随着给水水源日益受到污染，寻求新的饮用水处理技术替代传统工艺以满 足日益严格的饮用水水质标准已成为给水领域最为重要的研究课题。超滤被认为 可能是替代传统给水处理工艺的最佳选择。超滤膜具有较大的截留分子量，无法 去除水中的大部分有机物。但超滤与混凝、粉末活性炭结合，组成联用系统，可 用于微污染水的处理。 本论文采用上海黄浦江上游原水作为试验用水，研究膜与混凝、粉末活性 炭联用去除有机物的效果，膜过滤通量和阻力变化的规律以及膜污染的机理。通 过试验研究，得到了如下的结论。 1.本论文在国内首次对黄浦江水进行了一年的有机物分子量分布的测定， 了解分子量分布随时间季节变化的规律。黄浦江原水的水质特征是溶解性的低分 子量有机物占多数。就全年平均值而言，小于1k的DOC为45％，UV254为44％。 黄浦江水中的腐殖酸含量夏季较高，冬季较低。比紫外吸收值SUVA在6～8月 份平均为2.88L/mg·m；1月份为1.72 L/mg·m。黄浦江水中的三氯甲烷生成潜能 (THMFP)和腐殖酸含量密切相关，夏季较高，冬季较低。THMFP在6月份为 951μg/L，1月份为250μg/L。黄浦江水的有机物分子量分布的变化特点是由于湖 泊水质和工业生活污水共同影响的结果，特别是小分子量有机物的变化主要受太 湖和淀山湖的影响。 2.论文通过测定分子量分布的手段来考察混凝和粉末活性炭去除有机物的 效果。试验结果表明，混凝可有效地去除大分子量的有机物，但对小分子量的有 机物去除效果较差。增加混凝剂投加量和降低pH都能有效地提高去除效果，但 决定因素是pH。混凝去除有机物的最佳pH在5～6，有机物去除率可达到50％ 左右，比传统的处理工艺提高了近1倍。粉末活性炭能有效地去除小分子量的有 机物，特别是UV254类的有机物。 3.试验表明，影响膜过滤阻力的主要因素是水中的大分子溶解性有机物、 悬浮颗粒尺寸、悬浮颗粒表面的Zeta电位和高价阳离子。适当的混凝剂投加量 能增大絮凝体尺寸，可减小膜过滤阻力；过量的投加反而减小絮凝体尺寸，造成 膜过滤阻力增加。絮凝体表面的Zeta电位与膜表面电位的相互作用也会影响膜 过滤阻力，适当的混凝剂投加量使絮凝体仍保持与膜表面的相同电性(在本研究 中为负电性)，可减小膜过滤阻力，过量的投加会使絮凝体与膜表面的电性相反， 从而增加膜过滤阻力。过量的混凝投加量和较低的pH会使残留在水中的铝铁离 子增加，反而会使膜过滤阻力增加。根据以上综合因素，论文首次提出在混凝- 膜分离处理中使膜过滤阻力最小的最佳投加量的概念。这是与一般混凝沉淀的混 凝剂最佳投加量概念不同，是本论文的创新。在本试验的范围内，混凝-膜分离 的硫酸铝的最佳投加量为4mg/L，三氯化铁的最佳投加量为14mg/L。 4.为了对混凝和粉末活性炭影响膜过滤阻力的机理进行更加深入的探讨， 本论文首次用试验的方法将膜过滤阻力中的膜本身阻力、滤饼层阻力、浓差极化 阻力和吸附阻力予以测定，并据此对影响膜阻力的机理进行了深入探讨。试验结 果表明，混凝之所以能降低膜过滤阻力是因为混凝去除了悬浮颗粒和大分子有机 物，使滤饼层阻力和浓差极化阻力大大降低。试验同时还表明，残留在水中的铝 铁离子对浓差极化阻力有着很大的影响。因此，如何调节混凝条件尽量减少水中 残留的铝铁离子是降低浓差极化阻力的关键技术。投加粉末活性炭降低膜过滤阻 力的机理主要是改变了滤饼层的结构，但对造成膜过滤阻力的悬浮颗粒和大分子 有机物，粉末炭不能有效地去除。因此，粉末活性炭降低阻力的效果有限。 5.本论文还对混凝和粉末活性炭对膜污染的影响进行了探讨。试验结果表 明，投加无机铝盐和铁盐类的混凝剂会加重膜的污染。论文对无机混凝剂污染膜 的机理进行了探讨，创新性地提出铝、铁离子与水中的腐殖酸所形成的铝、铁- 腐殖酸络合体是加重膜污染的重要原因，由此得出了采用混凝-膜分离工艺时， 必须进行某种预处理以去除絮凝体和降低水中的铝、铁离子含量的重要结论。 6.根据试验结果和理论分析，在国内首次对污染较为严重的淮河水进行了 混凝-砂滤-膜分离处理的中试。中试结果表明，所采用的处理工艺的出水水质 明显优于同期的常规处理；所采用的砂滤作为预处理来避免投加的混凝剂对膜的 污染是可行和成功的，它保证了后续的超滤膜的长期高通量的运行，在生产上有 广阔的实际应用前景。 关键词：膜分离，混凝，粉末活性炭，有机物分子量分布，膜过滤阻力，膜污染