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MBR-NF双膜法去除污水中TrOCs的特性

俞开昌

【摘要】近年来,痕量有机物(TrOCs)对环境生态以及人类健康的影响越来越受到

关注,污水处理厂被认为是TrOCs的主要来源之一.本文测定了MBR-NF双膜法对

城市污水中TrOCs的去除效果.结果表明,MBR-NF对TrOCs具有良好的去除效果,

综合去除率达86％,双膜之间强强联合,优势秋夜将晓出篱门迎凉有感写作背景 互补、劣势互消,MBR对疏水性、非离

子型TrOCs有较高的去除率,NF则对离子型TrOCs有较高的去除率.

【期刊名称】《有色冶金设计与研究》

【年(卷),期】2018(039)001

【总页数】4页(P5-8)

【关键词】痕量有机物;MBR-NF双膜法;酸电离常数

【作者】俞开昌

【作者单位】北京碧水源科技股份有限公司,北京市102206

【正文语种】中文

【中图分类】X703

近年来，痕量有机物（TraceOrganicCompounds，TrOCs）对环境生态以及人

类健康的影响越来越受到关注，污水处理厂被认为是TrOCs的主要来源之一，

TrOCs主要包括但不限于类固醇激素、植物雌激素、EDCs、PPCPs、DBPs以及

杀虫剂等[1]，这些物质的浓度从几个ng/L到几个g/L不等，一般需要高级的检

测技术才能测出[2]。尽管精确分析和评价水中TrOCs对人类健康的影响依然是科

学界一大挑战，但在城镇污水回用中，尽可能地去除再生水中的TrOCs已是行业

的共识，是城镇污水高品质回用的一个至关重要的问题。本文以采用MBR-NF双

膜工艺的北京市某污水处理厂为依托，测定并分析MBR-NF双膜法对TrOCs的去

除效果。

1试验依托工程与试验方法

1.1试验污水处理厂工程概况

北京市某污水处理厂原建设规模为1.0104m3/d，设计采用SBR+活性砂滤工艺，

出水水质执行《水污染物排放标准》（DB11/307-2005）一级B标准，2010年

开工，2011年正式投运。该污水处理厂改、扩建工程采用MBR-NF双膜工艺，

MBR及NF分别采用北京碧水源科技股份有限公司生产的RF-4型中空纤维膜与

DF30型NF膜，2014年9月建成投产，升级改造工程规模为2.0104m3/d。该

污水处理厂工艺泪痕红浥鲛绡透什么意思 流程如图1所示。

图1污水处理工艺流程

该污水处理厂MBR工艺段由原SBR工艺升级改造而来，生化段采用具有内源反

硝化功能的厌氧一缺氧一好氧一后缺氧（AAOA）工艺，共分2个系列，每个系

列处理规模为1104m3/d，MBR出水北京《城镇污水处理厂水污染物排放标准》

（DB11/890-2012）B标准。NF系统的进水源于MBR系统的出水，NF系统设

计产水量为7000m3/d，出水执行北京市《城镇污水处理厂水污染物排放标准》

（DB11/890-2012）A标准。

1.2试验方法

分别在MBR系统进水、MBR系统出水以及NF系统出水处进行取样，测定每个

取样点的TrOCs浓度，共检测了43种TrOCs。对MBR、NF以及MBRNF双膜

系统去除TrOCs的效果进行分析。

2结果与讨论

在检测的43种TrOCs中，19种物质在进水中未检出，24种检出的TrOCs去除

情况见表1所示。

表1MBR-NF对TrOCs的去除效果总去除率/%咖啡因58-08-2C8H10N4

O2194.20.73-0.13307515.77.799.4950.9699.75磺胺甲恶

唑723-46-6C10H11N3O3S253.31.70.8911685.510.92

6.2987.2590.6氯贝酸882-09-7C10H11ClO3214.732.572

0.29.557.652.7220.4262.38苯扎贝特41859-67-0C19H20C

lNO4361.83.293.4677.56.92.6791.161.396.55双氯芬酸1

5307-86-5C14H11Cl2NO2296.24.184.

