混凝-超滤工艺中化学强化反冲洗副产物(CEBBPs)对水质安全性影响分析与调控

Membrane chemical cleaning is one of the main strategies to restore the membrane flux and reduce membrane fouling, but its potential effects of chemical cleaning on drinking water quality is not concerned. This topic will focus on Chemically Enhanced Backwash (CEB) in Coagulation-ultrafiltration process. Firstly, chemically enhanced backwash by products (CEBBPs)will be analyzed and its effects on water quality security will be assessed. Secondly, a study of the variability in CEB factors (such as cleaning agents concentration, soak time, etc) on CEBBPs generation will be carried out. Meanwhile, the impact of a range of the CEB parameters on flux recovery will be measured. Finally, based on the relative influence of CEB on CEBBPs concentration and flux recovery, the best CEB parameters will be established. The research will help to supplement the theory of coagulation - ultrafiltration process , and improve drinking water security.

膜清洗是控制膜污染恢复膜通量的有效方法，但膜化学清洗中潜在的二次污染和给饮用水处理带来的水质安全风险尚未引起关注。本课题将对膜清洗中的化学强化反冲洗CEB进行研究，首先分析CEB过程中产生的典型化学强化反冲洗副产物（CEBBPs），并评估CEBBPs的潜在水质安全性影响；其次对CEB过程中清洗药剂的引入以及其他参数进行调控，研究CEB技术的调控与典型CEBBPs物质浓度的数学关系，同时对比CEB调控下膜清洗效果的变化，量化CEB参数、膜清洗效果和CEBBPs生成三者之间的内在联系，建立CEB最佳在线反洗参数，实现CEB膜清洗技术的优化调控。本课题的研究将有助于补充混凝-超滤工艺的理论内容，提高膜法饮用水处理水质安全保障。

由于膜污染是目前超滤膜应用于饮用水处理中的一个关键问题，为了保障饮用水安全、改善出水水质，如何降低膜污染、恢复膜通量是近年来关注的热点之一。膜清洗是改善及恢复膜过滤性能的有效方法，但膜化学清洗中潜在的二次污染和给饮用水处理带来的水质安全风险尚未引起关注。本课题在混凝-超滤装置的基础上，对化学强化反冲洗（CEB）进行研究，首先分析CEB过程中产生的典型化学强化反冲洗副产物（CEBBPs），建立反冲洗副产物检测分析方法，对生成的副产物种类进行甄别和筛选，确定典型CEBBPs；其次通过调节CEB参数研究CEB技术调控与典型CEBBPs物质浓度的数学关系，同时对比CEB调控下膜清洗效果变化，量化CEB参数、膜清洗效果和CEBBPs生成三者之间的内在联系，采用单因素与响应面试验确定最佳清洗参数，实现CEB膜清洗技术的优化调控，提出膜出水健康风险评价方法，评估CEBBPs的潜在水质安全性影响。.本研究建立了顶空进样-气相色谱检测水中挥发性卤代烃及高效液相色谱-质谱联用检测水中卤乙酸的方法，对膜清洗中CEBBPs进行识别筛选，确定了典型CEBBPs；研究表明CEB过程中NaClO与原水中有机物反应后产物主要为HAAs，而THMs含量较低，不是主要反应产物；在膜出水HAAs中，HAA5约占60%。明确了CEB参数与典型CEBBPs物质浓度的数学关系，通过清洗参数对组合工艺的单因素影响试验，分析了反洗时间、反洗药剂浓度、反洗周期、反洗流量等参数对典型副产物生成和膜清洗效果的影响，量化了CEB参数与膜清洗效果之间的内在联系，为实现CEB膜清洗技术的优化调控提供依据，最终确定CEB清洗参数为：反洗药剂浓度25mg/L、反洗时间4min、反洗周期120min、反洗流量20L/(m2·h)。通过采用响应面试验方法研究了混凝-超滤工艺CEB中各清洗参数因素之间的交互作用，获得了清洗参数对TMP增长速率的数学模型，并由模型计算可得到混凝-超滤工艺的膜清洗优化方案，其结果为反洗药剂浓度为29mg/L、反洗时间为4min、反洗周期为60min、反洗流量为23L/(m2·h)；根据优化方案运行参数对CEB后膜出水进行健康风险评价，结果表明通过优化调控CEB参数后的混凝-超滤工艺膜出水不会引起非癌症类和癌症类健康风险。本课题的研究成果有助于补充混凝-超滤工艺的理论内容，提高膜法饮用水处理水质安全保障。