外文翻译-饮用水处理通过用金属膜制成的凝固—微滤来去除天然有机物质

1外文资料Removal of natural organic matter (NOM) in drinking water treatment by coagulationmicrofiltration using metal membranesTorove Leiknes, Hallvard degaard, Hvard MyklebustDepartment of Hydraulic and Environmental Engineering, NTNU, Norwegian University of Science and Technology, S.P. Andersensvei 5, N-7491 Trondheim, NorwayAbstractDrinking water sources in Norway are characterized by high concentrations of natural organic matter (NOM), low pH, low alkalinity and low turbidity. The removal of NOM is therefore in many cases a general requirement in producing potable water. Drinking water treatment plants are commonly designed with coagulation direct filtration or with NF spiral wound membrane processes. This study has investigated the feasibility and potential of using inorganic metal microfiltration membranes in a submerged membrane configuration with coagulation pre-treatment for drinking water production. Variations in operating modes and conditions were tested, from dead-end operation to semi sequencing batch operation using air scouring and backwashing cycles for membrane cleaning and fouling control. Fluxes around 180 LMH at trans membrane pressures below 0.3 bar where achieved over production cycles in excess of 50 h. Treatment efficiencies in general showed 95% colour removal, 85% UV removal, 6575% TOC removal and 95% of true colour, 87% of UV-absorbing compounds, and 6575% of DOC. A consistent high permeate quality was achieved for all experiments irrespective of operating modes investigated. Initial studies with dead-end operation and variations of backwashing and air scouring showed that membrane fouling was reversible and primarily cake formation. This cake layer was easily re- moved when the membrane was cleaned extensively and the membrane performance was returned to its initial state.The performance of the membrane system was found to be best when operated in a semi sequencing batch reactor mode. Two operating cycles consisting of a production period followed by extraction of excess sludge and a short cleaning period combining backwashing of the membrane with permeate and vigorous air scouring was investigated. The cycles applied consisted of a 10 min cycle (9.5 min production, 0.5 min cleaning) and a 30 min cycle (29 min production, 1 min cleaning). Fluxes in the range of 200 LMH with TMP development in the 0.10.4 bar range over a long period were readily achieved. The longer 30 min cycle appears to give a better performance with a lower fouling rate compared to the shorter cycle. 