MIEX树脂特性及其在饮用水处理中的应用

MIEX树脂特性及其在饮用水处理中的应用
徐华;邓风;唐少楠
【摘要】阐述了MIEX阴离子交换树脂的特性及其在饮用水处理中对消毒副产物前质、色度、浊度、藻类等的去除效果.对近年来MIEX树脂与超滤、活性炭、臭氧等工艺组合的应用情况进行了介绍,初步分析了MIEX树脂用于净水处理的经济性.
【期刊名称】《工业安全与环保》
【年(卷),期】2011(037)007
【总页数】3页(P1-2,7)
【关键词】MIEX树脂;饮用水;消毒副产物;工艺组合
【作者】徐华;邓风;唐少楠
【作者单位】南京工业大学环境学院,南京,210009;南京工业大学环境学院,南京,210009;南京工业大学环境学院,南京,210009
【正文语种】中文
磁性离子交换树脂(magnetic ion exchange resin,简称MIEX)饮用水预处理技术是澳大利亚ORICA公司、CSIRO以及Australian Water Quality Centre共同研究开发的一项专利技术。

MIEX树脂能有效去除溶解性有机物(DOC)及溴离子等,减少消毒副产物(DBPs)的生成,为生产安全优质的饮用水提供新途径。

MIEX树脂为聚丙烯结构,含有高浓度的4级铵强碱官能基,活性基团交换离子一般为Cl-(如图1所示)。

树脂珠粒粒径约150～180μm,是传统树脂粒径的1/3～
1/2[1],能提供较大的比表面积,有利于提高离子交换速率及树脂再生效率。

树脂颗粒内部因加入铁氧化物而带有磁性,发生沉淀时在磁力作用下可相互吸引,从而聚集成易沉降的较大颗粒,有助于树脂沉淀回收再生及减少树脂流失[2]。

MIEX反应器常采用完全混合式,原水与树脂颗粒在低速搅拌下充分接触,停留时间约为30 min,树脂投加量随原水中DOC浓度变化,约在0.5%～1.0%(体积分数)之间。

为减少反应器出现短流或死区,可采用2～3个串联,或改用导流板或导流筒改善水力性能。

反应后进入沉淀池,因紊动性降低且在树脂磁力的作用下,树脂形成块状的絮凝体。

沉淀于池底的树脂由泵排出,其中5%～10%进入再生系统,采用NaCl溶液进行再生,其余进入反应器入口和原水混合(如图2所示)。

2.1 去除消毒副产物前质
总有机碳TOC、DOC和UV254可用来代表水中有机DBPs前质的量。

陈卫等[3]在不同通水倍数(500 BV,800 BV,1 200 BV)条件下,利用MIEX树脂预处理江苏苏北某水厂原水,CODMn、DOC和UV254的平均去除率分别达到50%、66%和82%,同时可有效去除分子量＜1 K和1～3 K区间的亲水性和疏水性有机物。

Fu等[4]对比了MIEX树脂、聚苯乙烯A-641和IRA910树脂对DOC的去除效果,结果表明,在树脂投量为2 meq/L条件下反应5 min,DOC去除量分别为7.8,2.5和1.4 mg/L。

Humbert等[5]用MIEX处理9种不同水体,THMs和HAAs的前质均减少60%以上,对特定UV254的最高去除率达90%。

2.2 除色
天然水中因存在腐殖质、泥土、浮游生物和无机矿物质等,因而呈现一定色度。

Johnson等[6]用地下水进行试验,发现当MIEX树脂剂量为8 mg/L时,水的色度从243 Pt-Co降低至22 Pt-Co,去除率达到91%。

Murray等对南非开普地区的水源进行试验,原水的色度由315 Pt-Co降至76 Pt-Co。

2.3 除浊
韩志刚等[7]在不同通水倍数(500 BV、800 BV和1 200 BV)条件下,对MIEX树脂、混凝沉淀(聚合氯化铝质量浓度22～36 mg/L)和MIEX+混凝沉淀(500 BV+14
mg/L,800 BV+14 mg/L,1 200 BV+14 mg/L)进行对比试验,混凝沉淀和MIEX+
混凝沉淀除浊率接近,为82.3%～95.5%,但后者与直接混凝沉淀相比,可节约36%～61%的混凝剂。

2.4 除藻
藻类代谢产物如土味素(Geosmin)和2-甲基异冰片(MIB)等,使水体出现明显的臭味。

Drikas等[8]对比了生物活性炭和MIEX预处理+生物活性炭两种方法,结果发现Geosmin去除率由82%提高至91%,MIB去除率可由52%提高至67%,表明MIEX预处理对去除水中臭味物质有一定效果。