26.350.9963.88甲芬那酸61-68-7C15H15NO2241.34.25.1

27.14.483.536.921.8850.7布洛芬15687-27-1C13H18O2

206.34.853.97102542.41295.8671.798.83吲哚美辛53-8

6-1C19H16ClNO4357.84.54.2779.534.811.656.2366.6

785.41环丙沙星85721-33-1C17H18FN3O3331.46.090.28

21.43.163.7885.2385.23氧氟沙星82419-36-1C18H20FN3

O4361.46.2-242716112162.324.8471.66诺氟沙星704

58-96-7C16H18FN3O3319.36.34-1.032093438.683.7

383.73磺胺嘧啶68-35-9C10H10N4O2S250.36.36-0.0964

31.223.751.2524.0462.97甲氧苄氨嘧啶738-70-5C14H18N4

O3290.37.120.7910164.527.536.1457.3672.77氯霉素5

6-75-7C11H12Cl2N2O5323.17.491.1415.51.921.638

7.6115.189.48萘啶酸389-08-2C12H12N2O3232.28.61.59

34.718.97.0545.5362.7079.68罗红霉素80214-83-1C41H

76N2O15837.18.83.168N.D.N.D.100100红霉素114-07-8

C37H67NO137348.93.06123N.D.N.D.100100舒必利15

676-16-1C15H23N3O4S341.49.120.5728725179.51

2.5468.3372.3普萘洛尔525-66-6C16H21NO2259.39.42

3.482610.66.2559.2341.0475.96美托洛尔51384-51-1C

15H25NO3267.49.671.8872031021056.9432.2670.8

3对乙酰氨基酚103-90-2C8H9NO2151.29.380.4675心经的力量大得可怕 N.D.

