超滤+纳滤工艺对地表水中污染物的处理效能及工艺优化控制研究

摘要

我国地表水资源不仅存在时空性短缺的问题，而且也普遍受到有机物和氨氮的污染，而常规饮用水净水工艺对这些物质的去除能力十分有限。本研究以超滤+纳滤工艺为核心，结合预氧化、在线混凝预处理工艺，以去除地表水中的有机物、氨氮、硝态氮、总氮的同时优化工艺运行参数为目标。
　　首先，通过正交试验的方法，研究了混凝剂种类、混凝剂投加量及混凝时间等因素对混凝-超滤+纳滤工艺去除有机物污染物的影响。研究表明：对于CODMn的去除混凝剂用量影响最为显著，对于UV254的去除混凝剂种类影响最为显著，综合考虑最后确定的本研究中的最佳混凝条件为：15mg/LAlCl3混凝60秒。同时还通过单因素试验的方法研究了氧化剂高锰酸钾的投加量对预氧化-混凝-超滤去除有机污染物及超滤膜污染的影响，结果显示：当高锰酸钾投加量达到1mg/L时，有机物去除率的增量达到最大，超滤膜比通量降低也为最少。
　　其次，对比研究了混凝-超滤+纳滤工艺及优化后的预氧化-混凝-超滤+纳滤工艺对冬夏两个进水温度条件下各种污染物的处理效果，研究表明：超滤+纳滤主要是去除水中有机物，去除率在80％以上，对氨氮、硝态氮、总氮的去除率低于40%，且主要是由预处理-超滤单元来完成的。预氧化增加了预处理-超滤段对有机物的去除率，其中预氧化后对原水中DOC的去除率增大了30%左右。初始浓度、温度、水中其它污染物量都会影响工艺对污染物的去除，对于有机物来说进水初始浓度影响最大，但对于去除氨氮和硝酸盐来说温度是最大影响因素，其中当温度由26℃降低到8℃时，预处理-超滤段对氨氮的去除率由16%～24%升高到25%～31%，对硝态氮的去除率也由13%提高到了20%。
　　最后，考察了在工艺运行过程中进水温度、水中污染物种类、含量对超滤、纳滤膜污染的影响，结果表明：进水中的腐殖酸是造成超滤膜污染的重要物质，当进水腐殖酸浓度由2mg/L增加为9mg/L时，超滤膜比通量降低了0.04；温度和离子浓度都会影响纳滤膜污染，当进水中氨氮浓度增加了1mg/L时，膜比通量下降了0.08，加入硝酸盐不仅加大了膜比通量的下降量同时加快了下降速度，夏季高温时纳滤膜污染比冬季低温时更加严重且易受到其它因素影响。预氧化可有效缓减膜污染，与直接混凝相比，超滤处理经预氧化处理后的进水时膜比通量都有所增加，工艺运行90min后最大增幅达到0.04，工艺在运行0～60min期间，预氧化后的超滤膜比通量的下降趋势明显减缓；预氧化也可以减小纳滤膜污染，其中最为明显的是工艺处理夏季高温高硝态氮含量的水时，与直接混凝相比预氧化使纳滤膜比通量增加了0.07。
　　研究发现混凝-超滤+纳滤工艺和预氧化-混凝-超滤+纳滤工艺对地表水中有机物有很好的去除效果，对氨氮、硝态氮、总氮的去除效果一般。两个工艺尤其是预氧化-混凝-超滤+纳滤工艺在试验过程中运行稳定，膜通量一直保持在初始通量的80%及以上，且经过正冲洗和反冲洗膜通量能达到较好的恢复，所以试验过程中未使用化学清洗。

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第一章 绪论

1.1 概述

1.2 我国水资源现状

1.3 净水技术的发展

1.4 膜技术

1.5 研究背景、目的及内容

第二章 试验材料与方法

2.1 试验装置和仪器

2.2 试验用水

2.3 分析测定方法

第三章 膜过滤的预处理试验

3.1 混凝预处理试验

3.2 预氧化预处理试验

3.3 本章小结

第四章 超滤+纳滤除污效能的研究

4.1 工艺对有机物的去除

4.2 工艺对氮的去除

4.3 本章小结

第五章 超滤、纳滤膜污染的研究

5.1超滤膜污染状况

5.2 纳滤膜污染状况

5.3 本章小结

第六章 结论与建议

6.1 结论

6.2 建议

参考文献

致谢