磁性离子交换树脂(MIEX®)去除原水中有机物的试验

董晓晨，阮春蓉，陈子华，刘洪波

(1.苏州工业园区清源华衍水务有限公司，江苏苏州 215021； 2.上海理工大学环境与建筑学院，上海 200093)

水源地原水中常常含有天然有机物(NOM)，容易造成自来水带有颜色、臭味等，同时也是金属等化学污染物质的载体；此外，NOM的存在阻碍了其他污染物的去除，为微生物提供生存基质，导致自来水输送管道等的腐蚀，是膜污染以及消毒副产物形成的重要原因[1]。水厂对于NOM等溶解性有机物(DOM)的去除，常采用的方法包括吸附、混凝、离子交换、沉淀以及膜分离等。然而，出于人民对高品质饮用水的要求及饮用水消毒副产物标准的提高，饮用水的深度处理成为了必然。膜处理成为了很多水厂饮用水深度处理的选择，NOM的存在造成的膜污染已然成为了棘手的问题[2]。

磁性离子交换树脂(MIEX®)由澳大利亚Orica Watercare 公司生产，主要用于水中溶解性有机物(DOC)的去除。MIEX®除具有传统的阴离子交换特性以外，其内部存在磁性铁氧化物，有助于树脂的快速聚合及迅速沉降，从而使更加细小的树脂的应用成为可能。MIEX®中的树脂粒径约为180 μm，是传统离子交换树脂的17%～33%，比表面积大大提高，可以迅速去除DOC[3]。基于上述优点，MIEX®被广泛应用于去除消毒副产物[4]、NOM、DOC以及控制膜污染等[5-7]。此外，在饮用水处理过程中，CODMn和UV254等参数是评价水体中NOM的特征参数。

基于上述原因，本研究选取CODMn和UV254两个评价指标，考察MIEX®+聚合氯化铝(PAC)混凝的组合处理方法与单独PAC混凝在不同的通水倍率、PAC投加量条件下对太湖和阳澄湖水源水中有机物的去除效果。(1)考察MIEX®对太湖和阳澄湖水中UV254、CODMn的去除效果；(2)确定MIEX®处理工艺的通水倍数；(3)论证MIEX®对后续混凝过程产生的影响。

1 材料与方法

1.1 主要试剂与材料

试验用水取自太湖和阳澄湖水源地取水口；MIEX®购自澳大利亚ORICA WATERCARE中国区有限公司；PAC、高锰酸钾为分析纯。

1.2 检测指标与方法、仪器

CODMn：酸性高锰酸钾法；UV254：紫外分光光度法，日本岛津UV-2600紫外分光光度计。

1.3 试验及分析方法

本试验研究方法如下：(1)取水样10 L；(2)取5 mL MIEX®放入1 L烧杯中；(3)取1 L原水样导入烧杯中，并搅拌15 min；(4)停止搅拌，沉淀MIEX®，将上层清液倒出，作为检测水样；(5)检测水样的CODMn、UV254；(6)向烧杯中增加原水样，重复3次试验步骤(3)～(5)，直至通水倍数(BVTR，单位重量MIEX®所处理的水的总体积)为1 000；(7)根据试验初步结果，确定BVTR为1 000后，进行混凝试验；(8)取1份原水水样与3份经过MIEX®处理后的水样，原水样按水厂实际投加量(40 mg/L)投加PAC，经MIEX®混凝处理后的水样分别按75%、50%、25%的实际PAC投加量进行对比试验。

不同BVTR下CODMn和UV254的测定值按表1方法计算。

表1 不同BVTR下CODMn和UV254测定值的计算方法Tab.1 Calculation Method for Measured Values of CODMn and UV254 under Different BVTR

2 结果与讨论

2.1 不同BVTR下太湖和阳澄湖原水MIEX®单独处理CODMn和UV254的去除效果

在BVTR分别为200、400、600、800、1 000的条件下，仅使用MIEX®分别对太湖和阳澄湖水源地取水口的原水进行处理，其CODMn的去除效果及其去除率如图1和图2所示。

图1 不同BVTR下MIEX®单独处理太湖和阳澄湖原水的CODMn去除效果Fig.1 Removal Effect of CODMn in Raw Water of Taihu Lake and Yangchenghu Lake by MIEX®Treatment under Different BVTR

图2 不同BVTR下MIEX®单独处理太湖和阳澄湖原水的CODMn去除率Fig.2 Removal Rate of CODMn in Raw Water of Taihu Lake and Yangchenghu Lake by MIEX® Treatment under Different BVTR