N.D.100100克林霉素18323-44-9C18H33ClN2O5S4251

2.160.7231.44915.368.7851.27林可霉素154-21-2C18H34

N2O6S406.512.360.5610.6N.D.N.D.100100卡马西平29

8-46-4C15H12N2O236.313.912.671901099362.411

4.6867.93平均值307.6279.8342.8174.0546.3786.08TrO

CsCASNo.分子式分子量pKalogKOWMBR进水/（ng/L）MBR

出水/（ng/L）NF出水/（ng/L）MBR去除率/%NF去除率/%

从表1可以看出，这些物质分子量主要分布在200～400之间，MBR-NF双膜系

统对这些小分子TrOCs的综合去除率为86.08%，其中MBR的平均去除率

74.05%，DF30型NF膜的平均去除率46.37%。

2.1MBR的去除效果

常规的水处理技术包括活性污泥法、混凝沉淀和砂过滤等。常规水处理技术对

TrOCs的去除效果有限，其设计目的也不是用于去除TrOCs。与传统活性污泥工

艺相比，MBR有更强的去除TrOCs能力：由于MBR对MLSS完全截留，一些疏

水型的中性有机物被污泥吸附后亦被膜截留住；长SRT、高MLSS浓度的MBR系

统有助于改善生物多样性，对TrOCs的生物降解能力更强[3]，并减低污泥中的

TrOCs含量[4]。从表1可以看出，尽管咖啡因电离程度高、比较亲水，但MBR

对其去除很高，这是因为咖啡因是可生物降解的物质，微生物对布洛芬的生物氧化

率可达70%[5]，但MBR对其去除率达95．85%，这是生物降解和污泥吸附共同

作用的结果。

该污水的pH值在7．5左右，以酸电离常数（pKa）的大小划分TrOCs的电离性：

当pKa＞8．5时，TrOCs划为非离子型；当6．0≤pKa＜8．5时，TrOCs划为

中等电离型；当pKa＜6．0时，TrOCs划为离子型。以辛醇-水分配系数对数

（LogKow1）的大小划分TrOCs的亲疏水性：当LogKow＞3．0时，TrOCs划

为疏水型；当1．5水型分数（ow≤w5水时，TrOCs划为中等亲水型；当

LogKow＜1．5时，TrOCs划为亲水型。TrOCs特性影响MBR去除TrOCs效果

的情况，如图2所示。

图2MBR对不同TrOCs的去除效果

从图2可以看出，MBR去除TrOCs的影响因素主要是TrOCs的物理化学特性，

MBR对中性疏水型TrOCs的去除率较高，对在水中电离程度较高的亲水性

TrOCs的去除率较低。这与文献报道较为一致，Tadkaew等[6]研究发现MBR对

LogD＞3．2的疏水性TrOCs去除率高于85%；对于亲水性或LogD＜3．2的疏

水性的TrOCs，含有强电子受体基团时，MBR去除率＜20%。备注：Kow是辛

醇—水分配系数，指有机物（不包含离子形式存在的部分）在某一温度下（一般

为20～25℃），在正辛醇相和水相达到分配平衡之后，在两相中浓度的比值D是

指特定pH值下的辛醇-水分配系数，即溶于正辛醇的溶质各种成分（包含离子形

式存在的部分）浓度总和与溶于水的溶质各种成分浓度总和的比值。D与Kow均

为辛醇-水分配系数，对电离型TrOCs，D值更能反映TrOCs的实际亲疏水性，对

于非电离型TrOCs，二者数值一致。TrOCs特性对MBR去除TrOCs效果的影响

如表2所示。

2.2NF的去除效果

MBR对一些以离子形式存在的TrOCs和亲水型TrOCs的去除效率不高，这可以

用NF膜来补足。如MBR对磺胺甲恶唑的去除率为26．5%，但DF30型NF膜

对其去除率高达87．25%；MBR对舒必利的去除率为12．54%，但DF30型

NF膜对其去除率达68．33%。NF膜对TrOCs的去除机理主要包括尺寸筛分、

道南效应和疏水性相间作用[1]。对于表面带负电荷的NF膜而言，最爱东山晴后雪 TrOCs去除的

影响因素主要包括分描写天气的成语 子量MW、分子尺寸（Molecularsize）、pKa、LogKow、

扩散分布系数（DiffusionandPartioningcoefficient，Dp）等[8]。TrOCs特性

对NF膜去除TrOCs效果的影响如表3所示。

表2TrOCs特性对MBR去除TrOCs效果的影响[7]项目TrOCs生物降解性高

（＞75%）污泥吸附累积率低（＜20%）去除率低高高高分类LogD＞

3．2含电子受体含电子供体含电子受体含电子供体生物降解性低（＜50%）

污泥吸附累积率低（＜20%）LogD＜3．2生物降解性高（＞70%）污泥吸附

累积率低（＜10%）生物降解性一般（＜70%）污泥吸附累积率高（～50%）

表3TrOCs特性对NF膜去除TrOCs效果的影响注：MWd是MolecularWidth

的缩写，指分子宽度；DNF指NF膜的孔径分子量MW（TrOCs）＜MWC

O（NF膜）MW（TrOCs）＞MWCO（NF膜）pH＜pKapH＞pKa

pH＜pKapH＞pKaLogKow＞2LogKow＜2LogKow＜2Log

Kow＜2MWd＞DNFMWd＜DNFMWd＞DNFMWd＜DNFNF表

面电荷低NF表面电荷强MWd＞DNFMWd＜DNF去除率中等，受Dp

影响低，受Dp影响中等低～中中等高中～高，受Dp影响中～高低～

中非常高分类

尺寸筛分是NF去除TrOCs的主要影响因素之一。特别是对于一些中性的TrOCs，

这是最主要的影响因素，尺寸大于NF膜有效孔径的TrOCs会被拦截，TrOCs尺

寸越小于NF膜有效孔径，则越容易穿过NF膜。DF30型NF膜的切割分子量为

400，对表1中不同分子量的TrOCs进行统计，DF30型NF膜对分子量在300～

425之间的TrOCs平均去除率为50．9%，分子量在200～300之间的TrOCs平

均去除率为42．42%。道南效应是NF去除TrOCs的第二个重要影响因素。大多

数的NF膜在中性pH值下都是带负电的，对一些在相同条件下带负电的TrOCs

则具有道南排斥作用，从而可提高TrOCs的去除率；一些带正电的TrOCs，则会

由于被吸引至NF膜表面，去除率降低；中性的TrOCs则不受道南效应的影响。

选定分子量在200～300之间的TrOCs进行道南效应分析，DF30型NF膜对不同

pKaTrOCs的去除效果见图3。

图3DF30型NF膜对不同pKa、TrOCs的去除效果

从图3可以看出，这些物质分子量相近，均比DF30型NF膜的切割分子量小得多。

随着pKa的增加，TrOCs电离程度逐渐降低，以离子形态存在的物质越少，总体

上DF30型NF膜的去除率相应逐渐降低，如DF30型NF膜对美托诺尔和卡马西

平的去除率仅为32．26%和14．68%。

疏水性的TrOCs与水的混合效果不好，会被吸附到NF膜上。NF膜分离开始时，

这种吸附作用会提高TrOCs的去除率，但这种作用是非常短暂的。NF膜的吸附容

量有限，当NF膜很快被吸附饱和后，这些疏水性的TrOCs就会通过扩散或者对

流而穿过NF膜，若扩散系数较大就会导致其去除率甚至比亲水性TrOCs还低的

现象。

3结语

MBR-NF双膜法对TrOCs具有良好的去除效果，综合去除率达86%。双膜之间强

强联合，优势互补、劣势互消，MBR对疏水性、非离子型TrOCs有较高的去除率，

NF则对离子型TrOCs有较高的去除率。

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