超滤组合工艺中NOM变化特征及膜化学强化反冲洗研究

摘要

以超滤膜为核心的短流程净水工艺，自2008年问世以来受到供水行业的普遍关注，一些专家、学者甚至将其提到“第三代净水工艺”的高度。一时间各种超滤膜组合净水工艺相继出现，但膜污染及膜清洗等引发的水质问题也对其生存提出挑战。因此，基于最新提出的在线化学强化反冲洗（ Chemical enhanced backwash，CEB）技术，本文研究内容对保障膜工艺出水水质，乃至推动净水工艺持续进步具有积极意义。
　　本文采用不同超滤膜组合工艺装置处理实际原水，研究膜表面物质的变化规律。通过调控反洗时间、反洗药剂浓度、反洗周期、反洗流量等参数，研究确定CEB后典型副产物（Chemically enhanced blackwash by products，CEBBPs）及变化特征。进而探讨CEB调控参数与膜清洗效果之间的关系，并采用单因素与响应面试验确定最佳化学清洗参数，建立CEB优化调控模型并实现膜清洗技术的优化。提出膜出水健康风险评价方法，评价水中典型CEBBPs对人类健康的影响。
　　Al/UF和PAC/UF工艺中膜外污染物的NOM含量要高于UF和O3/UF中污染物的NOM含量。三种预处理方式（混凝、吸附、氧化）可以降低大分子有机物在膜孔内的积聚，但是对于小分子有机物作用较小。在CEB后组合工艺Al/UF、PAC/UF以及O3/UF膜出水中检测到的CEBBPs分别有21种、18种以及22种。
　　通过响应面二次模型，可得到Al/UF膜清洗优化方案为：反洗时间为4min、反洗药剂浓度为29mg/L、反洗周期为60min、反洗流量为23L/(m2·h)；同样方法也可得到PAC/UF和O3/UF优化方案。根据优化方案运行参数并对CEB后膜出水进行健康风险评价。结果表明，O3/UF组合工艺 CEB后出水虽不能引起非癌症类健康风险，但将引起癌症类健康风险，而Al/UF和PAC/UF膜出水并不能引起两类健康风险。
　　由O3/Al/UF和O3/PAC/UF的运行效能可知，O3可以提高Al/UF和PAC/UF组合工艺处理效率，并进一步降低膜污染。由清洗参数可知，在相同时间段内进入O3/PAC/UF反应器中的清洗药剂总量要高于O3/Al/UF，所以反应器中生成的CEBBPs浓度要偏高。O3/Al/UF和O3/PAC/UF组合工艺CEB后膜出水并不能引起非癌症类健康风险，也不会引起癌症类健康风险。

目录

封面

声明

中文摘要

英文摘要

目录

第一章 绪论

1.1 研究背景

1.2 超滤膜处理技术

1.3 超滤膜技术存在的不足

1.4 超滤膜污染机理、类型以及控制措施

1.5 膜清洗

1.6 超滤膜组合工艺

1.7 课题目的和研究内容

第二章 实验装置和分析方法

2.1 实验材料及实验装置

2.2 实验试剂及仪器设备

2.3 分析方法的建立

2.4 标准曲线及方法评价

第三章 NOM在不同组合工艺中变化规律

3.1 实验装置与运行条件

3.2 水处理药剂的选择

3.3 组合工艺运行性能

3.4 预处理对原水水质的影响

3.5 膜污染物

3.6 膜出水性质

3.7 扫描电镜分析

3.8 本章小结

第四章 不同组合工艺中膜强化反冲洗后CEBBPs识别

4.1 实验装置与运行条件

4.2 CEB后0-24h膜出水中VHOCs浓度变化情况

4.3 CEB后0-24h膜出水中HAAs浓度变化情况

4.4 本章小结

第五章 清洗参数对组合工艺的单因素影响试验研究

5.1 实验装置与运行条件

5.2 反洗时间对CEBBPs生成和膜清洗效果的影响

5.3 反洗药剂浓度对CEBBPs生成和膜清洗效果的影响

5.4 反洗周期对CEBBPs生成和膜清洗效果的影响

5.5 反洗流量对CEBBPs生成和膜清洗效果的影响

5.6 本章小结

第六章 清洗参数影响膜污染的响应面试验研究

6.1 实验装置与运行条件

6.2 组合工艺响应面因素水平

6.3 组合工艺Al/UF实验结果及结果分析

6.4 组合工艺PAC/UF实验结果及结果分析

6.5 组合工艺O3/UF实验结果及结果分析

6.6 组合工艺CEB后出水水质健康评价

6.7 本章小结

第七章 氧化/混凝/超滤与氧化/吸附/超滤的性能改进与对比

7.1 实验装置与运行条件

7.2 不同预处理方式对超滤膜运行效能的影响

7.3 CEB对组合工艺影响

7.4 本章小结

第八章 结论与展望

8.1 结论

8.2 创新点

8.3 展望

参考文献

发表论文和参加科研情况说明

致谢