山地城市水质特性及对超滤膜膜孔径比选的影响

摘要

近年来，随着我国水资源问题的日益严重，以及饮用水水质标准的提高和常规水处理工艺的不足，在这些背景下，超滤膜水处理技术被广泛的应用到给水处理中。但市面上超滤膜的孔径不尽相同，膜孔径的评价标准也尚未统一，且针对不同的水质适合的超滤膜膜孔径也会有所区别。本课题主要研究的是山地城市的水质特性及对超滤膜膜孔径的选择问题。
　　本课题对重庆的4个取水点，分别在丰水期跟枯水期采样调查，通过分析物理化学以及微生物等12个水质指标综合评价重庆山地城市的水质特性。并以山地城市水质为依据配置原水进行小试试验，将原水通过不同孔径超滤膜，分析出水情况，选择出处理效果更好的超滤膜孔径。并且考虑到单户及地理条件不利的用水点，在低通量下过滤原水，选择出更具优势的超滤膜孔径。具体研究结果如下:
　　(1)根据采样调查以及数据分析可知重庆山地城市水质情况为:pH的均值为8.01，为弱碱性的水;浊度在4NTU左右;总硬度的均值为80mg/L，重庆地处西南，我国南方水质的硬度多小于北方的;耗氧量（CODMn）为4mg/L左右，根据地表水环境质量标准可知，水体中的CODMn小于15mg/L，为Ⅱ类以上的水质;菌落总数的均值为120CFU/ml、总大肠菌群的均值为29CFU/ml;铁平均含量为0.375mg/L、锰的平均含量为0.154mg/L，铁锰的超标一般出现在我国的东北和南方，重庆地处西南方，水体中铁锰含量都不低，且丰水期的铁锰含量比枯水期的高，因为丰水期水体中的的悬浮物更多，会携带更多的铁锰。
　　(2)0.01μm跟0.05μm孔径的超滤膜对原水各污染物的去除率分别为，浊度:97.4％，89.8％; UV254:11.1％，6％; CODMn:25.3％，12.4％;菌落总数:100％，97.4％;总大肠菌群:100％，100％。前者对浊度的去除优于后则;但对UV254两者的去除率都很低;在CODMn的去除上，0.01μm孔径超滤膜10次出水CODMn都小于3mg/L，都能满足生活饮用水标准，出水达标率为100％，而0.05μm孔径超滤膜出水达标率仅为70％，10次中有3次不达标;针对菌落总数跟总大肠菌群，两种孔径超滤膜都能让出水达标，但0.01μm孔径超滤膜能让出水中的菌落总数降为零，其出水质量更高。因此，针对重庆山地城市水质特性，选择0.01μm孔径超滤膜更合适。
　　(3)针对0.01μm孔径超滤膜，当运行通量由25 L/(m2·h)提升至30 L/(m2·h)，跨膜压差发生变化，从22kPa增长到23kPa，说明此时膜发生污染，故其临界通量介于25 L/(m2·h)和30 L/(m2·h)之间，取两者的平均值为27.5 L/(m2·h)。同理，当0.05μm孔径超滤膜的运行通量由20 L/(m2·h)提升至25 L/(m2·h)，跨膜压差从7kPa增长到10.5kPa，故其临界通量介于20 L/(m2·h)和25L/(m2·h)之间，取平均值为22.5L/(m2·h)。
　　(4)在低通量状态下，0.01μm跟0.05μm孔径的超滤膜对原水各污染物的去除率分别为，浊度:98％，89.8％; UV254:12.7％，7.5％; CODMn:24.8％，18.8％;菌落总数:100％，97.6％;总大肠菌群:100％，100％。前者对浊度的去除率比后者高10％左右;前者对UV254的去除率是后者的2倍左右;针对水中的CODMn，0.01μm孔径超滤膜的效果更好，其出水达标率为100％，而0.05μm孔径超滤膜的出水中有4次超标;对水中的总大肠菌群，两种孔径超滤膜都能将其全部去除，达标率都为100％;在菌落总数的去除上，只有0.01μm孔径的超滤膜能将出水中的菌落总数降为零;故在低通量的状态下，针对重庆山地城市的水质，0.01μm孔径超滤膜的处理效果更好。
　　(5)针对膜污染，相比之下0.05μm孔径超滤膜的跨膜压差增长速率更快，更容易发生膜污染。原因分析是因为山地城市地表微污染水中的杂质颗粒大小不一，但是50nm是一个临界点，0.05μm孔径的超滤膜可不仅会在膜表面形成滤饼层，其更容易发生膜孔堵塞，膜孔堵塞相对于滤饼层更难清洗，有的甚至是不可逆的。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 课题研究背景

1．1．1 山地城市的定义

1．1．2 山地城市的供水特征

1．1．3 山地城市水安全问题及现状

1．1．4 我国饮用水水质的标准

1．1．5 常规水处理工艺及其不足

1．2 膜分离技术

1．2．1 膜技术

1．2．2 超滤膜

1．3 超滤技术在饮用水处理领域的应用

1．3．1 应用效果

1．3．2 超滤膜的污染及与膜孔径的优选

1．4 课题研究背景

1．4．1 课题研究意义

1．4．2 课题研究的主要内容

第二章 试验材料及分析方法

2．1 试验材料与装置

2．1．1 试验材料

2．1．2 试验装置

2．2 水质检测项目及分析方法

2．2．1 水质检测项目的选择

2．2．2 水质检测项目的测定方法

第三章 超滤膜孔径对山地城市水源水处理效果的影响

3．1 山地城市水质特性

3．2 超滤膜子L径对出水水质的影响

3．2．1 浊度

3．2．2 UV254

3．2．3 CODMn

3．2．4 菌落总数

3．2．5 总大肠菌群

3．3 小结

第四章 超滤膜在低通量下的运行

4．1 不同孔径超滤膜临界通量的测定

4．2 超滤膜在低通量条件下的净水效果

4．2．1 0.01μm孔径超滤膜的运行情况

4．2．2 0.05μm孔径超滤膜的运行情况

4．2．3 比选

4．3 膜污染情况

4．4 小结

第五章 结论与建议

5．1 结论

5．2 建议

致谢

参考文献

攻读学位期间的研究成果