PVC超滤膜处理生活污水及膜污染控制研究

摘要

膜分离过程是一种物理过程，具有选择性好，适应性强，节能等特点。在水处理行业中，超滤膜具有出水水质好的优点，但也容易由浓差极化和颗粒吸附等因素引起膜污染，因而超滤膜目前主要用于水的深度净化，尚未在实际污水处理领域得到推广应用。如何高效控制膜污染是超滤膜技术应用的重点和难点。本研究中选择了成本较低，制备容易，机械性能较好的PVC超滤膜，研究了PVC超滤膜处理生活污水的能力，采用脉冲进料的方式控制膜污染；运用计算流体力学，对脉冲进料影响膜通量的原因进行了模拟分析。
　　1、PAC/UF处理生活污水
　　实验考察活性炭PAC/UF处理生活污水的能力。比较了PVC直接处理和PAC/UF处理污水时的效果。结果表明：PAC/UF和UF过程对浊度的去除率都大于90％，但是投加PAC后，超滤膜的出水浊度稳定在0.1NTU以下；PAC表现出对有机物良好的吸附效果，PAC/UF过程对CODcr和DOC的去除率分别达到了45.4%和56%，与UF过程相比，分别提高了27%和35%。
　　2、PVC分级处理生活污水及脉冲流控制膜污染实验研究
　　为了研究PVC超滤膜直接处理高浓度污水的能力，实验将PVC超滤膜采用错流过滤直接处理某污水处理厂生活污水。结果表明：生活污水经三级过滤后，相关指标达到一级A排放标准，污水浊度降到0.1NTU以下；CODCr由120.97mg/l降到47.34mg/l，去除率为60.9%；DOC由8.95mg/l降到4.08mg/l，去除率为54.4%；细菌截留率为99.6%。其中二级处理时对CODcr、DOC的去除率最高，分别为35.2%和37.2%。超滤膜直接处理污水时，膜污染非常严重。因此，提出采用脉冲进料方式控制膜污染，主要考察了低频脉冲和高频脉冲两种方式对膜比通量J/J0的影响，结果表明脉冲频率越大，膜比通量越大。
　　3、脉冲流强化超滤膜污染及计算流体力学模拟
　　首先考察两种脉冲进料的方式：正弦脉冲SPF和间歇脉冲SPF对PVC超滤膜的膜通量的影响。实验表明：与稳定进料相比，在进料平均速度均为0.2m/s时，SPF和IPF的渗透通量分别提高了45%和35%。以正弦脉冲为例，考察了脉冲强度和脉冲持续时间对膜通量的影响。实验表明：脉冲持续时间和脉冲强度都是影响膜通量的因素，但是脉冲持续时间起主导作用。当控制脉冲强度为0.2m/s，脉冲持续时间为30s时，膜通量出现了最大值。将计算流体力学CFD运用于中空纤维膜监测膜表面的剪切力变化和压力分布，模拟结果表明：采用脉冲进料的方式，膜表面的剪切力较高，沿着流体流动的方向下降的较慢；并且剪切力的变化受脉冲持续时间的影响较大。脉冲强度为0.1-0.2m/s，脉冲间隔为30s时，压力降的消耗与稳定进料时压力降的值非常接近，是一种高效控制膜污染的方法。

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主要符号对照表

第一章 绪 论

1.1 超滤膜

1.2 膜污染及其控制

1.3 计算流体力学在膜技术方面的应用

1.4 研究思路

第二章 PAC/UF技术处理生活污水

2.1 实验材料与方法

2.2 结果与讨论

2.3小结

第三章 PVC分级处理生活污水及脉冲流控制膜污染实验研究

3.1 实验材料与方法

3.2 结果与讨论

3.3 小结

第四章 脉冲流强化超滤膜过程流体力学模拟及实验验证

4.1 CFD模型设计

4.2 实验部分

4.3 数值模拟

4.4 小结

第五章 结论

参考文献

附录一 攻读硕士学位期间取得的研究成果

致谢