一体式铁盐絮体-超滤净水工艺中试运行效能_冯文涛.pdf

文章栏目：水污染防治DOI10.12030/j.cjee.202301081中图分类号X703文献标识码A冯文涛,吴思琦,马百文.一体式铁盐絮体-超滤净水工艺中试运行效能J.环境工程学报，2023,17(6):1851-1859.FENGWentao,WUSiqi,MABaiwen.Thepilot-scaleperformanceofintegratedironsaltfloc-ultrafiltrationprocessfordrinkingwaterpurificationJ.ChineseJournalofEnvironmentalEngineering,2023,17(6):1851-1859.一体式铁盐絮体-超滤净水工艺中试运行效能冯文涛1，2，吴思琦2，马百文2，1.华东交通大学土木建筑学院，南昌330013；2.中国科学院生态环境研究中心，中国科学院饮用水科学与技术重点实验室，北京100085摘要短流程集成膜滤工艺以其占地面积小、出水稳定等优点成为饮用水处理的研究重点，但目前仍缺乏实际中试运行参数及膜污染特征解析。基于常州某河流的中试运行结果，与直接超滤工艺(仅运行 7d)相比，一体式铁盐絮体-超滤工艺(运行 25d)和强化的絮体-超滤工艺(运行 83d)中的膜污染程度显著降低，分别将膜池稳定运行周期延长 2.5 倍和 10.9 倍；扫描电子显微镜和能谱表征结果表明，无论是否投加铁盐絮体，无机物均为滤饼层的主要成分，也是引起膜污染的主要原因。出水水质分析结果表明，一体式铁盐絮体-超滤工艺平均出水浊度低于 0.1NTU，浊度去除率大于 99.5%，同时，COD 和 TP 的去除率分别由 37%和 15%提升至 64.58%和40%。此外，强化后的一体式絮体-超滤工艺中絮体的利用率更高，产水成本为 0.491 元t1。关键词超滤；铁盐絮体；一体式；中试膜滤技术成功研发至今已有百年，20 世纪 80 年代开始成功应用于水处理1-2。随着膜材料改进及运行工艺的持续优化，膜法水处理技术以其出水优异、占地面积小、易自动运行等诸多优点被广泛应用于饮用水处理领域，预计 2030 年全球市场规模将达到 21.4109美元3-5。目前，我国以超滤工艺为主的饮用水厂也大幅增加6-12，如广州北部水厂设计处理量高达 1.5106m3d1，一期供水规模 6105m3d1。然而，膜滤运行过程中污染物易被膜孔吸附、膜表面截留等，从而引起膜污染12-14，因此，适度预处理成为膜法水处理工艺稳定运行的重要保障。与其他预处理工艺(如氧化、催化)相比，混凝预处理方法简单高效且对膜表面无损伤15-16。截至目前，已研发了 3 种混凝-超滤净水工艺17-18：传统型(混凝-沉淀-超滤)、短流程型(混凝-超滤)和集成式(混凝剂或吸附剂直接注入膜池)。其中传统超滤工艺、短流程膜滤工艺已有工程应用实例。但由于混凝或沉淀单元的存在，传统超滤工艺、短流程膜滤工艺占地面积仍较大。基于此，将混凝剂水解絮体直接注入膜池的一体式膜工艺逐渐成为研究重点19-21。有研究22-25表明，集成式膜工艺与传统膜工艺及短流程膜工艺相比能一定程度上更好地去除污染物并减缓膜污染。但与前 2 种工艺相比，集成式工艺仍多处于小试规模。我们前期进行了一体式絮体-超滤工艺中试规模的初步研究18，发现该工艺能适度稳定运行，但存在运行周期短(约收稿日期：2023-01-20；录用日期：2023-04-18基金项目：国家自然科学基金资助项目(52070183)；国家自然科学基金国际(地区)合作与交流项目(51820105011)；中国科学院青年创新促进会项目第一作者：冯文涛(1996)，男，硕士研究生，；通信作者：马百文(1985)，男，博士，副研究员，环境工程学报Chinese Journal ofEnvironmental Engineering第 17 卷 第 6 期 2023 年 6 月Vol.17,No.6Jun.2023http:/E-mail:(010)6294107440d)且缺乏对膜污染防控机制尤其滤饼层三维结构特征的认知。在此基础上，本研究进一步开展了一体式絮体-超滤中试实验，以进、出水水质和膜压差(TMP)等因素考察了一体式铁盐絮体-超滤工艺的运行效能，重点分析了超滤膜表面上滤饼层的污染物组成及分布特征，以期为发展膜法水处理工艺及理论等提供参考。