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浸没式连续微滤系统（CMF-S）中试优化及清洗研究

作　者: 王睿
导　师: 田一梅
学　校: 天津大学
专　业: 环境工程
关键词: 再生水浸没式连续微滤化学清洗最佳运行参数协同优化
分类号: X703
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要

本文依据系统优化、数理统计、水处理等理论方法，通过处理规模为72m3/d的混凝沉淀-浸没式连续微滤中试系统的大量试验，对浸没式连续微滤处理单元的运行优化和化学清洗、预氯化对混凝沉淀和微滤处理效果的影响进行深入研究，提出一套用以指导再生水厂微滤处理单元在不同运行工况下的优化运行方案、以及混凝沉淀-微滤系统协同优化运行方案，在保证处理效果前提下，减少运行费用，减缓膜污染。首先，根据水厂实际运行水质水量变化，通过正交试验，对夏、冬两季浸没式连续微滤运行参数（过滤周期、单独气洗时间、气水联合反洗时间）进行优化，确定了不同季节、不同处理负荷共六种运行工况的最佳运行参数。优化结果表明，产水率提高2.7%~4.5%，反冲洗费用降低20.93%~37.21%，跨膜压差增长速率减缓4.5%~30.2%，有利于提高微滤膜产水能力，减缓膜污染，降低运行成本。其次，对混凝沉淀预处理中预氯化工艺进行优化研究，考察预氯化对混凝沉淀预处理和微滤处理效果的影响、对微滤膜比通量的影响以及微滤进、出水有机物分子量分布的影响，在此基础上根据不同运行工况的微滤膜污染情况，确定最佳投氯量。试验结果表明，不同负荷工况下，最佳投氯量为4~5mg/L；采用预氯化后，水中分子量小于4kDa和分子量大于50kDa的有机物去除较为显著。第三，为将试验研究成果用于水厂实际生产，完成了微滤处理连续运行试验，并从膜污染速率、微滤处理效果、运行成本和化学清洗周期等方面对运行参数调整前后进行对比分析。结果表明，按优化参数运行，在保证微滤处理效果满足要求的前提下，跨膜压差增长速率减缓9.38%，微滤处理水量增加1.76%，反洗费用降低了24.44%，验证了优化运行参数调整的可行性。此外，还研究了微滤膜CIP化学清洗，通过对微滤膜表面电镜扫描、能谱分析和有机物分析，以及对化学清洗后药液的TOC测定和原子吸收分析发现，造成膜污染的主要为成垢物质和有机物；氯洗对膜透水性能的恢复好于酸洗，而酸洗对金属离子去除效果较好。最后，在上述研究成果基础上，提出混凝沉淀-微滤系统协同优化运行策略，建立多目标优化模型。根据不同处理水量、原水水质等条件，优化确定最佳投药量和微滤过滤周期，降低运行成本，减缓膜污染。优化方案与原实际相比，混凝-微滤系统运行总费用减少6.41%~19.53%，膜反洗恢复率提高3.67%~13.15%，系统产水率提高37.21%，并延长了微滤膜化学清洗周期，效益显著。

全文目录

摘要  3-4
ABSTRACT  4-6
目录  6-9
第一章绪论  9-20
  1.1 再生水回用概况  9-13
    1.1.1 再生水回用的发展过程  9-10
    1.1.2 再生水回用的主要方面  10-12
    1.1.3 再生水回用的效益分析  12-13
  1.2 膜技术用于再生水回用  13
  1.3 微滤膜研究现状  13-18
    1.3.1 微滤膜过滤原理  14-15
    1.3.2 微滤膜污染机理  15-16
    1.3.3 滤膜污染控制及清洗  16-18
  1.4 课题研究内容和技术路线  18-20
    1.4.1 课题来源  18
    1.4.2 研究内容  18-19
    1.4.3 技术路线  19-20
第二章试验装置及分析方法  20-26
  2.1 膜组件性能介绍  20
  2.2 试验装置  20-23
    2.2.1 浸没式连续微滤预处理装置  20-22
    2.2.2 浸没式连续微滤装置  22-23
  2.3 分析项目及方法  23-26
    2.3.1 常规水质指标  23-24
    2.3.2 非常规水质指标  24-26
第三章浸没式连续微滤膜优化运行试验  26-39
  3.1 原水水质情况  26
  3.2 运行参数优化  26-36
    3.2.1 方案设计  26-27
    3.2.2 参数优化试验  27-35
    3.2.3 产水率  35-36
  3.3 处理效果分析  36-38
    3.3.1 浊度、色度分析  36-37
    3.3.2 总磷、氨氮分析  37
    3.3.3 COD、UV_(254)分析  37-38
  3.4 本章小结  38-39
第四章预氯化对混凝-微滤膜系统的影响  39-45
  4.1 原水水质情况  39
  4.2 预氯化对混凝-微滤系统处理效果的影响  39-42
    4.2.1 浊度、色度去除效果  39-40
    4.2.2 总磷、氨氮去除效果  40-41
    4.2.3 COD 和 UV_(254)去除效果  41-42
  4.3 预氯化对膜比通量的影响  42-43
  4.4 预氯化对微滤系统出水有机物分布的影响  43-44
  4.5 本章小结  44-45
第五章微滤膜连续运行及化学清洗研究  45-53
  5.1 连续运行对比试验  45-49
    5.1.1 膜污染速率  45-46
    5.1.2 处理效果分析  46-47
    5.1.3 运行成本分析  47-48
    5.1.4 化学清洗周期对比  48-49
  5.2 化学在线清洗研究  49-52
    5.2.1 膜污染分析  49-50
    5.2.2 化学清洗方法  50-51
    5.2.3 化学清洗效果分析  51-52
  5.3 本章小结  52-53
第六章混凝沉淀-微滤系统协同运行优化  53-66
  6.1 混凝沉淀-微滤处理单元数学模型建立  53-58
    6.1.1 沉淀池出水浊度数学模型  53-54
    6.1.2 跨膜压差增长量数学模型  54-56
    6.1.3 反洗恢复率数学模型  56-58
  6.2 混凝沉淀-微滤系统优化模型建立及求解  58-62
    6.2.1 优化模型目标函数  58-60
    6.2.2 优化模型约束条件  60-61
    6.2.3 模型求解  61-62
  6.3 实例计算及分析  62-64
  6.4 本章小结  64-66
第七章结束语  66-69
  7.1 结论  66-68
  7.2 创新  68
  7.3 展望  68-69
参考文献  69-73
发表论文和科研情况说明  73-74
致谢  74

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