[发明专利]去除三价砷与消毒副产物前体物的水铁矿-UF膜组合工艺

说明书

本发明涉及一种水铁矿(FH)‑UF膜组合工艺去除水中三价砷和有机物(DOM)，进而控制消毒副产物(DBPs)并缓解膜污染的方法，属于水处理技术领域。包括如下步骤：投加吸附剂FH于中空纤维UF膜过滤系统，通过曝气使其保持悬浮态，并提供剪切力，减少膜表面污染物的富集，利用UF膜过滤从水中分离吸附剂。本发明利用三价砷与FH表面的单原子或双原子O键合，同时FH与DOM发生配位交换反应形成配位复合物，有效去除了99.4％的三价砷，80.2％的三卤甲烷前体物和90.4％的卤乙酸前体物，出水中砷浓度和每种DBP浓度都达到了饮用水标准，保障了饮用水安全。同时FH吸附预处理减少了DOM在膜表面的富集以及膜孔内部的吸附，降低了65.5％的跨膜压差，显著缓解了膜污染。

技术领域

本发明涉及水处理技术领域，尤其涉及一种吸附-膜组合工艺去除水中三价砷与溶解性有机物(DOM)，控制消毒副产物(DBPs)和膜污染的方法。

背景技术

氯消毒作为经济有效的饮用水消毒方法，已被饮用水厂使用了100多年。但其在消毒杀菌的同时伴随着消毒剂与水体中有机污染物及溴或碘化物的化学反应，从而产生一系列DBPs。疏水性酸(包括腐殖酸和富里酸)是DBPs的主要前体物质，蛋白类化合物能够产生大量的溴代DBPs。其中，三卤甲烷(THMs)和卤乙酸(HAAs)是氯消毒过程中产生的最主要的两类DBPs，对人体具有毒性和致癌性。因此，通过源头控制，采用有效的技术工艺减少DBPs前体物进而控制DBPs的生成。

水铁矿(FH)是一种无定形铁氧化物，能够通过配位交换吸附DOM，尤其是对带有羧基、羟基官能团的有机组分如腐殖酸类芳香烃化合物具有高效吸附能力，而这类物质是THMs和HAAs的主要前体物。另一方面，三价砷与FH表面的OH发生配位交换作用产生双齿双核络合物，有效控制砷污染物。但是，由于FH的粉末状结构，很难从水体中分离出来，从而限制了其在水处理中的应用。膜过滤技术能够解决颗粒物从溶液中分离的困难。超滤(UF)具有能耗低、不添加化学药剂，对胶体、颗粒物和有机物去除率高等优点。但是，UF膜孔径大，难以有效去除无机离子和DBPs前体。另外，DOM会造成膜污染，限制了UF膜的推广应用。因此，基于FH对DOM和三价砷的吸附作用，将其与UF膜系统结合，能够有效去除三价砷及DBPs前体物，并减轻膜污染负荷，并利用后续UF膜系统截留前处理的吸附剂FH颗粒，实现固液分离，为保障饮用水供水安全提供了技术支持。

发明内容

针对UF膜系统对无机物和有机物去除效果差的现状，本发明的目的是提供一种有效去除水体中三价砷和DBPs前体物，保障饮用水水质的方法。

本发明去除三价砷与DBPs前体物的技术原理：在中空纤维膜系统中加入FH颗粒，FH通过配位交换作用吸附三价砷和DOM，主要反应包括：三价砷与FH表面的OH发生配位交换作用产生双齿双核络合物；DOM的羧基和酚基与FH表面的羟基配位交换形成内球面复合物；FH通过电性作用与DOM形成外球面复合物。FH-UF膜组合工艺能去除三价砷和DBPs前体物，出水中三价砷和每种DBP浓度均达到饮用水标准。采用UF膜系统与FH相结合，通过FH的预吸附作用减少到达膜表面的污染物，进而控制膜污染的形成和跨膜压的升高，UF膜的截留作用能够分离FH颗粒，提高出水水质，对于保障饮用水水质具有重要意义。

本发明提供的FH吸附-UF膜组合工艺去除三价砷和DBPs前体物的方法，包括如下步骤：

1)将聚偏氟乙烯UF中空纤维膜置于错流过滤的膜反应器中；

2)将含有三价砷和DOM的水样加入膜反应器中，调节pH至7；

3)将颗粒态FH加入膜系统反应器中，调节曝气量为1.5L/min，使FH处于悬浮状态，均匀分布，并在膜表面提供剪切力，减少污染物在膜表面的富集；

4)膜系统在恒流条件下运行，通量为150L/(m²·h)；

5)对滤后膜先进行擦除污染物，之后进行物理反冲洗，计算膜的水力阻力。