1材料与方法1.1实验材料实验中所用的聚合硫酸铁(polymerizedferroussulfate，PFS，有效铁含量 21%)为饮用水级，购于神美科技有限公司(河北沧州)。烧碱(主要成分为 NaOH)与次氯酸钠溶液(有效氯浓度约 5%)，购于常州通达试剂有限公司。所用的浸没式中空纤维超滤膜购于天津膜天膜科技股份有限公司，材质为聚偏氟乙烯(PVDF)。超滤膜平均孔径为30nm，膜丝内径为0.7mm，外径为 1.3mm，每个膜组件表面积为 35m2。原水取于常州某河流，为防止大颗粒泥沙等进入原水箱，原水分别经一级过滤器(精度为 100m 的滤袋)和二级过滤器(精度为 50m 的滤袋)后使用，原水箱水质如表 1所示。絮体配制方法。首先取所需质量(以铁计)的聚合硫酸铁溶于水中，然后在 500rmin1下快速搅拌 1min，之后调整转速为 150rmin1，继续搅拌 14min。由于絮体的性质受 pH 的影响较大26-27，因此，在慢速搅拌过程中使用烧碱将絮体 pH 统一调至接近原水 pH(pH 约7.3)。之后，静置沉降1h，排去上清液，重复23 次。1.2实验装置及方法装置由液位计控制水位且自动运行(除加药外)，每 30min 自动记录跨膜压差、产水流量、产水浊度、水温等数据。实验装置如图 1 所示。实验所用河水经袋式过滤器预过滤后进入原水箱，再通过离心泵加入膜池，同时将配置好的絮体浆液(絮体投加量以有效铁计)通过蠕动泵持续泵入表1原水水质Table1Rawwaterquality统计结果浊度/NTU高锰酸盐指数/(mgL1)COD/(mgL1)BOD5/(mgL1)NH3-N/(mgL1)TP/(mgL1)TN/(mgL1)pH范围11.3036.604.405.0013.0035.002.604.400.101.200.170.224.7012.406.807.80均值23.954.7024.003.500.650.208.557.30图1实验装置示意图Fig.1Schematicdiagramofthepilot-scalesetup1852环境工程学报第17卷膜池中。实验过程中采用恒流量运行，单膜池产水流量为 1m3h1，水力停留时间约为 70min。膜组件每运行 29min 后进行 1min 的反洗(反洗流量均采用 1.5m3h1)，在反洗的同时进行曝气(曝气强度可按需设置)。为防止絮体下沉，产水过程中持续进行微量曝气(曝气强度为 0.75m3h1)，同时为了防止膜池内污染物积累过多，定期进行排泥(排泥间隔可按需设置)，排泥时膜池液位从2.40m 降低至 1.80m(膜组件高 1.80m，排泥时不宜暴露在空气中)。此外，为降低微生物对膜污染程度的影响，采用次氯酸钠进行预氧化，次氯酸钠通过蠕动泵加入原水箱，投加量为 1mgL1(以有效氯计)。1.3分析方法原水浊度采用 Hach2100Q 浊度仪(美国 Hach 公司)测定；出水浊度采用 Signet4150 在线浊度仪测定；高锰酸盐指数采用 GB/T11892-1989 法测定；化学需氧量(COD)采用重铬酸盐法测定；五日生化需氧量(BOD5)采用 HJ505-2009 非稀释法测定；总磷(以 P 计)采用钼酸铵分光光度法测定；氨氮(NH3-N)采用水杨酸分光光度法测定；总氮以(N 计)采用碱性过硫酸钾消解紫外分光光度法测定。在运行结束(TMP 设定上限为 45kPa)后，取 2cm 左右的膜丝，以扫描电子显微镜(SEM，日本 JEOL 公司)观察超滤膜表面形貌，并在液氮中淬断后，观测膜断面滤饼层特征。通过使用 SEM-EDS(Quattro,FEI,USA;ElementE1868-C2B,Ametek,USA)对被污染的膜的横截面进行线扫描和测绘，采集了 C、O、F、Fe、Si、Ca 等元素沿滤饼层深度的强度特征，以揭示膜污染的机制。2结果与讨论2.1一体式铁盐絮体-超滤中试工艺的膜污染特征考察了一体式絮体-超滤工艺运行效能，首先设置了直接超滤(无絮体投加、反洗曝气量 5m3h1、排泥间隔 2d)和一体式絮体-超滤(铁盐絮体投加量为 10mgL1、反洗曝气量5m3h1、排泥间隔 2d)2 组实验(表 2)，对其跨膜压差进行实时监测。由图 2 和图 3(a)可知，无絮体投加时，膜污染速率较快且膜断面的滤饼层相对致密，仅经过 7d 的运行，TMP就由 12.1kPa 急剧升至 45kPa；而当铁盐絮体投加量为 10mgL1时，膜污染速率大幅减缓，经过 25d 的运行，TMP 才由 11kPa 升至 45kPa。