超滤膜组合工艺处理微污染水源饮用水的净水技术研究

摘要

本文创造性地提出以超滤膜为核心的组合工艺，包括生物接触氧化池、生物活性滤池和超滤，重点研究了各净水单元及整个工艺对微污染水源中各类污染物的去除效果及规律，并探讨了工艺的运行参数。通过试验主要得出以下结论： (1)采用自然挂膜，在平均水温为5.7℃的较低水温季节和25.9℃的较高水温季节，跌水曝气生物接触氧化池挂膜成功分别需40天左右和14天左右。 (2)当HRT=1.6h时，三阶跌水曝气生物接触氧化池对浊度、NH<,3>-N、COD<,Mn>和藻类的去除率分别为36.19％、65.36％、17.04％和67％。各阶对浊度和COD<,Mn>去除率依次为：阶一>阶二>阶三；对NH<,3>-N去除率依次为：阶一>阶三>阶二。采用跌水曝气能够满足生物接触氧化池对DO的需求，各阶对DO的消耗依次为：阶一>阶二>阶三。跌水曝气生物接触氧化池中生物量的整体分布规律为：阶二>阶一>阶三；各阶生物量的分布为：阶一与阶二相同，下、中、上次序增大，而阶三中，中部最多，其次为上部，下部最少。 (3)生物接触氧化工艺的净水效果受到诸多因素的影响，主要有水温、溶解氧、原水水质、水力停留时间、填料类型和水流流态。 (4)生物活性砂滤池对浊度、氨氮和coDMn的平均去除率依次为63.6％、55.4％和15.6％；而生物活性陶滤池的平均去除率依次为28.18％、74.94％和23.41％。 (5)超滤对浊度、氨氮、CoD<,Mn>和藻类的平均去除率分别为95％、9.37％、25.2％和95.3％。在整个运行过程中，超滤膜的比渗透通量随累计运行时间的增加而逐渐下降，间隙排浓水、水力反冲洗和化学清洗，只能减缓膜通量的下降，并不能消除膜通量的下降。此外，水温升高也有助于膜通量的提高。 (6)超滤膜组合工艺对浊度、COD<,Mn>、氨氮和藻类的平均去除率分别为99％、45.37％、67％和98.7％。各单元对浊度的去除率依次为：BF>BOC>UF；对COD<,Mn>的去除率依次为：UF>BOC>BF；对NH<,3>-N的去除率依次为：BF>BOC>UF；对藻类的去除率依次为：BOC>UF>BF。 (7)通过有机物分子量分布的测定发现：超滤膜组合工艺中，生物接触氧化池主要去除分子量小于3000的有机物，其中对1～3K、0.5～1K和<0.5K三个区间内有机物的去除率分别为60.05％、15.35％和90.38％；生物活性滤池主要去除分子量大于100K的有机物，去除率为68.12％；超滤膜主要去除分子量大于100K和介于10～100K之间的有机物，其去除率分别为34.1％和131.5％。 (8)通过与水厂常规净水工艺的对比发现：超滤膜组合工艺对浊度、氨氮、COD<,Mn>和藻类的去除效果都要优于水厂常规工艺，其中以氨氮的去除效果最为显著，去除率提高了52.9％。另外，通过测定有机物的分子量分布发现：与水厂常规工艺相比，超滤膜组合工艺对小分子有机物有很高的去除效果，特别是分子量小于0.5K的有机物，去除率高达91.51％，出水含量降至0.143mg/L；同时对分子量大于100K的有机物也有很好的去除效果，去除率高达95.26％，出水含量降低至0.026mg/L。 本文的研究成果证实了超滤膜组合工艺是一种适用于微污染水源饮用水净化处理的新型工艺，并为工程实践提供了相关借鉴和参考。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章绪论

