超滤膜净水组合工艺中膜污染控制技术研究

摘要

随着我国最新饮用水标准的颁布实施,重点突出了水质安全性问题,而传统的水处理工艺已经无法满足日益严格的饮用水水质标准要求。超滤膜技术在保障水质安全性上具有突出的优势,而其中又以浸没式超滤膜具有产水量高而且安装操作方便等优点,应用前景广阔。但膜污染始终是限制该技术发展的瓶颈问题,采用膜前预处理能够有效控制膜污染。本研究选择了在实际中应用性较强的微絮凝、粉末活性炭等两种预处理工艺与浸没式超滤膜相集成,初步探讨在两种预处理条件下膜污染的形成机理,并在此基础上考察三种运行参数投加量、曝气强度及排污时间的改变对膜出水水质及膜污染的变化影响,提出在加强水质效果的同时又能有效控制膜污染的措施。
　　实验首先进行了长时间的稳定运行,对比两种工艺的膜污染速度,初步探究在两种预处理条件下膜污染形成机理。结果表明,在两组工艺对DOC去除率均为28％的条件下,微絮凝-超滤工艺中TMP增长速度0.47kPa/d,活性炭-超滤工艺为0.27kPa/d,微絮凝-超滤污染较快。通过对化学清洗液分析可知膜污染主要成分为亲水性、低分子量有机物,同时含有微量的金属离子如 Al、Fe、Mn、Zn、V、Cu、Ba、Ti、Ni、Pb、As、Cs等。其中Al离子在微絮凝-超滤化学清洗液中含量为18.29mg/L,显著高于活性炭-超滤的1.568mg/L,加剧膜污染。采用 XPS仪器分析膜污垢成分主要为含氧有机物,并结合微量的 Al、Si等无机元素。同时应用三维荧光谱对膜污染过程中有机物进行表征可知,在微絮凝-超滤中,II(色氨酸类蛋白质)、III(富里酸类物质)是造成膜污染的主要物质,而在活性炭-超滤中,IV(可溶性生物代谢物)是造成膜污染的主要物质。
　　考察运行参数对微絮凝-超滤工艺中膜污染的控制影响,结果表明,投加3mg/L的PACl可将UV254、DOC的去除率提高至28%、24%,投加量增加,有机物去除效率增加,膜外部污染逐渐降低。相比直接过滤原水4.8%的膜内污染速度,微絮凝预处理可将其有效控制在1%以下,在常规最佳投加量为4mg/L(电位接近于零)条件下,采取减量投加3mg/L(电位为负)的方式可将膜内部污染控制在最低;曝气的加强会导致膜出水颗粒数增加,在气水比为9:1、12:1的曝气强度下对有机物有较好去除效果,同时曝气可效减缓膜污染,在气水比增至9:1时,能将膜外部污染降低54%,内部污染速度控制在0.07%(无曝气时0.2%),基本达到控制膜污染的限度,继续加强曝气不能够再降低膜外部污染,甚至会加剧膜内污染;排污周期的延长会降低有机物的去除效率,造成膜池内SS的累积,从而加重膜滤饼层污染,24h排污一次可缓解此问题。
　　考察运行参数对活性炭-超滤组合工艺中膜污染控制影响,结果表明,活性炭预处理能够加强对颗粒物的去除,同时PAC投加量的增加可显著提高有机物的去除效率,在投加量增加至10mg/L时,对CODMn、UV254的去除率分别提高16%和19%,基本达到有机物的去除限度。最初投加PAC能够促进超滤膜滤饼层污染的形成,但继续增加PAC投加量又可降低膜滤饼层污染;加强曝气会导致膜出水颗粒数增加,但能够通过提高膜池内悬浮态活性炭浓度来加强对有机物的去除,气水比提升至12:1时,CODMn、UV254的去除率可分别提高6%、9%,同时曝气能够缓解膜表面滤饼层污染的形成,减缓膜内污染速度;排污周期时间的延长可造成膜池内活性炭吸附饱和,从而降低了有机物的去除效率,排污周期延长至48h和72h对CODMn、UV254的去除率分别下降3%和5%,因此可通过采取24h排污一次的方式来加强对有机物的去除。

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第1章 绪 论

1.1 水处理工艺发展历程

1.2 超滤技术

1.3 膜污染

1.4 超滤膜预处理技术

1.5 本课题的目的和主要内容

第2章 实验装置与方法

2.1 实验材料

2.2 实验装置

2.3 实验分析方法

第3章 膜污染形成机理探究

3.1 试验装置与运行条件

3.2 膜出水水质对比分析

3.3 膜污染速度对比分析

3.4 膜丝污染化学清洗液分析

3.5 膜丝表面SEM微观观察

3.6 膜丝表面XPS成分分析

3.7 有机物的三维荧光光谱分析

3.8 本章小结

第4章 微絮凝-超滤中运行参数对膜污染的控制作用

4.1 聚合氯化铝投加量对膜污染的控制作用

4.2 曝气强度对膜污染的控制作用

4.3 排污周期对膜污染的控制作用

4.4 本章小结

第5章 活性炭-超滤中运行参数对膜污染的控制作用

5.1 粉末活性炭投加量对膜污染的控制作用

5.2 曝气强度对膜污染的控制作用

5.3 排污周期对膜污染的控制作用

5.4 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果

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