此外，膜断面滤饼层相对疏松(图 3(b)，表明投加铁盐絮体能有效地缓解膜污染。这是由于无絮体投加时，原水中大量污染物直接到达膜表面，其中部分污染物会吸附并逐渐堵塞膜孔，部分污染物则在膜表面逐渐形成滤饼层，短时间内造成严重膜污染。而当有铁盐絮体投加时：一方面，铁盐絮体粒径较大，在膜池底部曝气的情况下于膜表面形成松散的絮体保护层，该保护层能吸附截留污染物，减少到达膜表面的污染物；另一方面，污染物经絮体吸附捕捉并定期表2不同预处理及操作流程Table2Differentpre-treatmentandoperationflow预处理工艺操作流程运行参数膜池运行时间/d(排泥间隔/d)絮体投加量/(mgL1)反洗曝气强度/(m3h1)一体式絮体-超滤(絮体直接注入膜池)膜池开始运行的同时，絮体由蠕动泵持续注入膜池2(全流程)10(全流程)5(全流程)初步优化的絮体超滤膜池开始运行的同时，絮体由蠕动泵持续注入膜池09(2)10d后(1)10510(全流程)强化优化的絮体超滤膜池开始运行的前1d，絮体由蠕动泵持续注入膜池09(2)10d后(1)10(前1d)10(09d)5(第10天)5(全流程)第6期冯文涛等：一体式铁盐絮体-超滤净水工艺中试运行效能1853随排泥排出后，进一步降低了污染物直接到达膜表面的概率，使膜污染速率显著降低。然而在膜池排泥时，膜池液位由 2.40m降至 1.80m，只排出了约 1/4 的膜池液体，因此长期运行后，膜池内铁盐絮体仍会大量累积，导致吸附饱和的絮体浓度过高。而有研究28-29表明，当吸附饱和的絮体浓度过高时，会导致膜表面污染负荷增加，其缓解膜污染的效果会下降。基于此，设置了初步优化实验(表 2)，即反洗曝气量 10m3h1，絮体投加量先为 10mgL1，在膜池运行至第 10 天时，絮体投加量降低至 5mgL1，同时将排泥间隔从 2d 改为 1d。由图 2 可知，相比絮体-超滤，初步优化实验可在一定程度上强化膜污染减缓，经过 32d 的运行，TMP 才由 10.9kPa 增至 45.1kPa，且此时膜表面无明显滤饼层(图 3(c)。这是由于运行中后期提高排泥频率，避免了膜池内吸附饱和的絮体浓度过高，降低了膜表面污染负荷，有利于缓解膜污染；而反洗曝气量的加大，虽然能更有效地清除膜表面污染物，减缓滤饼层的生成，但也破坏了膜表面絮体保护层，不利于缓解膜污染。进一步设置了强化优化实验(表 2)(膜池开始运行前 1d：铁盐絮体投加量为 10mgL1；膜池运行 010d：絮体投加量 10mgL1，排泥间隔 2d、反洗曝气量 5m3h1；膜池运行至第 10 天：投加量 5mgL1、排泥间隔 1d、反洗曝气量 5m3h1)。由图 2 可知，相比初步优化实验，强化优化实验后膜污染的减缓效果大幅提高，经过 83d 的运行，TMP 才由 9.1kPa 增至 45.1kPa。这是由于预先投加絮体，能在膜池运行前就在膜表面形成絮体保护层，使膜污染速率显著降低。图2不同实验方案下跨膜压差随运行时间的变化Fig.2TMPvariationunderdifferentoperationconditions图3不同实验条件下受污染膜断面 SEM 图像Fig.3SEMimagesunderdifferentexperimentalconditions1854环境工程学报第17卷2.2直接超滤时滤饼层特征为了考察滤饼层内不同污染物的膜污染特征，采用扫描电子显微镜-能谱仪线扫描分析了特征元素沿膜表面滤饼层深度的变化(图4(a)。结果表明，直接超滤时滤饼层中 Si 和O 元素信号强度沿深度方向增加，在接近膜表面时快速下降；Ca 元素信号强度较高，且在滤饼层中分布较均匀；C、F 元素信号强度较低，到达膜表面后强度急剧增加。C 的信号强度变化表明滤饼层中有机污染物含量低，而 Si、Ca、O 的信号强度变化则表明 Si、Ca 的化合物(主要组分可能是无机氧化物)是滤饼层的主要成分。此外，由图 4(b)(SEM-EDS 映射图像)可以直观地看出，滤饼层中最主要污染成分是 Si 元素，其他元素的占比相对较低。可能的原因是大量引起浊度的含硅化合物易被截留吸附在膜表面(直接超滤时浊度大幅降低，去除率为 98%，而 COD 去除率仅为 37.5%)，而有机物则难以被超滤截留。值得注意的是，Ca 元素含量较低，可能是原水硬度较低所致。