陈卫等[3]对比了混凝沉淀、MIEX
预处理+混凝沉淀工艺,结果表明藻类的去除率分别达到80%和99%,且后者混凝剂PAC投加量为前者的40%,可见MIEX预处理可增强后续混凝效果。

3.1 MIEX与超滤组合
Kabsch-K orbutowicz等[9]研究了MIEX与UF组合工艺对天然有机物NOM的
处理效果。

试验采用配制的模拟水样,MIEX树脂剂量为2.5 mL/L,色度去除率为37.2%;超滤用30 kDa的膜,色度去除率为35.0%;而MIEX与UF组合工艺,色度去除率高达81.4%。

在超滤前用MIEX预处理,强化了中小分子量有机物的去除,提高了膜渗透通量,可缓解膜的不可逆污染及延长过滤周期。

冯正宇等[10]研究发现,MIEX与UF组合工艺对CODMn和UV254的去除率分别达到75.3%和90%,对三卤甲烷前质和卤乙酸前质的去除率分别达到90.7%和
87.6%。

MIEX前置处理能互补性地解决超滤膜不能去除小分子有机物的问题。

3.2 MIEX与活性炭组合
Humbert等[11]对含有农药阿特拉津和异丙隆的水进行试验,采用8 mL/L
MIEX+20 mg/L的PAC组合工艺,DOC的去除率达到90%。

对于较低初始质量浓度农药(1μg/L),用PAC接触30 min后,阿特拉津、异丙隆分别减少0.54μg/L和0.53μg/L;而相同接触时间,组合工艺中阿特拉津、异丙隆的减少量分别为
0.70μg/L和0.67μg/L,去除率比单独采用PAC高约20%。

3.3 MIEX与混凝沉淀组合
Singer等[12]对不同地区的水样进行单独混凝、MIEX+混凝试验对比。

当
Al2(SO4)3·(14～16)H2O投加量为25 mg/L时,可使原水浊度从10.2 NTU降至2.0 NTU。

采用6 mL/L的MIEX预处理20 min后,再投加6.7 mg/L的
Al2(SO4)3·(14～16)H2O,原水浊度即可低于2.0 NTU,混凝剂用量可减少73%,同时还可减少污泥产量。

MIEX树脂用于饮水处理能降低制水成本,Murray[7]等用MIEX预处理南非开普地区原水,表1为节省药耗情况。

每月处理水量30万t,出水中0.4万t回流至处理工艺,0.8万t作为废水排掉。

MIEX预处理费用为1767.32 ZAR/万t,此费用仅为原工艺(化学处理)费用的49.62%,还兼有减少混凝沉淀污泥量及反冲洗次数等优势。

美国已有3座使用MIEX树脂的水厂运行,在欧洲和非洲MIEX树脂也得到了广泛的应用。

由于进口MIEX树脂价格较贵,其再生及运行管理还缺乏成熟经验,目前国内对MIEX树脂的研究还处于试验阶段。

随着水污染的加剧,MIEX树脂的研究将成为热点,也必将得到越来越广泛的应用。

【相关文献】
[1]K itis M,Harman B,Y igit N,et al.The removal of natural organic matter from selected Turkish source waters using magnetic ion exchange resin[J].Reactive&Functional Polymers,2007,67(12):1495-1504.
[2]Cook D,Chow G,Drikas boratory study of conventional alum treatment versus MIEX treatment for removal of natural organic matter,proceedingof the 19th federal AWA
convention[R].Canberra Australia,2001.
[3]陈卫,韩志刚,刘成,等.磁性离子交换树脂对原水中有机物去除效能的研究 [J].中国环境科
学,2009,29(7):707-712.
[4]Fu P L K,Symons,J M.Removing aquatic organic substances by anion exchange
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[6]Johnson CJ,Singer P C.Impact of a magnetic ion exchange resin on ozone demand and bromate formation during drinking water treatment[J].Water Research,2004,38(17):3738-3750.
[7]韩志刚,陈卫,刘成,等.MIEX处理某湖泊水源水中试研究[J].给水排水,2009,35(7):21-24.
[8]Drikas M,Dixon M,Morran J.Removal of MIB and geosmin using granular activated carbon with and without MIEX pre-treatment[J].Water Research,2009,43:5151-5159. [9]Kabsch-K orbutowicz M,Majewska-Nowak k,Winnicki T.Water treatment using MIEX DOC/ultra-filtration process[J].Desalination,2008,221:338-344.
[10]冯正宇,陈卫,范珊珊,等.磁性离子交换树脂与超滤膜联用处理淮河原水 [J].中国给水排
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[11]Humbert H,Gallard H,Suty H,et al.Natural organic matter(NOM)and pesticides removal using acombination of ion exchange resin and powdered activated carbon(PAC)[J].Water Research,2008,42:1635-1643.
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