饮用水磁强化絮凝-膜过滤工艺中污染控制及影响分析

摘要

磁强化絮凝膜过滤(magnetic enhanced flocculation membrane filtration，MEF-MF)工艺是一种有效的饮用水处理技术，它将磁种引入到混凝/絮凝膜过滤(coagulation/filtration membrane filtration，CF-MF)工艺中，可以强化絮凝过程，提高污染物的去除率，获得水质优良的饮用水。本文首先通过正交实验和响应曲面的方法，通过改变混凝剂与磁种的投加比例，确定当三氯化铁的投加量为20 mg/L，磁种的投加量为6 mg/L时，可形成较大的絮体，混凝效果最好。
　　磁种提供的磁场力和磁偶极子力可以有效的提高水中胶体颗粒的碰撞频率和效率，增加絮体粒径和分型维数。由这些絮体形成的滤饼层具有孔隙率高的特点，能够增加滤饼层的透水率，防止膜通量的迅速下降，有效的减缓膜污染。通过凝胶色谱(gel permeation chromatography，GPC)和三维荧光扫描(excitationemission matrix，EEM)的方法分析了造成膜污染的主要物质，结果表明，磁强化絮凝预处理可以有效的去除水体里可导致膜污染的中分子量和小分子量的有机物（例如腐殖酸、富里酸等）。此外其对于大分子的生物质也有较高的去除效果。
　　基于磁强化絮凝膜过滤工艺中磁絮体和含磁滤饼层的特性，设计了在线(on-line)和离线(off-line)磁强化清洗(magnetic enhanced cleaning，MEC)工艺。在磁场和曝气剪切的协同作用下，含磁滤饼层脱离膜纤维表面，膜通量恢复率较常规物理清洗(routine cleaning，RC)明显提高。在离线磁强化清洗时，设计反洗装置中心的磁感应强度为6 mT，曝气强度为500 L/(m2·min)，控制清洗时间为5 min，维持反洗压力0.04 MPa，可达到最佳的膜清洗效果，通量恢复率达97％以上。在外加磁场强化清洗过程中，滤饼层中的磁种发生磁化作用，滤饼层表现出微弱的宏观磁性，在磁场的作用下向磁极运动，使得膜通量恢复率明显提高。此外，在MEF-MF工艺中采用间歇磁强化清洗，可以更加有效地去除引起不可逆膜污染的胶体和有机物，降低膜污染速率，减缓膜污染。

目录

声明

摘要

第一章 前言

1．1 饮用水源污染危机

1．2 膜法水处理技术

1．3 膜污染

1．3．1 膜污染的形成

1．3．2 膜污染控制

1．4 磁絮凝技术用于水处理过程中

1．4．1 磁絮凝技术研究现状

1．4．2 磁絮凝技术的机理

1．4．3 磁絮凝膜过滤技术

1．5 膜清洗

1．5．1 常规膜清洗

1．5．2 磁场强化膜清洗

1．6 滤饼层模型

1．7 研究目的和意义

1．8 研究内容

第二章 实验材料、装置及分析方法

2．1 水质分析

2．2 膜组件

2．3 磁种性能

2．4 工艺流程及设备

2．4．1 磁絮凝膜过滤工艺

2．4．2 离线磁清洗工艺流程图

2．5 实验仪器及分析方法

第三章 磁种强化絮凝条件优化

3．1 絮体的形成

3．2 响应曲面技术

3．3 絮体优化

3．3．1 絮体优化实验

3．3．2 絮体粒径模型建立

3．3．3 误差分析

3．4 本章小结

第四章 磁强化絮凝减缓膜污染分析

4．1 膜污染实验

4．1．1 膜通量分析

4．1．2 铁离子含量分析

4．1．3 膜污染电镜分析

4．2 膜污染分析

4．2．1 絮体分析

4．2．2 滤饼层分析

4．2．3 膜面污染物分析

4．3 磁絮凝减缓膜污染分析

4．4 本章小结

第五章 磁强化反洗研究

5．1 磁强化清洗条件优化

5．2 磁强化清洗对于减缓膜污染的作用

5．2．1 连续间隔清洗膜过滤

5．2．2 膜污染阻力分析

5．3 附加磁场强化膜清洗分析

5．3．1 扫描电镜分析

5．3．2 含磁滤饼层磁化曲线分析

5．3．3 磁场强化膜清洗过程分析

5．4 本章小结

第六章 结论与不足

6．1 研究结论

6．2 存在的不足与建议

参考文献

发表论文和参加科研情况

致谢