混凝—微滤工艺制备饮用水的试验研究

摘要

随着饮用水水质标准的日益严格，膜技术在水处理中的应用得到了高度关注，如何提高膜装置的产水率也越来越受到重视。本文研究开发了混凝—微滤工艺处理膜反洗/清洗水，使其达到《生活饮用水卫生标准》(GB5749-2006)要求，以提高膜装置的产水率。另外采用混凝—微滤工艺进行了地下水除氟试验的初步研究，以扩大混凝—微滤工艺的应用领域。
　　 试验分别以两套中试规模的混凝—浸没式微滤系统的膜反洗水和混凝—压入式超滤系统的膜清洗水为原水。膜反洗水和清洗水的DOC和三卤甲烷生成潜能均主要分布在分子质量＞30k Da和分子质量＜1k Da的区间内，UV254主要分布在分子质量＜1k Da的区间内。膜反洗水和清洗水水质均受到中试源水水质变化的影响，而且随着过滤时间的延长，压入式膜清洗水的水质变差。
　　 浸没式微滤系统的反洗水经过投加粉末活性炭(PAC)的混凝—微滤工艺处理后，出水浊度、CODMn、TOC、UV254、微生物指标、三卤甲烷和铁浓度均满足生活饮用水卫生标准。出水中有机物集中在分子质量＜1k Da的区间，混凝、PAC吸附和膜截留处理单元起到了协同作用。
　　 投加合适剂量的混凝剂和在必要时PAC投加到处理系统后，压入式超滤系统的膜清洗水处理后能保证出水水质满足饮用水卫生标准。过滤时间为20 min的膜清洗水中分子质量＞10k Da的大分子有机物得到了有效去除，而且随着混凝剂投加量的增加有机物的去除率提高；但分子质量＜1k Da的小分子有机物去除效果较差，随投加量增加变化的规律不明显。投加PAC后，有效提高了过滤时间为30 min的膜清洗水中分子质量＜1k Da的小分子有机物和三卤甲烷生成潜能的去除效果。
　　 降低膜通量和投加PAC均可以减缓膜反洗水/清洗水对膜组件的污染，其中泥饼层是导致微滤膜比通量下降的主要因素。膜表面污染主要是有机物污染，其中有机物以小分子为主，无机污染元素主要是铁。
　　 地下水除氟试验中硫酸铝比聚合硫酸铝更适宜作为除氟混凝剂，前者除氟效果受到pH值的显著影响。为降低反应的pH值以提高除氟效果，采用了向混凝反应器内投加H2SO4、HNO3、充入CO2和降低曝气量四种方法，其中加入CO2对于改善出水水质最为有利。充入CO2的混凝—微滤工艺出水的F-浓度低于1.0mg/L，其他水质指标也满足饮用水卫生标准要求。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章绪论

1.1我国水资源现状

1.2传统饮用水处理工艺

1.2.1传统饮用水处理工艺及其面临的问题

1.2.2滤池反冲洗水的回收处理

1.3微滤和超滤技术

1.3.1微滤和超滤技术在饮用水处理中的研究进展

1.3.2膜污染和膜的清洗

1.4含氟水处理技术

1.4.1氟的性质与饮用水中的氟

1.4.2除氟方法

1.5课题的研究目的和主要内容

1.5.1课题的研究目的

1.5.2课题的研究内容

第二章试验装置与分析方法

2.1膜反洗水／清洗水处理装置

2.1.1试验背景

2.1.2混凝—浸没式微滤中试系统及膜反洗水处理小试系统

2.1.3混凝—压入式超滤中试系统及膜清洗水处理小试系统

2.1.4 PAC的性质和吸附等温线试验

2.1.5有机物分子质量分布的测定

2.1.6 THMs的测定及相关参数

2.2含氟地下水处理装置

2.2.1混凝—微滤工艺处理含氟地下水装置

2.2.2骨炭吸附工艺处理含氟地下水装置

2.3主要分析项目和测试方法

第三章浸没式微滤系统的膜反洗水处理试验及结果分析

3.1浸没式微滤系统的膜反洗水水质分析

3.1.1膜反洗水的常规水质分析

3.1.2膜反洗水中有机物的分子量分布

3.1.3膜反洗水中THMFP的分布

3.1.4 THMs的组成部分

3.1.5膜反洗水的阴离子浓度

3.2 PAC吸附等温线

3.2.1 PAC吸附模型的选择

3.2.2 PAC吸附膜反洗水中有机物的吸附等温线

3.2.3 PAC投加周期内出水有机物浓度的变化

3.2.4 PAC投加方式对出水水质的影响

3.3膜反洗水处理后出水水质

3.3.1仅投加FeCl3的出水水质

3.3.2投加FeCl3和PAC的常规出水水质

3.3.3投加FeCl3和PAC后出水中有机物的分子量分布

3.4产水率

3.5本章小结

第四章压入式超滤系统的膜清洗水处理试验及结果分析

4.1压入式超滤系统的膜清洗水水质分析

4.1.1膜清洗水的常规水质分析

4.1.2膜清洗水中有机物的分子量分布

4.1.3膜清洗水与滦河水中有机物分子量分布的关系

4.1.4滦河水水质变化对膜清洗水水质的影响

4.1.5相同过滤时间时压入式膜清洗水与浸没式膜反洗水的水质

4.1.6膜清洗水中THMFP的分布

4.1.7 THMs的组成成分

4.2膜清洗水处理后出水一般化学指标

4.3膜清洗水和出水中有机物的分子量分布

4.3.1过滤时间为20 min膜清洗水和出水中有机物分布

4.3.2过滤时间为30 min膜清洗水和出水中有机物分布

4.3.3排泥周期内出水中有机物分子量分布的变化

4.3.4膜分离反应器内有机物的累积

4.3.5 THMFP的去除

4.3.6各工艺单元对水中有机物的去除特性

4.4产水率

4.5本章小结

第五章膜污染与膜清洗

5.1浸没式微滤系统的膜反洗水处理装置膜污染分析

5.1.1膜比通量的变化

5.1.2膜清洗和膜比通量的恢复

5.1.3膜阻力构成分析

5.1.4污染物质成分分析

5.1.5洗脱液污染物分子量分布

5.1.6混合液的污泥浓度

5.2压入式超滤系统的膜清洗水处理装置膜污染分析

5.2.1膜比通量的变化

5.2.2膜分离反应器内的粒度分析

5.2.3膜清洗对比通量的恢复

5.2.4污染物质成分分析

5.2.5洗脱液污染物分子量分布

5.3本章小结

第六章含氟地下水处理达到饮用水标准的试验研究

6.1原水水质

6.2混凝—微滤工艺处理含氟地下水的试验研究

6.2.1静态试验方法

6.2.2聚合硫酸铝投加量与pH值对除氟效果的影响

6.2.3硫酸铝投加量与pH值对除氟效果的影响

6.2.4出水氯离子浓度的变化

6.2.5动态试验结果与分析

6.3骨炭吸附工艺处理含氟地下水的试验研究

6.3.1骨炭静态吸附试验

6.3.2动态吸附试验结果与分析

6.4本章小结

第七章结论和建议

7.1结论

7.2建议

参考文献

发表论文和科研情况说明

致谢