2.3絮体吸附预处理(仅投加絮体，未优化)时滤饼层特征进一步解析了絮体-超滤(优化前)的滤饼层特征(图 5)。结果表明，在絮体-超滤时，C、F 元素信号强度同样是在滤饼层中较低，到达膜表面后急剧升高，C 的信号强度变化表 明 滤 饼 层 中 有 机 污 染 物 含 量 较 低；Fe、Ca、Si、O 元素信号强度高表明此时滤饼层中污染物仍以无机物为主。Ca、Fe 信号强度变化表明，其主要分布在滤饼层中上层；Si 信号强度沿滤饼层深度方向持续增加，直至到达膜表面后急剧减少，表明其主要分布在滤饼层底部(靠近膜表面)。与直接超滤相比，絮体-超滤滤饼层中也是无机污染物含量更高。不同的是，铁盐絮体的投加减少了滤饼层中 Si、C 的含量(Si 由充满整个滤饼层断面至主要处于滤饼层断面底部)。这主要是由于絮体不但能吸附去除污染物，而且还能在膜表面形成松散的絮体保护层，进一步吸附截留污染物，从而使膜污染速度减缓。另外，Fe 主要分布在滤饼层中上层，而硅主要处于滤饼层断面底部。这是由于在絮体形成有效保护层前，部分污染物率先在膜表面形成了滤饼层。2.4絮体吸附预处理(强化优化)时滤饼层特征进一步对强化处理后的滤饼层进行了解析(图 6)，由于初步优化实验膜表面几乎无滤饼层，所以未对其滤饼层进行深度解析。结果表明，经强化优化后，Si、Fe、O 元素信号强度高，且三者变化趋势相同，信号强度均沿深度方向增加，在接近膜表面时快速下降；C 元素信号强度较低，主图4直接超滤时滤饼层特征Fig.4Characteristicsoffiltercakelayerduringdirectultrafiltration第6期冯文涛等：一体式铁盐絮体-超滤净水工艺中试运行效能1855要分布在滤饼层中上层。尽管无机污染物仍是滤饼层的主要成分，但 Fe 元素主要分布在滤饼层底部，且主要污染物分布行为与 Fe 大致相同。这是由于预先投加絮体能在污染物到达膜表面前，在膜表面形成松散的絮体保护层，吸附截留污染物，从而显著地减缓膜污染速率。此外，滤饼层中C 元素信号强度也有所增加且主要分布在中上层，进一步表明预先投加絮体，能有效阻止污染物到达膜表面并减缓膜污染，提高出水水质。2.5出水水质出水水质是衡量水处理工艺运行效果的重要指标，进一步考察了不同实验条件下超滤工艺的出水水质(表 3)。结果表明，超滤工艺对浊度的去除效果均较高，去除率均大于 98%，且铁盐絮体的存在能进一步提升浊度去除率；投加铁盐絮体也能明显提高 COD 和总磷的去除率，其去除率分别由 37.5%提至 64.58%和由 15%提至 40%；对于总氮的去除，有无絮体时则无明显影响，其平均图5絮体吸附预处理时滤饼层特征Fig.5Characteristicsoffiltercakelayerduringflocadsorptionpre-treatment图6絮体吸附预处理(强化优化)时滤饼层特征Fig.6Characteristicsoffiltercakelayerduringflocadsorptionpre-treatment(enhancedoptimization)1856环境工程学报第17卷去除率约为 65%。对比絮体超滤试验优化前后可知，膜池运行 10d 后减少絮体投加，并不会明显降低处理效果。此外对运行 83d 的强化优化工艺中的出水进行了 42 项水质指标测试，结果表明，除耗氧量外，其他水质均符合国家饮用水标准(GB5749-2006)。2.6产水成本分别核算了一体式絮体-超滤工艺、强化优化工艺的产水成本。产水成本主要分为超滤膜折旧费、电费、药剂费 3 个部分。1)膜折旧费。超滤膜折旧费根据式(1)18进行计算。一体式絮体-超滤工艺、强化优化工艺运行时间分别设为 25d 和 83d，而化学清洗时间均为 6d，则絮体-超滤工艺和优化工艺超滤膜的有效产水时间占有率k 分别为 80.65%和 92.77%。将数据代入式(1)计算得到絮体-超滤工艺、优化工艺超滤膜折旧费分别为 0.296 元t1和 0.258 元t1。Vm=Cm24365nkQ(1)式中：Vm为膜的吨水折旧成本，元t1；Cm为膜平均价格，元，本研究 Cm为 10500 元；n 为超滤膜平均使用年限，a，本研究 n 取 5a；k 为超滤膜的有效产水时间占有率，%；Q为平均产水量，th1，本研究中 Q为 1th1。2)药剂费。所用药剂为聚合硫酸铁、烧碱及次氯酸钠。