粉末活性炭/超滤(PAC/UF)工艺结合了超滤和PAC吸附的优点,可高效去除水中的病原微生物和微量有机物,保障饮用水的生物安全性和化学安全性。同时,该工艺占地面积小,运行灵活,可有效应对季节性和突发性水质污染。因此,PAC/UF工艺切合我国目前饮用水处理的实际需要,可广泛应用于老水厂升级改造和新水厂建设。但是,在该工艺的应用过程中发现,PAC与超滤膜相互接触,PAC会对超滤的运行维护产生很大影响。这严重妨碍了PAC/UF工艺的推广使用。因此,有必要深入研究PAC投加对PAC/UF工艺的影响机制。本论文首先考察PAC作为一种吸附剂,对超滤膜污染物质的吸附特性;然后考察PAC作为一种颗粒物,与有机物对超滤膜的复合污染;进而研究PAC在超滤膜表面沉积的问题;最后通过中试实验,考察PAC投加对PAC/UF工艺除污染效能(有机物、氨氮和嗅味物质)的提升作用。实验考察PAC对模型污染物(Aldrich腐殖酸、牛血清蛋白和海藻酸钠)和天然有机物中主要膜污染物质(通过“三维荧光光谱-平行因子分析法”鉴定)的吸附特性。结果发现,PAC对模型污染物的吸附效能为:腐殖酸>牛血清蛋白>海藻酸钠;松花江水源水中蛋白质类荧光物质是主要的膜污染物质,PAC对蛋白质类荧光物质有较好的吸附效果(去除率为54.5%)。由于PAC能吸附一定量的膜污染物质,所以PAC预吸附可以一定程度上缓解膜污染。通过对比不同条件下超滤膜污染和腐殖酸(代表性有机物)的透过率来讨论腐殖酸与PAC的复合污染(水中Ca2+离子浓度为分别0和0.5 mmol/L)。结果表明,尽管PAC自身的膜污染可忽略不计,但是当PAC和腐殖酸一起形成滤饼层时,存在显著的复合污染。复合污染随着PAC投加量的升高而加剧,随着PAC粒径的增大而减轻。PAC滤饼层可以抑制腐殖酸的逆向扩散,增加腐殖酸的透过率;腐殖酸的透过率随着PAC粒径的增大而降低。当水中存在0.5 mmol/L Ca2+离子时,PAC与腐殖酸的复合污染的主要机理是“空间位阻效应”;而当水中无Ca2+离子时,除了“空间位阻效应”外,“抑制逆向扩散作用”也在复合污染中扮演重要的角色。实验中利用模型污染物考察PAC在超滤膜表面沉积的影响因素和作用机理。实验结果发现,PAC自身在超滤膜表面沉积量较小,但是在PAC/UF工艺的实际运行中,PAC在超滤膜表面的沉积量显著增加。其中,有机物和Ca2+离子在PAC的沉积中起到关键作用。对于腐殖酸,PAC的沉积量随着膜表面沉积腐殖酸的量的增加而增加,随着PAC粒径的增大而减小。通过XDLVO理论的分析表明,吸附腐殖酸之后,PAC与超滤膜之间的引力减弱(PAC的沉积量减少),即PAC的沉积并不是因为腐殖酸改变了PAC与超滤膜之间的相互作用。进一步的实验表明,PAC在超滤膜表面沉积的主要原因是沉积在超滤膜上的腐殖酸,它可以填充PAC与膜以及PAC与PAC之间的缝隙,增加PAC与超滤膜以及PAC之间的界面作用面积,从而增加了它们之间的吸引力。PAC/UF工艺可以有效去除浊度(出水浊度0.041 NTU)和有机物(去除率~50%)。当PAC停留时间为大于6 d时,PAC/UF工艺也可以有效去除~3 mg/L氨氮。PAC/UF工艺可以在间歇曝气条件下运行,曝气间隔可根据PAC的沉降速率选取;相对于连续曝气,间歇曝气可节约能耗0.085 kW·h/m3。对于PAC不能有效吸附的硫醇硫醚类嗅味物质,可利用PAC/UF工艺中的曝气系统吹脱去除;对于甲硫醚,当进水小于<50μg/L时,曝气吹脱处理可保证出水达标。在PAC/UF工艺运行期间,膜丝间容易积泥,且存在膜丝破损的风险。综上,PAC/UF能够有效应对受污染水源水,但其工艺形式需结合水中污染物特征及PAC特性,进行适配选择,以调控PAC对工艺的影响以及降低工艺运行管理难度。