磁性離子交換樹脂(MIEX?)去除原水中有機物的試驗

董曉晨，阮春蓉，陳子華，劉洪波

(1.蘇州工業(yè)園區(qū)清源華衍水務有限公司，江蘇蘇州 215021； 2.上海理工大學環(huán)境與建筑學院，上海 200093)

水源地原水中常常含有天然有機物(NOM)，容易造成自來水帶有顏色、臭味等，同時也是金屬等化學污染物質(zhì)的載體；此外，NOM的存在阻礙了其他污染物的去除，為微生物提供生存基質(zhì)，導致自來水輸送管道等的腐蝕，是膜污染以及消毒副產(chǎn)物形成的重要原因[1]。水廠對于NOM等溶解性有機物(DOM)的去除，常采用的方法包括吸附、混凝、離子交換、沉淀以及膜分離等。然而，出于人民對高品質(zhì)飲用水的要求及飲用水消毒副產(chǎn)物標準的提高，飲用水的深度處理成為了必然。膜處理成為了很多水廠飲用水深度處理的選擇，NOM的存在造成的膜污染已然成為了棘手的問題[2]。

磁性離子交換樹脂(MIEX?)由澳大利亞Orica Watercare 公司生產(chǎn)，主要用于水中溶解性有機物(DOC)的去除。MIEX?除具有傳統(tǒng)的陰離子交換特性以外，其內(nèi)部存在磁性鐵氧化物，有助于樹脂的快速聚合及迅速沉降，從而使更加細小的樹脂的應用成為可能。MIEX?中的樹脂粒徑約為180 μm，是傳統(tǒng)離子交換樹脂的17%～33%，比表面積大大提高，可以迅速去除DOC[3]?；谏鲜鰞?yōu)點，MIEX?被廣泛應用于去除消毒副產(chǎn)物[4]、NOM、DOC以及控制膜污染等[5-7]。此外，在飲用水處理過程中，CODMn和UV254等參數(shù)是評價水體中NOM的特征參數(shù)。

基于上述原因，本研究選取CODMn和UV254兩個評價指標，考察MIEX?+聚合氯化鋁(PAC)混凝的組合處理方法與單獨PAC混凝在不同的通水倍率、PAC投加量條件下對太湖和陽澄湖水源水中有機物的去除效果。(1)考察MIEX?對太湖和陽澄湖水中UV254、CODMn的去除效果；(2)確定MIEX?處理工藝的通水倍數(shù)；(3)論證MIEX?對后續(xù)混凝過程產(chǎn)生的影響。

1 材料與方法

1.1 主要試劑與材料

試驗用水取自太湖和陽澄湖水源地取水口；MIEX?購自澳大利亞ORICA WATERCARE中國區(qū)有限公司；PAC、高錳酸鉀為分析純。

1.2 檢測指標與方法、儀器

CODMn：酸性高錳酸鉀法；UV254：紫外分光光度法，日本島津UV-2600紫外分光光度計。

1.3 試驗及分析方法

本試驗研究方法如下：(1)取水樣10 L；(2)取5 mL MIEX?放入1 L燒杯中；(3)取1 L原水樣導入燒杯中，并攪拌15 min；(4)停止攪拌，沉淀MIEX?，將上層清液倒出，作為檢測水樣；(5)檢測水樣的CODMn、UV254；(6)向燒杯中增加原水樣，重復3次試驗步驟(3)～(5)，直至通水倍數(shù)(BVTR，單位重量MIEX?所處理的水的總體積)為1 000；(7)根據(jù)試驗初步結(jié)果，確定BVTR為1 000后，進行混凝試驗；(8)取1份原水水樣與3份經(jīng)過MIEX?處理后的水樣，原水樣按水廠實際投加量(40 mg/L)投加PAC，經(jīng)MIEX?混凝處理后的水樣分別按75%、50%、25%的實際PAC投加量進行對比試驗。

不同BVTR下CODMn和UV254的測定值按表1方法計算。

表1 不同BVTR下CODMn和UV254測定值的計算方法Tab.1 Calculation Method for Measured Values of CODMn and UV254 under Different BVTR

2 結(jié)果與討論

2.1 不同BVTR下太湖和陽澄湖原水MIEX?單獨處理CODMn和UV254的去除效果

在BVTR分別為200、400、600、800、1 000的條件下，僅使用MIEX?分別對太湖和陽澄湖水源地取水口的原水進行處理，其CODMn的去除效果及其去除率如圖1和圖2所示。

圖1 不同BVTR下MIEX?單獨處理太湖和陽澄湖原水的CODMn去除效果Fig.1 Removal Effect of CODMn in Raw Water of Taihu Lake and Yangchenghu Lake by MIEX?Treatment under Different BVTR

圖2 不同BVTR下MIEX?單獨處理太湖和陽澄湖原水的CODMn去除率Fig.2 Removal Rate of CODMn in Raw Water of Taihu Lake and Yangchenghu Lake by MIEX? Treatment under Different BVTR