其中聚合硫酸铁、烧碱用来配置铁盐絮体，当铁盐絮体投加量为 10mgL1(以有效铁计)时，均摊到每吨水后，成本约为 0.171 元t1。且絮体-超滤工艺全过程絮体投加量为 10mgL1，而强化优化工艺前 10d，后 73d 絮体投加量为5mgL1，所以絮体-超滤工艺和强化优化工艺的絮体费用分别为 0.171 元t1和 0.102 元t1。次氯酸钠 用 来 氧 化 预 处 理，当 投 加 量 为 1mgL1(以 有 效 氯 计)时，均 摊 到 每 吨 水 后，成 本 约 为0.122 元t1。所以将各药剂费用相加，可得絮体-超滤工艺和强化优化工艺药剂费用分别约为0.293 元t1和 0.224 元t1。3)电费。主要用电器为水泵与鼓风机，电费以 0.5 元(kWh)-1计，均摊到每吨水后，产水成本为0.009 元t1。将超滤膜折旧费、电费、药剂费相加，可得一体式絮体-超滤工艺、强化优化工艺产水成本分别为 0.598 元t1和 0.491 元t1(未计人工费)。与前期的一体式絮体-超滤中试工艺18,29相比，本期强化工艺精简了工艺流程、絮体利用率更高(药品投加量减少 20%)。3结论1)一体式铁盐絮体-超滤工艺能有效减缓膜污染，提高出水水质。强化优化后稳定运行时间超过 80d。2)尽管超滤膜表面滤饼层中污染物分布情况有所不同，但均是以无机污染物为主：直接超滤时滤饼层污染物以 Si、Ca 的化合物为主；絮体-超滤优化前，滤饼层污染物以铁盐絮体及 Si、Ca 的化合物为主，且铁盐絮体主要分布在中上层，Si 主要分布在滤饼层底部(靠近膜表面)；强化表3不同工艺条件下的出水水质Table3Effluentqualityunderdifferentprocessconditions实验工艺TUCODTPTN均值/NTU平均去除率/%均值/(mgL1)平均去除率/%均值/(mgL1)平均去除率/%均值/(mgL1)平均去除率/%直接超滤0.498.3315.0037.500.1715.002.8767.01絮体-超滤(优化前)0.199.587.0070.830.0860.003.1762.92絮体-超滤(初步优化)0.199.588.5064.580.1240.002.8267.02絮体-超滤(强化优化)0.199.606.5072.860.0860.002.6569.01第6期冯文涛等：一体式铁盐絮体-超滤净水工艺中试运行效能1857优化后，滤饼层成分仍是铁盐絮体及 Si、Ca 的化合物为主，但此时，铁盐絮体主要分布在底部，能更好地减缓膜污染。3)絮体投量、排泥间隔等是影响一体式絮体-超滤工艺的重要因素，絮体滤饼层及其内部微生物能部分去除 COD、P；强化优化后的运行产水成本为 0.491 元t1。参考文献平金同.短流程超滤膜净水技术研究及在水厂设计中的应用D.天津:天津大学,2015.1CHENGJY,LIUKL,LIX,etal.Nickel-metal-organicframeworknanobelt base composite membranes for efficient Sr2+removal fromaqueoussolutionJ.EnvironmentalScienceandEcotechnology,2020,3:100035.2WU S Q,LU C J,MA B W,et al.Long-term direct ultrafiltrationwithoutchemicalcleaningforpurificationofmicro-pollutedwaterinrural regions:Feasibility and application prospectsJ.ChemicalEngineeringJournal,2022,443:136531.3WUSQ,HUAX,MABW,etal.Three-dimensionalanalysisofthenatural-organic-matterdistributioninthecakelayertopreciselyrevealultrafiltration fouling mechanismsJ.Environmental 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inmembranesandmembraneprocessesfordesalinationJ.Desalination,2016,391:43-60.20严晓菊,于水利,付胜涛,等.