1.1研究背景

1.1.1水源水污染现状

1.1.2水中污染物及其危害

1.1.3饮用水水质标准的发展

1.1.4常规净水工艺的局限性

1.1.5超滤技术在饮用水处理中的研究和应用

1.1.6超滤膜组合工艺在微污染水源水处理中的研究及应用

1.2课题来源、研究目的和意义

1.2.1课题来源

1.2.2研究目的及意义

第二章试验设计、研究内容及方法

2.1试验设计

2.1.1原水水质调查

2.1.2研究路线的确定

2.1.3 工艺流程

2.1.4试验装置设计说明

2.2研究内容

2.3试验方法及说明

2.3.1有机物分子量分布测定方法

2.3.2其它测定项目的分析方法及所需仪器列表

第三章跌水曝气生物接触氧化池净水效果及影响因素分析

3.1前言

3.2跌水曝气生物接触氧化池的挂膜试验研究

3.2.1较低水温下组合填料的挂膜试验

3.2.2较高水温下弹性填料的挂膜试验

3.2.3挂膜成熟标志的探讨

3.2.4本节小结

3.3水力停留时间(HRT)对净水效果的影响

3.3.1 HRT对浊度去除的影响

3.3.2 HRT对CODMn去除的影响

3.3.3 HRT对NH3-N去除的影响

3.3.4 HRT对藻类去除的影响

3.3.5最佳运行工况的确定

3.3.6本节小结

3.4跌水曝气生物接触氧化池净水效果及其影响因素分析

3.4.1跌水曝气生物接触氧化池净水效果分析

3.4.2跌水曝气生物接触氧化池净水效果的影响因素分析

3.5生物膜特性的研究

3.6跌水曝气充氧效果的研究及影响因素分析

3.6.1跌水曝气充氧效果分析

3.6.2跌水曝气充氧的影响因素分析

3.6.3跌水曝气与传统鼓风曝气的比较

3.7本章小结

第四章生物活性滤池净水特性的研究

4.1前言

4.2空床停留时间(EBCT)对生物活性滤池性能的影响

4.2.1 EBCT对净水效果的影响

4.2.2对水头损失的影响

4.2.3对反冲洗的影响

4.2.4最佳空床停留时间的确定

4.2.5本节小结

4.3生物活性砂滤池的净水效果分析

4.3.1对浊度的去除

4.3.2对CODMn的去除

4.3.3对NH3-N的去除

4.3.4对藻类的去除

4.3.5对DO的消耗

4.3.6本节小结

4.4生物活性陶滤池的净水效果分析

4.4.1对浊度的去除

4.4.2对CODMn的去除

4.4.3对NH3-N的去除

4.4.4对DO的消耗

4.4.5本节小结

4.5生物活性砂滤和陶滤净水效果的比较

4.6本章小结

第五章超滤净水效果及运行特性的试验研究

5.1前言

5.1.1超滤膜的结构和膜性质的表征

5.1.2超滤的工作机理

5.1.3超滤的运行方式

5.2超滤膜的传质理论

5.2.1膜表面传质理论(薄膜模型)

5.2.2膜内传质理论(微孔模型)

5.3超滤渗透通量的影响因素

5.4超滤净水效果研究

5.4.1对浊度的去除

5.4.2对NH3-N的去除

5.4.3对CODMn的去除

5.4.4对藻类的去除

5.5超滤膜运行特性研究

5.5.1清水试验

5.5.2膜通量变化规律及机理分析

5.6超滤膜污染特性研究

5.6.1定义及分类

5.6.2超滤膜过滤阻力特性的研究

5.6.3膜污染的控制

5.7本章小结

第六章超滤膜组合工艺净水效能的评价

6.1前言

6.2工艺出水水质分析

6.2.1常规水质指标

6.2.2其它水质指标

6.3各单元净水效果的横向对比分析

6.3.1对浊度的去除

6.3.2对CODMn的去除

6.3.3对NH3-N的去除

6.3.4对藻类的去除

6.3.5对不同分子量区间有机物的去除

6.4超滤膜组合工艺与水厂常规工艺净水效果的对比分析

6.4.1常规指标去除效果的对比分析

6.4.2不同分子量区间有机物去除效果的对比分析

6.5本章小结

第七章结论及建议

7.1结论

7.2建议

致谢

参考文献