生物法联合正渗透膜分离工艺处理生活污水的试验研究

摘要

目前我国污水处理现状存在工艺运行能耗大、污水处理成本高、脱氮除磷效果不佳等问题，因此有必要应用新技术和新方法降低能耗并实现城市污水处理。近几年发展起来的正渗透（FO）膜分离技术与外加压力的传统膜分离技术相比，具有能耗低、膜污染轻并且可逆性等特点，因此可将正渗透膜分离技术应用于污水处理中。本试验将生物法同正渗透膜分离工艺相联合，以美国 HTI公司的 TFC-ES膜为正渗透膜材料，青岛团岛海域的海水作为驱动液，生物法预处理后的生活污水为原料液进行了试验研究。本试验研究了正渗透膜分离系统的水通量、污染物截留率和正渗透膜污染等，对生物法联合FO分离工艺处理生活污水进行了理论分析和试验研究，为城市污水处理提供了理论和技术支持。
　　首先，为了减轻后续正渗透膜分离系统膜的污染程度，在正渗透膜分离系统前设置预处理系统——SBR工艺，调节预处理反应系统的参数，以达到最佳处理效果；
　　其次，研究了膜朝向和错流速度对正渗透膜分离系统的影响。膜朝向对正渗透膜分离系统的影响试验中，发现：正渗透膜分离系统PRO模式初始水通量高于FO模式下的初始水通量，但PRO模式水通量下降趋势较大，FO模式下运行的水通量相对稳定，且对污水中的COD、氨氮、TN、TP截留效果比PRO模式下的好；错流速度（1.5L/min、2L/min、2.5L/min）对正渗透膜分离系统的影响试验中，发现：膜表面的错流速度越高，水通量越大，这说明增大错流速度可以减轻浓差极化现象和膜污染现象；错流速度越大，COD、氨氮、TN、TP透过量也越大，膜的截留率降低，生活污水中污染物的截留效果减弱。
　　最后，利用清洗后膜水通量测试、恒定渗透压运行、FTIR、SEM对膜污染情况进行了探究。研究结果表明：（1）两种运行模式污染的膜采用相同的物理清洗方式，FO模式的清洗效率约为99.19%，PRO模式约为93.45%，膜水通量基本恢复至新膜状态。这说明正渗透膜两种运行模式的膜污染是可逆的，污染物只是在膜的表面疏松排列而未被紧密压实，可使用简单的物理清洗方法清洗沉积在膜表面上的污染物质，膜的水通量可得到很好的恢复；（2）渗透压不变的情况下，运行过程中发生浓差极化，使得膜附近区域形成一个不同于原料液或驱动液主体的边界层。随着系统运行时间的延长，污染物质不断的积累，早先沉积在膜表面的污染物和溶液中的污染物相互作用导致了膜表面滤饼层的形成。滤饼层内溶液的渗透压升高，从而使正渗透膜两侧实际的渗透压差降低，导致水通量降低。（3）滤饼层红外图谱说明正渗透膜污染物质可能含有糖类和蛋白质，通过对比两种模式下污染的膜、清洗后的膜的SEM图像分析得出，正渗透膜分离过程中的膜污染较轻，简单的物理清洗后基本可以恢复至初始状态。

目录

声明

第1章 绪论

1.1 污水处理现状与发展趋势

1.2 膜分离技术的分类及原理

1.3 正渗透膜污水处理技术

1.4 课题研究目的及意义

1.5 课题研究的主要内容

第2章 试验材料与方法

2.1 试验材料

2.2 水质分析项目及分析方法

2.3 试验方法

第3章 SBR预处理系统

3.1 SBR预处理系统

第4章 正渗透膜分离工艺处理生活污水的试验研究

4.1 膜朝向对正渗透膜分离系统污水处理效果的影响分析

4.2 速度对正渗透膜分离系统污水处理的影响分析

4.3 本章小结

第5章 正渗透膜分离系统膜污染试验研究

5.1 正渗透膜污染产生的原因

5.2 正渗透膜污染种类

5.3 正渗透膜清洗方法

5.4 正渗透膜清洗效果研究

5.5 正渗透膜分离系统恒定渗透压差运行膜污染研究

5.6 正渗透膜污染形态表征

5.7 本章小结

第6章 结论与建议

6.1 结论

6.2 建议

参考文献

攻读硕士学位期间发表的学术论文及科研工作

致谢