一体式粉末活性炭-微滤组合工艺的除污染效能J.环境科学,2008,29(1):87-91.21CHENGXX,LIANGH,DINGA,etal.Effectsofpre-ozonationontheultrafiltration of different natural organic matter(NOM)fractions:membranefoulingmitigationpredictionandmech-anismJ.JournalofMembraneScience,2016,505:15-25.22CAIZX,BENJAMINMM.NOMfractionationandfoulingoflow-pressuremembranesinmicrogranularadsorptivefiltrationJ.EnvironmentalScience&Technology,2011,45(20):8935-8940.23MABW,LIWJ,LIURP,etal.MultipledynamicAl-basedfloclayersonultrafiltrationmembranesurfacesforhumicacidandreservoirwaterfoulingreductionJ.WaterResearch,2018,139:291-300.24李文江,于莉芳,苗瑞,等.一体式絮体-超滤工艺去除腐殖酸效能与机制J.环境科学,2018,39(3):1248-1255.25马百文.絮体与超滤膜协同作用下的净水效能与机制D.北京:中国科学院大学,2015.26童少磊,孙昕,陈益清,等.pH对混凝超滤组合工艺性能的影响J.环境工程学报,2016,10(4):1713-1718.27曲明,滕李军,傅金祥,等.混凝-超滤短流程工艺处理北方水库原水J.环境工程学报,2014,8(1):210-214.281858环境工程学报第17卷刘岩松,康勇锋,吴思琦,等.基于絮体吸附的一体式超滤工艺中试运29行效果J.环境工程学报,2021,15(6):1887-1893.(责任编辑：曲娜)Thepilot-scaleperformanceofintegratedironsaltfloc-ultrafiltrationprocessfordrinkingwaterpurificationFENGWentao1,2,WUSiqi2,MABaiwen2,*1.SchoolofCivilArchitecture,EastChinaJiaotongUniversity,Nanchang330013,China;2.KeyLaboratoryofDrinkingWaterScienceandTechnology,ResearchCenterforEco-EnvironmentalSciences,ChineseAcademyofSciences,Beijing100085,China*Correspondingauthor,E-mail:Abstract A short integrated membrane filtration process has been gradually become the drinking watertreatment research focus because of its small area and stable effluent,while the information regarding theoperationparametersandmembranefoulingcharacteristicsisstilllimited.Here,thepilot-scaletestconductedinChangzhoushowedthattheintegratedmembraneprocessperformedexcellently;incomparisonwiththedirectultrafiltration(UF)process(onlyoperatedfor7days),themembranefoulingwassignificantlyalleviatedfortheironsaltfloc-UFprocess(operatedfor25days)andtheoptimizedfloc-UFprocess(operatedfor83days).Therelatedstableoperationperiodswereprolongedby2.5timesand10.9times,respectively.Accordingtothescanningelectronmicroscopeandenergyspectrumanalysis,theinorganicmatterwasthemajorconstituteofmembrane