由图1和图2可知，在BVTR分别为200、400、600、800和1 000时，太湖CODMn的去除率分别为26.12%、21.16%、17.98%、19.45%和16.36%，平均值为20%；阳澄湖CODMn的去除率分别为31.55%、25.93%、22.94%、23.78%和22.24%，平均值为25%。同时，阳澄湖水源水中的CODMn比太湖更高。随着通水倍率的逐渐升高，太湖和阳澄湖原水经过MIEX®处理，CODMn去除效果均表现出变差的趋势，去除率趋势也基本一致，逐渐降低。但相对没有经过MIEX®处理的太湖和阳澄湖原水来说，CODMn去除效果良好。在BVTR最高的情况下，经过MIEX®处理的太湖和阳澄湖原水CODMn分别为2.79 mg/L 和3.14 mg/L，均优于和接近 《生活饮用水卫生标准》(GB 5749—2006)中的3.0 mg/L[8]。

在BVTR分别为200、400、600、800、1 000的条件下，仅使用MIEX®分别对太湖和阳澄湖水源地取水口原水进行处理，其UV254的去除效果及其去除率如图3和图4所示。

图3 不同BVTR下MIEX®单独处理太湖和阳澄湖原水的UV254去除效果Fig.3 Removal Effect of UV254 in Raw Water of Taihu Lake and Yangchenghu Lake by MIEX® Treatment under Different BVTR

图4 不同BVTR下MIEX®单独处理太湖和阳澄湖原水的UV254去除率Fig.4 Removal Rate of UV254 in Raw Water of Taihu Lake and Yangchenghu Lake by MIEX® Treatment under Different BVTR

由图3和图4可知：在BVTR分别为200、400、600、800和1 000时，太湖UV254的去除率分别为66.85%、58.10%、54.24%、51.74%和50.65%，平均值为56%；阳澄湖UV254的去除率分别为60.02%、56.35%、55.76%、56.91%和56.49%，平均值为57%。MIEX®处理太湖和阳澄湖原水中UV254的效果均比较明显，去除率即使在最高通水倍率的情况下也超过50%，分别为50.65%和56.49%。随着通水倍率的提高，MIEX®处理太湖和阳澄湖中UV254的效果均表现出变差的趋势。对于太湖水源水来说，UV254的去除率随着通水倍率的提高，降低的速度比较明显；对阳澄湖水源水来说，UV254的去除率随着通水倍率的提高，降低的速度比较平缓。总体上，MIEX®对太湖和阳澄湖UV254的去除效果较好，与此前相关研究吻合[9-10]。

2.2 不同工况下太湖和阳澄湖CODMn的去除效果

图5和图6分别为不同工况下CODMn的去除效果及其去除率。

图5 不同工况下CODMn的去除效果Fig.5 Removal Effect of CODMn under Different Conditions

图6 不同工况下CODMn的去除率Fig.6 Removal Rate of CODMn under Different Conditions

图5和图6显示，太湖原水在BVTR为 1 000的条件下，经MIEX®处理后水样投加25%实际投加量的混凝剂，CODMn的去除率为33.38%。原水直接投加100%实际投加量的混凝剂，其CODMn的去除率为12.44%。相比较，经MIEX®处理后，混凝剂投加量降低了75%，CODMn去除率提高了20.94%。阳澄湖原水在BVTR为1 000的试验条件下，经MIEX®处理后水样投加25%实际投加量的混凝剂，CODMn的去除率为27.75%。原水直接投加100%实际投加量的混凝剂，其CODMn的去除率为13.24%。相比较，经MIEX®处理后，CODMn去除率提高了14.51%，混凝剂投加量降低了75%。在保证优质饮用水的前提下，混凝剂投加量降低量高于陈卫等[11]研究中的56%。MIEX®+PAC 混凝的组合处理方法提高了CODMn和UV254的去除效果，其原因推断为MIEX®可去除PAC 混凝过程中影响去除效率的小分子有机物[12]。

在通水倍率为1 000、混凝剂投加量最少的条件下，太湖和阳澄湖原水经MIEX®处理后，CODMn分别为2.53 mg/L和2.92 mg/L，符合《生活饮用水卫生标准》中3.0 mg/L的要求[8]。经MIEX®处理后，混凝剂的用量减少，进而降低了水处理的污泥产量，大大降低了饮用水处理的经济成本[13]。

综上所述，MIEX®树脂单独处理太湖和阳澄湖水样，CODMn的平均去除率分别是20%和25%，UV254的平均去除率分别是56%和57%，去除效果明显。经MIEX®处理后的水样，再进行混凝对比试验，在投加25%实际投加量混凝剂的情况下，出水和原水投加100%实际投加量混凝剂的出水相比，其水质有较大改善。

3 结论

MIEX®+ PAC 混凝组合处理方法中，MIEX®可去除PAC 混凝过程中去除效率较低的小分子有机物，从而提高CODMn和UV254的去除效率，提升原水水质，保障饮用水水质安全；同时，大幅降低饮用水处理过程中混凝剂的使用量，节约饮用水处理的成本。MIEX®树脂技术具有经济有效、运行维护简单、用地节约等优点，若能更合理地处理再生用的饱和浓盐水，更方便地回收树脂颗粒，此方法将在水处理行业具有十分广阔的推广和应用前景。