BPACUF组合工艺去除微污染原水中嗅味物质的工艺条件优化

净水技术2017,36(3):100-105,118WaterPurificationTechnology蒋希，宣雍祺，史俊，等.BPAC-UF组合工艺去除微污染原水中嗅味物质的工艺条件优化[J].净水技术，2017,36(3):100-105,118.JiangXi,XuanYongqi,ShiJun,etal.Processconditionsoptimizationoftasteandordercompoundsremovalinmicro-pollutedrawwatertreatmentbyintegratedprocessofBPAC—UF[J].WaterPurificationTechnology,2017,36(3)：100—105,118.BPAC-UF组合工艺去除微污染原水中嗅味物质的工艺条件优化蒋希\宣雍祺2,史俊\张为\邓慧萍1(1.同济大学环境科学与工程学院，上海200092;2.上海勘测设计研究院有限公司，上海200434)摘要采用正交试验设计方法对BPAC-UF去除微污染水源水中嗅味物质的工艺条件进行优化。根据组合工艺要求和单因素预试验的结果，确定炭池曝气强度、污泥回流间隔、炭池PAC更新率和膜池曝气方式这4个试验因素，每个因素设置3个水平,共设计9组工况进行试验，并将嗅味物质（二甲基三硫醚、2-甲基异茨醇、(3-紫罗兰酮)及氨氮的去除率，跨膜压差的增长速率作为评价工艺运行效果和膜污染程度的指标。试验所得的最优工艺条件：炭池曝气强度为30L/h，污泥回流间隔为0.5h，PAC更新率为15%,膜池曝气方式为连续曝气。关键词生物粉末活性炭-超滤组合工艺正交试验嗅味物质氨氮跨膜压差中图分类号：TU991文献标识码：B文章编号：1009-0177(2017)03-0100-07DOI：10.15890/j.cnki.jsjs.2017.03.018ProcessConditionsOptimizationofTasteandOdorCompoundsRemovalinMicro-PollutedRawWaterTreatmentbyIntegratedProcessofBPAC-UFJiangXi1,XuanYongqi2,ShiJun1,ZhangWei1,DengHuiping1(i.CollegeofEnvironmentalScienceandEngineering,TongjiUniversity,Shanghai200092,China；2.ShanghaiInvestigation,Design&ResearchInstituteCo.,Ltd.,Shanghai200434,China)AbstractProcessconditionsoftasteandodorcompoundsremovalinmicro-pollutedrawwatertreatmentbyintegratedprocessofBPAC-UFwereoptimizedbyorthogonalexperimentaldesign.BasedontherequirementsofBPAC-UFandresultsofthesinglefactorpre-test,aerationintensityofcarbontank,sludgereturninterval,PACrenewalrateandaerationmodeofmembranebioreactorwereselectedasfourfactors,andeveryfactorhadthreevariablelevels.Nineschemesofprocessconditionsweredesignedbyorthogonaldesignmethod.Indexincludingremovalratesoftasteandodorcompounds(DMTS,2-MIB,p-ionone)andammonianitrogen,growthrateoftransmembranepressurewereusedtoindicateprocessperformanceandmembranefouling.Theoptimalprocessconditionwasasfollowings：aerationintensityofcarbontankwas30L/h,sludgereturnintervalwas0.5h,PACrenewalratewas15%andmembranebioreactorwascontinuousaeration.KeywordsintegratedprocessofBPAC-UForthogonalexperimenttasteandodorcompoundsammonianitrogentransmembranepressure(TMP)[收稿日期]2016-11-25[基金项目]国家水体污染控制与治理科技重大专项（2〇l4ZX〇74〇5〇〇2)[作者简介]蒋希（1991一），女，硕士，研究方向为给水处理理论与技术。电话：[phone];E-mail:[e-mail]。[通信作者]邓慧萍，E-mail:denghuiping@ton^i.edu.cn。[本文编辑]魏雨晴—100—1.2试验材料与试剂材料：粉末活性炭(上海活性炭厂有限公司，木质炭，粒径200目）；中空纤维超滤膜组件（苏州立升净水科技有限公司，PVC，孔径为0.01pm，有效膜面积约1m2，截留分子量为50000)。试剂：三种目标嗅味物质DMTS、2-MIB、p-ionone标准品均购自美国Sigma_Aldrich公司，纯度97%，用甲醇（色谱纯，上海国药集团化学试剂有限公司）配制成1mg/L的储备液置于4°C下避光保存，使用时用MiUi-Q超纯水稀释至所需浓度。