膜混凝反应器(MCR)制备饮用水和去除氟化物的研究

摘要

水源污染的加剧和饮用水质标准的日益严格,使传统给水处理工艺受到了严峻挑战,因而发展新的微污染水处理技术及设备已成为当务之急.膜分离被认为是当今获得优质安全饮用水的重要技术之一,近年来由于材料价格的下降和性能的改善在水处理领域得到了广泛关注.在此背景下,微滤工艺具有工作压力低、出水水质稳定、易实现自动控制等特点而成为给水处理领域研究的热点.该试验基于混凝-微滤组合工艺,设计了两个处理规模不同的膜反应器MCR-500和MCR-15,分别研究它们用微污染水源水制备饮用水和从地下水中去除氟化物的情况.MCR-500具有结构紧凑、机动灵活、水力停留时间短(HRT<1 h)等特点,可自备电源,非常适合野外供水和应急给水.为了强化对病原菌和有机物的去除,可根据需要安装紫外线消毒器或向反应器中投加粉末活性炭.采用合适的投药量,MCR-500对微污染水中的浊度、有机物和细菌具有良好的去除效果.试验期间出水的浊度和细菌总数分别低于0.3 NTU和100 CFU/mL;当原水是地表水环境质量标准(GB3838-2002)规定的Ⅴ类水时,出水水质基本可以满足生活饮用水卫生规范(2001)的要求;原水是劣Ⅴ类水时,出水水质接近饮用水标准.MCR-500以铁盐作混凝剂进行强化混凝,在低温条件下(<5℃)仍有良好的处理效果.在处理172.2 m3微污染水后对膜进行物理化学清洗,膜比通量能恢复到新膜的99.7％,滤饼层和膜污染是导致膜比通量下降的主要因素,而膜污染主要是无机物形成的可逆污染.MCR-15混凝除氟分为烧杯试验阶段和小试运行阶段,反应器共运行4个多月,处理水量7.9 m3.在烧杯试验阶段通过比较不同pH值时硫酸铝的除氟效果,确定最佳pH值是6.0~6.7.在小试运行阶段采用合适的投药量,可以将饮用水中的含氟量由4.0 mg/L降低到1.0 mg/L之下,而且出水铝的含量低于0.05 mg/L.分析混合液的粒度分布,发现粒径大于1 μm的Al(OH)3絮体占绝对优势,粒径在0.2~0.4 μm的小颗粒物质虽然含量很少,但对膜污染的影响较大.污泥的浓缩倍数在60~350,经重力浓缩和室温下自然干化41天后,浓缩倍数可增加到744.

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第一章绪论

1.1水源污染和饮用水质标准的提高

1.2饮用水处理技术

1.3饮用水的氟污染及除氟方法

1.4膜技术在饮用水处理中的应用

1.5试验目的和内容

第二章试验装置与分析方法

2.1 MCR-500

2.2 MCR-15

2.3监测项目和分析方法

第三章MCR-500的试验结果与分析

3.1试验运行概述

3.2浊度的去除情况

3.3有机物的去除情况

3.4细菌的去除情况

3.5低温对处理效果的影响

3.6出水铁的含量

3.7膜比通量的衰减情况

3.8小结

3.9前景展望

第四章MCR-15的试验结果与分析

4.1试验运行概述

4.2烧杯试验

4.3小试试验

4.4小结

第五章膜污染特性和膜阻力分析

5.1膜污染特性

5.2膜阻力分析

5.3小结

第六章结论

6.1 MCR-500处理微污染地表水

6.2 MCR-15处理含氟饮用水

6.3 MCR的应用前景展望

参考文献

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致谢