7For the conditions tested, operating in excess of 75 h showed a TMP development from 0.050.15 bar for a constant flux of 190 LMH. Given that the fouling rate does not change, an estimated 22.5 months of operation can be achieved for a flux of 200 LMH before the membranes must be taken out of production for an extensive cleaning (physical and chemical procedures). The metal membrane used in this study is a relatively new product and a detailed analysis of investment and treatment costs has not been done. The overall capacity and performance of the system combined with costs will ultimately determine if the option is viable on a commercial basis. Initial results, however, show the process has a good potential of being an alternative method for drinking water treatment. It can also be applied for redesigning and upgrading existing coagulation direct-filtration plants by replacing the conventional sand filters.Future work will include investigating alternative operating cycles, a better understanding of the effect of the cleaning cycles on the system performance, improving the membrane module design, designing a more efficient membrane reactor, and optimizing modes of operation to minimize membrane fouling.AcknowledgementsThe authors would like to thank Hitachi Metals Ltd., Japan, for the support and supplying the metal membrane sheets, and Kemira Chemicals, Norway, for supplying the coagulants.8中文译文饮用水处理通过用金属膜制成的凝固微滤来去除天然有机物质Torove Leiknes, Hallvard degaard, Havard Myklebust挪威科技大学，水力和环境工程系说明：Andersensvel 5 ， N-7491 特隆赫姆，挪威摘要：在挪威的饮用水源的特点是天然有机物质的浓度高，PH 值低，碱度低，浊度低。因此在许多情况下用去除天然有机物质的一般设备用来生产饮用水。饮用水处理工厂一般是设计凝固系统直接过滤或与纳滤膜缠绕膜过程。本研究调查显示，在饮用水生产的配置有凝固系统的预处理中使用无机金属微滤膜的可行性和潜力。对操作模式和条件的变化进行了测试，从无间歇的操作到使用空气对膜进行的周期式冲洗、反冲洗和污垢控制的半序列间歇式操作。大约180LMH 的流量在膜压力低于 0.3bar 下生产周期超过了 50 小时。处理效率一般显示，可去除 95%以上的色度、85%的紫外线、0.2NTU 以下的浊度和在渗透中的可检测的悬浮体。最初的结果表明,三聚氰胺-甲醛树脂金属薄膜是一个在处理饮用水的凝固/直流过滤中令人关注的砂滤替代物。关键词：天然有机物质、凝固微滤 、金属膜1、简介大约 90%的挪威饮用水的供给是由地表水源提供，一般是由拥有低浊、低碱度、低硬度且由于天然有机物引起的高色度的湖水供给。在北方的气候下利用地表水源的其中一个主要问题是天然有机物和总有机碳的高浓度。必须去除天然有机物是因为有色水吸引不了消费者，它导致衣服在洗涤的时候被染色,产生气味和口味,增加腐蚀和生物膜的变薄,是配电网络的形成一种前兆时(DBP)消毒副产物水消毒。含天然有机物质的浓聚物的饮用水的氯化，导致的卤代化合物产生，已成为人们主要关心的问题。因为在 70 年代早期，人们发现氯化副产物是致癌的。在挪威，饮用水水源通常可以描述为高色度、低 pH 值和低碱度，作为典型值在表格中给出。因此，去除天然有机物质是饮用水生产里的一个重要的处理手段，在那里，典型浓聚物由色度 30-80mg/L Pt 减小到了少于 10mg/L Pt。在挪威，最常见的饮用水处理厂的设计是基于凝固和直接过滤或纳滤膜过滤过程(NF)13 。混凝过滤工艺(强化混凝) 仍然是主要的水处理工艺。在过去的 10 至 15 年，基于螺旋纳滤膜(NF)基础上的离子交换膜法，利用模块配置已成功地用于挪威饮用水去除天然有机物，而大约有 100 种膜工艺今9天仍在运用。纳滤膜工艺一般在 3-6bar 的膜过滤压差(TMP)、 21 17Lm 的恒定流量 (LMH)下运作，可使水的恢复达到 70%。图 2 举例说明了螺旋型的纳滤膜的一种典型的工艺设计和流程方案。螺旋型的纳滤膜系统过去有一些缺点，即相对较低的恢复，操作压力带来的高能源消耗，天然有机物污染，次微米微粒导致需要清洁程序和按清洁规程13、14定期维护。在最近的关于不同处理工艺形式经验的调查，使用膜处理水的经营者和所有者通常对膜技术的使用非常满意。然而,该调查也表示有兴趣的选择膜处理装置的设计,更多的能量这将有助于通过高效污染控制减少必要的清洗频率。两种方法可以直接实现：在纳滤之前使用各种各样的原水预处理或者采用纳滤膜，不同类型的膜组件和操作选项。研究使用微滤(MF)、超滤(UF)膜以及膜组件设计(替代中空纤维横流模块和淹没模块)结合凝预处理，减少和控制污染已经被报道过了14 - 7,9 - 11。