filtration cake layer and also played a major role in causing membrane fouling in theabsence/presenceofironsalts.Theresultsofeffluentqualityshowedthattheaverageturbidityoftheintegratedironsaltfloc-UFprocesswaslowerthan0.1NTU,andtheturbidityremovalratewashigherthan99.5%.Inaddition,theremovalratesofchemicaloxygendemand(COD)andtotalphosphorus(TP)increasedfrom37%and15%to60.58%and40%,respectively.Moreover,theflocutilizationefficiencyoftheoptimizedflocs-UFprocesswashigherthanothers,andthewaterproductioncostwas0.491yuanton1.Keywordsultrafiltration;ironsaltflocs;integratedprocess;apilot-scaletest第6期冯文涛等：一体式铁盐絮体-超滤净水工艺中试运行效能1859本期封面文章目前一体式膜法净水工艺的研究多处于小试阶段，缺乏实际运行参数。为此，本研究进行了以河水为原水、铁盐水解絮体为吸附剂、中试规模的一体式絮体-超滤净水工艺，获得了多项实际运行参数。通过优化絮体投加量、排泥间隔以及在膜池运行前预先投加絮体等方法，有效减缓了膜污染，工艺运行稳定。初步解析了膜表面滤饼层中污染物分布特征，为进一步优化一体式絮体-超滤净水工艺提供参考。一体式铁盐絮体-超滤净水工艺中试运行效能第一作者：冯文涛；通信作者：马百文，副研究员通信作者单位：中国科学院生态环境研究中心，中国科学院饮用水科学与技术重点实验室文章亮点马百文，博士，副研究员，硕士研究生导师，德国洪堡学者，中科院青年创新促进会会员。主要研究方向为膜法水质净化原理、技术与应用。曾主持国家自然科学基金青年、面上资助项目以及作为执行负责人或技术骨干参与重点基金、国际合作基金和重点研发计划等 10 余项；以第一或者通讯作者在Environmental Science Technology、Water Research 等期刊上发表 SCI 论文 40 余篇；曾获环保部环境保护科学技术一等奖、中国环境保护产业协会环境技术进步一等奖各 1 项；兼任国际水协-中国青年委员会（IWA-YWP）常委、中国水协青年委员会委员；此外，分别担任 Water Science Technology 期刊编辑、Chinese Chemistry Letters 期刊青年编委和 Journal of Environmental Science、Polymers 等期刊客座编辑等。通信作者简介一体式膜滤工艺以其占地面积小、出水稳定等优点成为饮用水处理的研究热点，但目前仍缺乏实际中试运行参数及膜污染特征解析。常州某河流的中试运行结果表明，与直接超滤工艺（仅运行 7 d）相比，一体式铁盐絮体-超滤工艺（运行 25 d）和强化的铁盐絮体-超滤工艺（运行 83 d）中的膜污染程度显著降低，分别将该工艺稳定运行周期延长 2.5 倍和 10.9 倍；扫描电子显微镜和能谱表征结果表明，无论是否投加铁盐絮体，无机物均为滤饼层的主要成分，也是引起膜污染的主要原因。出水水质分析结果表明，一体式铁盐絮体-超滤净水工艺平均出水浊度低于 0.1 NTU，浊度去除率大于 99.5%，同时，化学需氧量（COD）和总磷（TP）的去除率分别由 37%和 15%提升至 65%和 40%。文章简介