悬浮澄清超滤池对模拟微污染水处理效果研究

摘要

超滤组合净水工艺不但可以有效减轻膜污染，而且能获得稳定的高品质产水，因此被称为第三代城市绿色净水工艺。最为常用的超滤组合工艺有混凝—超滤、常规处理—超滤和活性炭—超滤等。本文提出了一体化悬浮澄清超滤池，将澄清池与超滤膜结合形成一种新工艺，进一步缩短净水工艺流程，减少占地面积，节省建设费用，克服了澄清池对水质水量适应性差，出水水质不稳定的问题，同时澄清池中活性泥渣层的接触絮凝作用提高对污染物的去除效果，从而降低膜污染，提高产水能力。
　　本文对悬浮澄清超滤工艺、混凝沉淀超滤工艺和直接超滤工艺做同步对比试验，对模拟微污染水和冬季低温低浊水进行处理，研究了各超滤组合工艺对微污染水的净化效果及工艺的运行情况，分析了水质变化对组合工艺膜污染的影响，并通过方差分析及相关性分析确定了膜污染的显著影响因素，确定了膜阻力构成及污染类型，探讨了三种不同超滤组合工艺之间的差异性。得出以下试验结论:
　　(1)三种超滤组合工艺对浊度的去除效果优异，去除率保持在99％以上;对有机物的去除效果排序为:悬浮澄清超滤工艺＞混凝沉淀超滤工艺＞直接超滤工艺。三种超滤组合工艺出水CODMn和UV254含量均表现出随进水有机物浓度的增加呈现增加的趋势，但悬浮澄清超滤工艺出水CODMn含量均小于1.5mg/L，小于国家水质标准规定的3mg/L，悬浮澄清池出水UV254含量明显小于其他两种超滤组合工艺;PAN膜超滤工艺对有机物的去除效果优于PVDF膜超滤工艺，但三种超滤组合工艺对氨氮的去除效果均不理想，仅有10％～20％的去除率。
　　(2)从三种超滤组合工艺膜污染情况来看，各试验水质中，悬浮澄清超滤工艺的相对通量衰减最为缓慢，而混凝沉淀超滤工艺和直接超滤工艺的通量衰减程度相近，两者差异不明显;相同工艺及操作条件下，PVDF膜通量衰减远大于PAN膜;水质条件变化对各工艺超滤膜的通量影响较大，浊度在一定程度上影响膜通量，表现浊度越高，通量衰减越缓慢的趋势;
　　(3)膜污染指数(FI)与浊度之间的关系密切，呈现进水浊度增大，FI减小的趋势。悬浮澄清超滤工艺的PVDF膜和PAN膜FI值与高岭土之间的皮尔逊相关系数分别为-0.826和-0.811，呈负强相关关系。其他两种超滤组合工艺超滤膜FI值与浊度之间也呈负相关，但相关关系不强烈;总阻力大小排序为悬浮澄清超滤工艺＜混凝沉淀超滤工艺＜直接超滤工艺，PVDF膜超滤工艺中可逆污染阻力为主要过滤阻力，不可逆污染阻力是PAN膜超滤组合工艺的主要过滤阻力。
　　(4)低温低浊水质条件下各超滤组合工艺对浊度和有机物的去除能力有所下降，混凝沉淀超滤工艺和直接超滤工艺对有机物的去除能力相近，低温条件能造成更严重的膜污染，膜污染程度大小为:悬浮澄清超滤＜混凝沉淀超滤＜直接超滤，同种水质条件及同种工艺条件下膜污染指数PAN膜＜PVDF膜。
　　(5)采用单因子评价法综合比较各超滤组合工艺对污染物的去除能力，悬浮澄清超滤工艺对有机物的去除效果远大于混凝沉淀超滤工艺和直接超滤工艺。同种工艺条件下，PAN膜超滤工艺对污染物的综合处理能力大于PVDF膜超滤工艺;PVDF膜悬浮澄清超滤工艺的产水量最大。超滤组合工艺在低温水质条件下会造成运行成本的增加，费用组成中，药剂费占比最低，膜折旧费用的占比最高。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 研究背景

1．1．1 饮用水污染现状

1．1．2 水污染疾病

1．1．3 饮用水处理技术发展现状

1．2 超滤技术在饮用水处理中的发展及应用

1．2．1 超滤处理技术

1．2．2 超滤组合工艺发展及应用

1．2．3 超滤膜污染研究现状及发展

1．3 低温低浊水处理研究现状

1．4 研究目的

1．5 研究内容

2 试验方法及装置

2．1 试验材料

2．1．1 试验试剂

2．1．2 试验水质

2．1．3 膜与膜组件

2．2 主要测试项目和分析方法

2．2．1 水质指标

2．2．2 膜相对通量

2．2．3 膜阻力及阻力构成

2．2．4 膜污染指数

2．2．5 正交试验分析方法

2．3 试验装置

2．3．1 直接超滤和混凝超滤试验装置

2．3．2 悬浮澄清超滤装置

3 净化处理效果

3．1 澄清池启动运行

3．1．1 混凝剂挑选

3．1．2 澄清池启动运行

3．2 净水效果

3．2．1 对浊度的去除效果

3．2．2 对氨氮的去除效果

3．2．3 有机物的去除效果

3．3 本章小节

4 膜污染分析

4．1 膜相对通量

4．1．1 超滤组合工艺对比

4．1．2 水质变化对膜运行的影响

4．2 膜污染指数

4．2．1 膜污染指数正交分析

4．2．2 膜污染指数相关性分析

4．3 膜阻力分布

4．3．1 PVDF膜

4．3．2 PAN膜

4．4 本章小节

5 低温低浊净水效果及膜污染分析

5．1 工艺运行条件

5．1．1 试验条件及方法

5．2 低温条件净水效果

5．2．1 对浊度的去除效果

5．2．2 对CODMn的去除效果

5．2．3 对UV254的去除效果

5．3 膜污染分析

5．3．1 膜相对通量变化趋势

5．3．2 膜污染指数

5．3．3 膜污染指数正交分析

5．3．4 膜污染指数相关性分析

5．3．5 膜阻力分布

5．4 本章小节

6 超滤组合工艺单因子技术经济评价

6．1 单因子评价过程

6．2 有机物指标单因子评价

6．3 产水能力

6．4 运行费用

6．4．1 电耗

6．4．2 药剂费

6．4．3 膜折旧费

6．5 本章小结

结论

致谢

参考文献

攻读学位期间的研究成果