当应用超滤(UF)、 微滤(MF) 时，混凝预处理和膜过滤相结合使用的优点和效益展现出来。时滤和 MF 膜使用。膜在饮用水处理中通常基于螺旋型系统或横流中空的纤维/管状系统。这些膜分离过程处于膜组件的驱动和装在不同的阵列设计优化过程的压力下。能源成本的要求,试图对膜血管并维持足够高的液体横流速度往往是这些系统的基本内容。能源成本要求对膜血管增加并维持高足够的液体横流速度往往是这些系统的基本内容。水膜设计提供了一种全新的一体式膜设计方法应对膜组件的设计和低压工况，可以有利于总能量的需求。一体式膜工艺设计结合混凝预处理被这一研究选为是一种直接去除天然有机物的替代处理过程。由于这种膜有着化学和物理的强健性，无机金属薄膜也被选中，考虑选择的清洗污垢控制策略相比,与什么是可行的聚合物薄膜相比。本研究的目的是探讨一种可行性，即无机微滤金属膜结合凝固处理来自高色度的地表水的饮用水的潜力。低压一体式膜的模块化配置被选中与混凝预处理环节结合。金属膜由日本的日立五金股份有限公司提供。 2、实验2.1、生产的原水本研究中所有的实验都在采用典型的、代表挪威原水，色度为 50mg / L Pt ，pH= 7 的给水。给水水膜反应器中已经准备好使用大规模的集中了离子交换处理装置的天然有机物浓缩液，通过把浓缩液混合进进自来水来组成理想的组分。分析表明，再生水显示出给水代表着自然水源。该实验中再生给水被选作维持同样的初始条件进行的所有实验，这样所有的性能在不同操作条件下就可以进行评估和比较。盐酸(HCl)被用于控制和调整 pH 值，以确保在凝固这一阶10段最佳 pH 为 6.30.2。色度为 50mg / L Pt 的再生水拥有 6.1 0.25mg/L 浓缩碳和 31.1 1.1m 的紫外线 254 吸收率。-1使用的混凝剂是一种聚合氯化物(PAX-16),从 Kemira 水溶液化学材料为。初步试验首先进行了混凝震动测试，找到移除 NOM 的最适酸碱度、混凝投药量。在理想的酸碱值 pH=6.30.1 下，分别对剂量为 2、3、4 和 5mg / L 的铝进行了测试,至确定颜色去除。研究结果显示,特定用量 5mg / L 的铝能够去除 94%的真色,87% 的 UV 吸收化合物,以及 71%的 DOC9。4-5mg / L 的铝并不使颜色去除量增加,然而,是使 DOC 的去除增多，同时该颗粒的电动电势形成。5mg / L剂量的铝因此被选择作为首选混凝剂投加量。随剂量的增加，该颗粒的电动电势形成从-22mV 增加到+ 5mV。该颗粒的电动电势的增长与导致电动电势的消极值的低剂量相比，也被认为是有益。然而,在膜反应器中，该颗粒的平均电动电势的周围测定值-7.754.19mV。低值的发现可能是由于在膜反应器中条件的不同例如污泥浓度、液压和絮凝条件,然而,其测量值接近一个有利于聚集体形成的中性的电荷。因此,所有的实验进行了在酸碱度约为 6.30.2 的膜反应器中加混凝剂剂量为 5mg/ L 的铝的给水处理。使用管道絮凝器维持一个飞速发展的微絮体完成了给水的絮凝。管道絮凝器设计水力停留时间(HRT) 为 30秒，水力梯度400 。给水经过混凝剂用量为1s5mg/L的铝的混合/絮凝之后的悬浮物浓度在25mg/L SS左右。2.2、膜组件规范膜组件的材料是由日立金属有限公司提供的，并由金属膜制成了薄板。每一个薄板都是由一个支撑层烧结金属粉末形成的膜构成的。通过使用泡点法和粒子筛选法来分析膜标孔的特点。这些方法确定的膜的标孔为 0.95 米和 0.2 米。这种膜可作为一个“开放 的微量过滤膜进行分类，其中，粒度为 0.2 米孔径最有可能代表膜的特点。膜组件的设计以及板框采用夹层结构凡铝框，目的是保证每一个内部15支持层膜板边由两个系统建成。据帧测量，高度为 430 公厘，长度为 270 毫米，宽度为 10 毫米，每个模块提供一个表面积为 0.1596 平方米的有效的膜。研究初步调查，这条唯一的膜组件在膜反应器中的膜面积和总使用面积为 0.1596 平方米。一个膜反应器和膜组件模块的原理图如图 3 所示。 2.3、实验配置该膜反应器是一个长方形的容器（高= 80 厘米，宽= 27 厘米，长= 30 厘米），膜组件在距离底部位置约为 15 厘米以上的地方。提取污泥和污泥的采样均安11排在容器底。一个采样点也安装在容器中，他提取膜反应器中集中的代表样品。提取渗透液使用低真空压力泵，并将渗透油储存为反冲洗。一个真空泵能承受的最大值为 0.5pa 的三甲氧苄氨嘧啶，彻底清洗其中一个膜组件是必要的条件。安装一种粗泡曝气鼓风机和通风设备，控制空气污染和膜的冲刷清洗。2.4、实验分析实验分析了膜模块的性能，目的是防止开采过程中由于跨膜压力不断变化对操作的影响。三甲氧苄氨嘧啶的发展是将传感器连接到一个计算机辅助软件，由于助熔剂的不同，需通过在线连续测量压力。FieldPoint 软件可进行系统数据采集（FP1000 与 FP -的 AI - 110 模拟输入），并结合 LabVIEW 6.1 的数据采集和分析程序。温度传感器会不断地记录水温。流速与流量的测量通过手动各自线转子来统计。关于膜，膜的性能污染率通过计算渗透率来确定下降率，用跨膜压力（长 2M，宽 2M，压强 1pa）除以归通量来表达。通过消去颜色的分析进行水处理效率的测量，经 TOC 分析仪显示所吸收的 UV254，浑浊度以及去除的悬浮物。从水流中采集的样本，在膜反应器集中，并对渗透流样本进行分析。其次分析协议采用挪威标准。真彩色和 UV 的吸收测定了日立的 U - 3000分光光度计。颜色是通过测量 5 厘米的细胞样品在 410 nm 处的吸光度。UV 的吸收，是用 1 厘米的石英细胞定义在 254 纳米中。通过催化湿式氧化（分析仪阿波罗 9000）来分解或进行有机碳（DOC）的测定。原水样品是通过一个 0.45米的赛多利斯硝酸盐来分析过滤去除的颗粒物。用激光多普勒测速（库尔特440SX）分析界面动电势。通过电感耦合等离子体质谱分析测量样品中残留铝的渗透。2.5、膜清洗程序通过膜清洗实验和彼此间的清洁程序相结合的物理、化学程序进行膜清洗过程。该膜反应器的第一排干，用干净的水填充。渗透方向相反的反冲洗膜以空气与活力的联合。膜清洗机械首次使用，需轻轻刷洗并在冲洗前软刷膜的表面。用次氯酸钠溶液浸泡膜组件一两个小时（200 毫克/升），以去除可能有吸附在金属表面的污垢，接着用弱柠檬酸溶液浸泡，以消除所有的无机污垢和有机物。通过对干净的水通量测