投加量均為0.05mmol/L。經(jīng)過20min氧化/混凝反應(yīng)之后，水體直接進(jìn)入平板超濾膜裝置進(jìn)行恒壓過濾，恒定跨膜壓差為50kPa。采用的超濾膜為平板陶瓷超濾膜，材質(zhì)為氧化鋯和氧化鈦，截留分子量為50kDa。
試驗(yàn)結(jié)果：本發(fā)明的亞鐵離子活化過硫酸鹽預(yù)處理顯著緩解了腐殖酸、牛血清蛋白和海藻酸鈉引起的膜污染、提升了膜通量，運(yùn)行末端比通量分別由0.47、0.13和0.20升至0.93、0.28和0.63；對溶解性有機(jī)物(DOC)的去除率分別達(dá)到了93％、37.9％和73.7％；對阿特拉津的去除率達(dá)到了98.2％。