内标物2-异丁基-3_甲氧基P&_(2-Isobutyl-3-methoxypymzine，IBMP)购自梯希爱（上海）化成工业发展有限公司，纯度98%，配制成20pg/L的储备液置于4°C下避光保存，使用时用MiUi-Q超纯水稀释至20ng/L。其余试剂均为分析纯，购自上海国药集团化学试剂有限公司。1.3试验装置和仪器原水在进入BPAC-UF装置前首先经过模拟混凝沉淀过程。混凝剂采用PAC湿法投加，投加量为20mg/L，并用三级搅拌机模拟混凝沉淀的不同阶段：高速搅拌（80r/min)30s模拟快速混合阶段，中速搅拌（40r/min)5min模拟絮凝前期，低速搅拌（20r/min)15min模拟絮凝中后期，然后静置沉淀2h，再通过进水泵抽取上清液至BPAC_UF小试装置。本试验所用的分段式BPAC_UF小试装置如图1所示，由炭池、沉淀区和膜池三部分组成。炭池是活性炭吸附和生物作用的主要场所，容积为3L，其中设有曝气装置和搅拌装置，为微生物提供氧气同炭池(接触反应区）溢流堰沉淀区膜池溢流堰rr出水泵图1分段式BAPC-UF小试装置示意图Fig.1SchematicDiagramofBench-ScaleSetupofSegmentedBPAC-UF近年来，我国大部分城镇饮用水源受到不同程度的污染，尤其饮用水中的嗅味物质（tasteandodorcompounds)问题正日益引起人们的关注[1]〇一方面，水中生物如藻类、菌类可引起嗅味；另一方面，人类的活动，如将工业废水或生活污水直接排入水体等，也是引发嗅味问题的重要原因[2]。这些异嗅和异味不仅降低了饮用水的质量，还会直接损害人体健康[1]，为给水处理工艺增加难度。然而，传统的混凝_沉淀-过滤工艺对嗅味物质去除能力非常有限，在嗅味物质含量高时往往不能达到除嗅的效果[3]。研究表明，生物粉末活性炭(BPAC)-超滤（UF)组合工艺对微污染水源水中的嗅味物质有较好的控制效果，并且对原水冲击负荷有更好的适应性[4]。BPAC和UF本身受很多因素影响，如炭池停留时间、炭池曝气强度等。为了寻找组合工艺的最佳运行工况，进一步强化组合工艺对嗅味物质的处理效能，需要对这些影响因素进行试验分析。本研究是在BPAC-UF组合工艺动态小试[4]的基础上，采用正交试验的设计方法对组合工艺的运行参数组合进行优化。1材料与方法1.1原水水质本试验采用人工配水来模拟某市微污染水源地的含嗅微污染水源水。该水源水中的二甲基三硫醚(2-MIB)、2-甲基异茨醇（DMTS)、p_紫罗兰酮(p-ionone)含量最高可分别达到85、138.2〇、284.49ng/L，均远超其嗅阈值（1〜7.5、6〜42、7ng/L[5])，常规水处理工艺无法满足要求。试验用水为同济大学三好坞原水与一定浓度的氯化铵及嗅味物质标准样品的混合物，其中氯化铵用来模拟原水中的氨氮。目标水源水、三好坞原水及模拟配水的水质如表1所示。表1试验原水水质Tab.1RawWaterQualityinExperiment水质指标目标水源水三好坞原水模拟配水浊度/NTU23.6-68.88.48-38.418.8-52.6氨氮/(mg•L])1.62-1.800.15-2.541.68-2.03m254/cm~l0.065〜0.0940.062〜0.0860.072-0.087CODMyhg.L-1)4.58-6.213.76-7.014.94-5.98净水技术WATERPURIFICATIONTECHNOLOGYVol.36,No.3,2017March25th,2017膜组件—101—蒋希，宣雍祺，史俊，等.BPAC_UF组合工艺去除微污染原水中嗅味物质的工艺条件优化Vol.36，No.3,2017时使活性炭颗粒处于悬浮状态。沉淀区由导流板分成三格，容积为4.2L，其主要作用是使炭池出水中的污泥颗粒尽可能沉淀下来，降低进人膜池的污泥量，同时利用回流泵将污泥定期地回流到炭池。沉淀区出水经溢流堰进人膜池，在出水抽吸泵作用下透过超滤膜组件成为膜出水。为使炭池中的微生物达到稳定生物降解的状态，在试验开始前在炭池中一次性投加浓度为1g/L的粉末活性炭，经一个月通水运行后，活性炭颗粒已经形成絮状物，氨氮的去除率稳定在70%左右。在工艺稳定运行阶段，小试装置以1.5L/h的进水流量连续运行。1.4正交试验设计正交试验设计和分析方法是目前最常用的工艺优化试验设计和分析方法[6]。正交试验选出部分有代表性的水平组合进行试验，通过对此部分试验结果分析了解全面试验的情况。在本研究中，由于组合工艺设计的运行参数较多，需要对不同的水平进行组合分析，按照全面试验的要求，须进行34=81种组合的试验。因此适合利用正交试验选取一些有代表性的参数进行综合分析，以此寻求最优条件组合[7]。根据组合工艺自身要求和单因素预试验的结果，确定影响BPAC-UF工艺的试验因素及对应水平如表2所示。表2试验因素与水平Tab.2ExperimentalFactorsandLevels水平A炭池曝气强度/(L.h—1)B污泥回流间隔/hC炭池PAC更新率D膜池曝气方式1151.55%不曝气230110%间歇曝气3600.515%连续曝气为对组合工艺进行优化，需进行一组4因素3水平的正交试验。采用正交试验表L9(34)来安排试验，正交试验安排如表3所示。试验进水嗅味物质初始浓度控制为1〇〇ng/L，炭池停留时间选取2h，每个工况运行时间为10h，每隔2h取膜出水进行嗅味物质和氨氮的浓度检测并记录跨膜压差，以污染物的平均去除率和跨膜压差（TMP)平均增长速率作为评价工艺运行效果和膜污染程度的指标。—102—表3正交试验表15(34)Tab.3OrthogonalExperimentL9(34)编号组合A炭池曝气强度/(L.h-1)B污泥回流间隔/hC炭池PAC更新率D膜池曝气方式1A1B1C1D1151.55%不曝气2A1B2C2D215110%间歇曝气3A!B3C3D3150.515%连续曝气4a2b1c2d3301.510%连续曝气5