由圖1和圖2可知，在BVTR分別為200、400、600、800和1 000時，太湖CODMn的去除率分別為26.12%、21.16%、17.98%、19.45%和16.36%，平均值為20%；陽澄湖CODMn的去除率分別為31.55%、25.93%、22.94%、23.78%和22.24%，平均值為25%。同時，陽澄湖水源水中的CODMn比太湖更高。隨著通水倍率的逐漸升高，太湖和陽澄湖原水經(jīng)過MIEX?處理，CODMn去除效果均表現(xiàn)出變差的趨勢，去除率趨勢也基本一致，逐漸降低。但相對沒有經(jīng)過MIEX?處理的太湖和陽澄湖原水來說，CODMn去除效果良好。在BVTR最高的情況下，經(jīng)過MIEX?處理的太湖和陽澄湖原水CODMn分別為2.79 mg/L 和3.14 mg/L，均優(yōu)于和接近 《生活飲用水衛(wèi)生標準》(GB 5749—2006)中的3.0 mg/L[8]。

在BVTR分別為200、400、600、800、1 000的條件下，僅使用MIEX?分別對太湖和陽澄湖水源地取水口原水進行處理，其UV254的去除效果及其去除率如圖3和圖4所示。

圖3 不同BVTR下MIEX?單獨處理太湖和陽澄湖原水的UV254去除效果Fig.3 Removal Effect of UV254 in Raw Water of Taihu Lake and Yangchenghu Lake by MIEX? Treatment under Different BVTR

圖4 不同BVTR下MIEX?單獨處理太湖和陽澄湖原水的UV254去除率Fig.4 Removal Rate of UV254 in Raw Water of Taihu Lake and Yangchenghu Lake by MIEX? Treatment under Different BVTR

由圖3和圖4可知：在BVTR分別為200、400、600、800和1 000時，太湖UV254的去除率分別為66.85%、58.10%、54.24%、51.74%和50.65%，平均值為56%；陽澄湖UV254的去除率分別為60.02%、56.35%、55.76%、56.91%和56.49%，平均值為57%。MIEX?處理太湖和陽澄湖原水中UV254的效果均比較明顯，去除率即使在最高通水倍率的情況下也超過50%，分別為50.65%和56.49%。隨著通水倍率的提高，MIEX?處理太湖和陽澄湖中UV254的效果均表現(xiàn)出變差的趨勢。對于太湖水源水來說，UV254的去除率隨著通水倍率的提高，降低的速度比較明顯；對陽澄湖水源水來說，UV254的去除率隨著通水倍率的提高，降低的速度比較平緩?？傮w上，MIEX?對太湖和陽澄湖UV254的去除效果較好，與此前相關研究吻合[9-10]。

2.2 不同工況下太湖和陽澄湖CODMn的去除效果

圖5和圖6分別為不同工況下CODMn的去除效果及其去除率。

圖5 不同工況下CODMn的去除效果Fig.5 Removal Effect of CODMn under Different Conditions

圖6 不同工況下CODMn的去除率Fig.6 Removal Rate of CODMn under Different Conditions

圖5和圖6顯示，太湖原水在BVTR為 1 000的條件下，經(jīng)MIEX?處理后水樣投加25%實際投加量的混凝劑，CODMn的去除率為33.38%。原水直接投加100%實際投加量的混凝劑，其CODMn的去除率為12.44%。相比較，經(jīng)MIEX?處理后，混凝劑投加量降低了75%，CODMn去除率提高了20.94%。陽澄湖原水在BVTR為1 000的試驗條件下，經(jīng)MIEX?處理后水樣投加25%實際投加量的混凝劑，CODMn的去除率為27.75%。原水直接投加100%實際投加量的混凝劑，其CODMn的去除率為13.24%。相比較，經(jīng)MIEX?處理后，CODMn去除率提高了14.51%，混凝劑投加量降低了75%。在保證優(yōu)質(zhì)飲用水的前提下，混凝劑投加量降低量高于陳衛(wèi)等[11]研究中的56%。MIEX?+PAC 混凝的組合處理方法提高了CODMn和UV254的去除效果，其原因推斷為MIEX?可去除PAC 混凝過程中影響去除效率的小分子有機物[12]。

在通水倍率為1 000、混凝劑投加量最少的條件下，太湖和陽澄湖原水經(jīng)MIEX?處理后，CODMn分別為2.53 mg/L和2.92 mg/L，符合《生活飲用水衛(wèi)生標準》中3.0 mg/L的要求[8]。經(jīng)MIEX?處理后，混凝劑的用量減少，進而降低了水處理的污泥產(chǎn)量，大大降低了飲用水處理的經(jīng)濟成本[13]。

綜上所述，MIEX?樹脂單獨處理太湖和陽澄湖水樣，CODMn的平均去除率分別是20%和25%，UV254的平均去除率分別是56%和57%，去除效果明顯。經(jīng)MIEX?處理后的水樣，再進行混凝對比試驗，在投加25%實際投加量混凝劑的情況下，出水和原水投加100%實際投加量混凝劑的出水相比，其水質(zhì)有較大改善。

3 結(jié)論

MIEX?+ PAC 混凝組合處理方法中，MIEX?可去除PAC 混凝過程中去除效率較低的小分子有機物，從而提高CODMn和UV254的去除效率，提升原水水質(zhì)，保障飲用水水質(zhì)安全；同時，大幅降低飲用水處理過程中混凝劑的使用量，節(jié)約飲用水處理的成本。MIEX?樹脂技術具有經(jīng)濟有效、運行維護簡單、用地節(jié)約等優(yōu)點，若能更合理地處理再生用的飽和濃鹽水，更方便地回收樹脂顆粒，此方法將在水處理行業(yè)具有十分廣闊的推廣和應用前景。