去除三价砷与消毒副产物前体物的水铁矿-UF膜组合工艺制造技术

本发明专利技术涉及一种水铁矿(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。本发明专利技术利用三价砷与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。

Combined process of removing -UF from arsenic trioxide and disinfection by-products precursors

The invention relates to a method for removing trivalent arsenic and organic matter (DOM) from water by a combined process of hydrous iron ore (FH) UF membrane, thereby controlling disinfection by-products (DBPs) and alleviating membrane fouling, belonging to the technical field of water treatment. The process includes the following steps: adding adsorbent FH to hollow fiber UF membrane filtration system, keeping it suspended by aeration, providing shear force, reducing the enrichment of membrane surface pollutants, and separating adsorbent from water by UF membrane filtration. The invention utilizes trivalent arsenic to bond with monoatomic or diatomic O on the surface of FH, and the coordination exchange reaction between FH and DOM takes place to form a coordination complex, effectively removing 99.4% arsenic trivalent, 80.2% trihalomethane precursor and 90.4% haloacetic acid precursor. The arsenic concentration in effluent and each DBP concentration meet the drinking water standard. Ensuring the safety of drinking water. At the same time, FH adsorption pretreatment reduced DOM enrichment on the membrane surface and adsorption in the membrane pores, reduced the transmembrane pressure drop by 65.5%, significantly alleviated membrane fouling.

【技术实现步骤摘要】
去除三价砷与消毒副产物前体物的水铁矿-UF膜组合工艺
本专利技术涉及水处理
，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。
技术介绍
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。
技术实现思路
针对UF膜系统对无机物和有机物去除效果差的现状，本专利技术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。本专利技术去除三价砷与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。本专利技术提供的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。6)对滤后出水进行氯化消毒实验，测定消毒副产物生成势，Cl：DOC＝3:1，余氯为1-2mg-Cl2/L。所述的方法在，步骤2中进水三价砷的浓度为0.1mg/L，DOM浓度为5.0mg-C/L。所述的方法中，步骤3中FH的浓度为50mg/L-Fe。所述的方法中，步骤6中氯化实验在黑暗密封条件下进行，反应时间为7天。本专利技术水体THMs前体物去除率80.2％，HAAs前体物去除率90.4％，三价砷去除率99.4％，出水中三价砷浓度低于0.01mg/L，每种DBP浓度均低于0.02mg/L，达到饮用水标准。跨膜压差降低了65.5％。附图说明图1：实施例1水铁矿-超滤膜组合工艺示意图。其中，1-进水箱；2-进水泵；3-超滤膜组件；4-压力表；5-出水泵；6-出水箱；7-气泵；8-气体流量计；9-曝气头；10-三通阀。具体实施方式下面结合实例对本专利技术进一步说明。在连续实验中将FH预吸附与膜过滤系统相结合，将FH吸附剂直接投加至膜反应器内，超滤膜组件为聚偏氟乙烯的中空纤维膜。考察UF膜与FH预吸附组合工艺的运行效果及出水中目标污染物浓度，DBPs生成势，分析水力阻力。实施例1在膜反应系统中，单独采用聚偏氟乙烯UF膜而不加入吸附剂对三价砷和DOM进行去除。进水溶液中加入三价砷浓度0.1mg/L，DOM浓度5.0mg/L，在150L/(m2·h)的恒流条件下运行。DOC去除率31.2％，UV254去除率40.1％，THMs前体物去除率30.5％，HAAs前体物去除率38.6％，对三价砷无去除作用。实施例2在膜反应系统中，采用吸附剂FH与聚偏氟乙烯UF膜协同去除三价砷和DOM。加入FH浓度50mg/L-Fe，进水溶液中三价砷浓度为0.1mg/L，DOM浓度为5.0mg/L，在150L/(m2·h)的恒流条件下运行，运行过程中跨膜压变化不大。DOC去除率80.3％，UV254去除率91.4％，三价砷去除率99.4％，出水中三价砷浓度低于0.01mg/L，达到饮用水标准。实施例3擦除过滤后FH-UF膜表面堆积的DOM与吸附剂颗粒，之后进行反冲洗。大分子DOM是导致UF膜污染的主要污染物，FH对大分子DOM具有较强的吸附能力。FH加入后，吸附了大量的DOM，同时在膜表面形成了疏松的滤饼层，降低了76.2％的跨膜压差。实施例4对滤后出水进行氯化消毒实验，Cl：DOC＝3:1，用磷酸缓冲液将pH调节为7。保证样品中余氯为1-2mg-Cl2/L，氯化反应在黑暗密封条件下进行，反应时间为7天。FH-UF组合工艺降低了80.2％的THMs生成势和90.4％的HAAs生成势，出水中每种DBP浓度均低于0.02mg/L，达到了饮用水标准。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.水铁矿(FH)预吸附‑超滤(UF)纤维膜组合工艺，去除水中三价砷和消毒副产物(DBPs)前体物的方法，其工艺组成包括FH预吸附和中空纤维UF膜过滤，其特征在于在中空纤维膜过滤系统中加入吸附剂FH颗粒，利用曝气使FH处于悬浮态，均匀分布，与三价砷和溶解性有机物(DOM)充分接触，加快反应速率，并在膜表面提供剪切力，减少污染物在膜表面的富集，并通过UF膜系统截留吸附剂FH颗粒，达到良好的固液分离效果。

【技术特征摘要】
1.水铁矿(FH)预吸附-超滤(UF)纤维膜组合工艺，去除水中三价砷和消毒副产物(DBPs)前体物的方法，其工艺组成包括FH预吸附和中空纤维UF膜过滤，其特征在于在中空纤维膜过滤系统中加入吸附剂FH颗粒，利用曝气使FH处于悬浮态，均匀分布，与三价砷和溶解性有机物(DOM)充分接触，加快反应速率，并在膜表面提供剪切力，减少污染物在膜表面的富集，并通过UF膜系统截留吸附剂FH颗粒，达到良好的固液分离效果。2.根据权利要求1所述的FH-UF膜组合工艺去除水中三价砷与DOM的方法，其特征在于，包括如下步骤：将含有三价砷和DOM的水样通入上述膜反应器内，将吸附剂FH加入中空纤维膜系统中，在曝气量为1.5L/min的曝气状态下悬浮，均匀分布，并在膜表面提供剪切力，恒定膜系统通量150L/(m2·h)...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨禹，张森，侯立安，
申请(专利权)人：北京师范大学，中国人民解放军火箭军工程大学，
类型：发明
国别省市：北京,11