12史陈浩 12郝仁 12赵桐
1天津泰达水业有限公司
2天津泰达津联自来水有限公司
摘要：考虑到矿井水混凝处理过程中残留的聚氯化铝（PAC）残留物造成的超滤膜污染，在聚偏二氟乙烯（PVDF）超滤膜之前添加了不同数量的PAC。通过水凝和超滤试验，研究在不同剂量的Relation PAC下浊度，污染指数（SDI），残留铝含量，跨膜压（TMP）和比归一化膜通量（NSF）之间的相互作用以及对超滤膜的影响。结果表明，当PAC用量为35-40 mg / L时，混凝上清液的最小SDI值为5.3，残留铝量约为0.16-0.23 mg / L，浊度约为6。0?8.0 NTU 。跨膜压差随PAC剂量，残留铝含量和pH值的增加而增加。残留在水中的现有形式的铝可以在不同的pH条件下相互转化，并且其聚合态和絮凝体粒径也会影响超滤膜的污染。酸性条件（pH 4.2?5.2）更有利于减少残留铝引起的超滤膜污染。
关键词：矿井水；聚合氯化铝；残留物；膜污染
引言
随着矿区水资源的日益匮乏，矿井水作为二次水的回用受到越来越多的关注，传统的矿井水处理技术已不能满足需求。近年来，膜分离技术用于处理矿井水的研究和应用逐渐增多，但膜污染一直是技术发展的有限制约因素。
合理放置预处理过程可以减少膜污染并提高去除污染物的效率。当前，前膜预处理的主要方法是凝结、沉淀（澄清）和过滤。通过预处理过程，可控制膜系统中的无机颗粒和有机物，以控制膜污染。聚合氯化铝（PAC）是水处理过程中最常用的混凝剂。
1试验材料与方法
1.1水质与试剂及材料
水质：测试水取自给定省份3个煤矿的固体悬浮矿井水。采样分析后的水质见表1。可以看出，矿井水中的铝废渣含量大于0.07mg / L。
表1煤矿井水水质指标
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试剂：聚氯化铝（PAC，河南金辰，活性成分> 30％，浓度10％），盐酸（HCl，工业级，含量> 31％，上海环发化工），氢氧化钠（NaOH，工业级，沧州荣庆化工）
材料：实验中使用的膜超滤组件为高强度中空纤维膜，膜材料为亲水性聚偏二氟乙烯（PVDF），膜包裹材料为聚氯乙烯（U-PVC），主要参数见表2。
表2超滤膜主要运行参数
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1.2仪器与方法
仪器:电子天平(奥豪斯AＲ224CN，美国);混凝试验六联搅拌机(ZＲ4－6，中国);恒温水浴锅(XMTD203，中国);紫外可见分光光度计(752N，中国);便携式液体浊度仪(哈希1900C，美国);Zeta电位仪(JS94H－2，中国);pH计(PHS－3E，中国)。
方法:混凝条件为：280r / min快速搅拌1min，120r / min中速搅拌1min，60r / min缓慢搅拌15min。搅拌后，将上清液静置15分钟，取上清液进行测试。铝废料含量的测定通过《化学试剂中铝的通用测定方法》（GB / T9734-2008）中的Azurol S铬分光光度法和红色三羟基ama酮分光光度法，检测范围分别为0.01和0.20mg / L和0.4?2mg / L。
1.3装置与流程
该测试主要在室温下进行，向矿井水中添加不同量的PAC，以改变浊度，SDI和水中铝屑的含量。测试设备主要由反应沉淀器，进水泵，沙滤器，超滤膜组件，测量仪器等组成，如图1所示。矿井水处理能力为5m3 / h，PAC为通过加料泵以1.5至3.0L / h的流量将其引入反应沉淀器。将井水和PAC在反应沉淀物中搅拌，然后静置沉淀并取出上清液。上清液由砂滤器过滤，然后进入膜超滤组件进行过滤。过滤流量为70-100L /（m2·h），跨膜压力变化的工作范围为180-200kPa，水进入水箱输出。在空气和水的超滤膜的空气清洗过程中，产生的水被后清洗泵挤压，空气由空气压缩机供应，并且在打开点火阀并打开后清洗排水装置时进行后清洗，从管道中排出。
2结果与讨论
2.1PAC投加量对残留铝和浊度的影响
图1为矿井水投加PAC混凝后上清液中残留铝含量和浊度随投加量的变化。
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图1PAC投加量对残留铝含量和浊度的影响
从图1可以看出，在小于70mg / L的给药间隔中，随着PAC剂量的增加，上清液中铝残留量和浊度呈现先降低后升高的趋势，但两种变化同时发生。当PAC剂量较小时，可溶性铝离子是主要的离子，因为从絮凝和沉淀中提取的铝较少，导致上清液中铝的含量较高。随着PAC剂量的增加，铝的水解反应增加，大多数水解的聚合铝与絮凝物结合，然后沉淀并去除，铝残留物的含量和上清液的浊度相应降低。当PAC用量为35mg / L时，铝残留量最低，约为0.16mg / L。当PAC用量为35-40mg / L时，浊度为6.0-8.0NTU。当PAC剂量为48mg / L时，浊度最低，约为5.5NTU。
2.2残留铝含量对跨膜压差的影响
当最佳PAC剂量（35-40mg / L）和过量（> 40mg / L）时，混凝溶液流经砂滤器可将浊度保持在1.0 NTU。当残余铝含量为0.18、0.25、0.38 mg / L时，将pH值检查为7.0至8.0，并且在相同条件下，溢出物以80L /（m2·h）的流量流入过载状态。膜研究残留铝对跨膜压差的影响，结果见图2。
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图2残留铝含量对跨膜压差的影响
从图2可以看出，跨膜压力变化随残余铝含量的增加而增加。当残留铝含量为0.18mg / L（PAC剂量为40mg / L）时，过滤200min后的TMP值为88.2kPa； 当残留铝含量为0.25mg / L（PAC剂量为60mg / L）时，过滤200分钟后的TMP值为140.4kPa。 当残留铝量为0.38mg / L（PAC剂量为80mg / L）时，过滤200min后的TMP值为181.8kPa。
2.3不同pH值下铝形态的影响
铝形态在不同pH值下形成絮凝体的平均粒径也不同，如图3所示。
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图3不同pH值下铝形态对絮凝体平均粒径的影响
从图3可以看出，在pH为4的条件下，絮凝体的粒径为中间聚合铝＞单体络合铝＞胶体铝。当pH值增加到7时，絮凝剂单体配合物铝的粒度>胶体铝>聚合中间铝；在pH条件下，絮凝胶体铝的平均粒径>单体复合铝>聚合的中间铝的超滤膜孔（0.03μm）在砂前过滤过程中被去除，其余部分形成铝。仍然会被超滤膜吸收，就现有形状和平均粒径而言，在pH 9值以下出絮的数量和可能性更高，这也表明在中性和碱性条件下其污染程度更大。
3结论
跨膜压差随PAC剂量和铝屑含量的增加而增加。当PAC用量为40mg / L时，铝残留量为0.18mg / L，TMP值为88.2kPa。PAC用量为60mg / L时，残留铝量为0.25mg / L，TMP值为140.4kPa。当PAC用量为80mg / L时，铝残留量为0.38mg / L，TMP值为181.8kPa。pH值会影响水中残留铝的存在，同时会影响SDI膜的污染潜力。酸性条件（pH值4.2?5.2）更有利于减少残留铝引起的超滤膜污染。
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