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几种优化操作条件“提高零污染通量”的方法及其机理性研究

作　者: 何青
导　师: 李圭白
学　校: 青岛理工大学
专　业: 环境工程
关键词: 污染通量临界通量超滤膜技术粉末活性炭膜污染控制优化操作条件恒压操作投加点水质净化膜通量膜阻力投加量水厂水处理技术沉淀去除率膜压差膜污染问题出水水质浸没式
分类号: TU991.2
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要

超滤膜作为第三代饮用水处理工艺，能充分的保障水质的生物安全性，降低管网中的消毒副产物。它已在全国范围内得到了初步的推广，并且运行情况良好。要使超滤膜水处理技术在全国范围内全面推广，其必须处理好运行过程中的膜污染问题。常规的超滤膜污染主要依靠物理和化学性清洗得以解决，但这种方法，尤其是化学清洗需要耗费较高的人力和财力，且可能影响到出水的稳定性。李圭白院士提出的“零污染通量”，就是在某一通量下超滤膜不会产生不可逆污染，可长期稳定运行。本文旨在利用优化操作条件，探究一些提高“零污染通量”的方法，并对这些方法做适当的机理性研究。首先给出一个成功的工程案例，跟踪了中国第一家大型超滤水厂——东营南郊自来水厂供水近五年的运行情况，摸索该水厂长期运行的工况，并进一步分析工程规模中的“零污染”工况。总结出在实际生产中采用的通量基本处于30~35L/(m2·h)的范围内，可保持超滤不必进行化学清洗。对浸没式超滤膜采用重力驱动低操作压力的方法，利用生物作用改善滤饼层结构，使它同污染物沉淀、不可逆污染引起的膜阻力增加保持平衡，出水通量因此达到稳定。用该方法处理生活饮用水操作方法简便，价格低廉，出水稳定，出水水质优良（尤其是可有效去除传统超滤工艺不擅长的有机物部分）。这是借鉴著名水处理专家Pronk2010年以来在water research上发表的系列文章，将其应用于我国黄河中下游水质，在我国尚属首次。试验初始运行五天内，膜通量由20~25L/m2· h迅速下降到10L/m2· h以内，运行五天后，膜通量保持较为稳定的状态，而后通量保持在6~7L/m2· h。对浸没式超滤膜在传统粉末活性炭超滤膜预处理的基础上，企图研究粉末活性炭投加点对膜前水质的影响，优化膜前预处理操作工艺，达到减缓膜污染、提高“零污染通量”的目的。首先烧杯试验确定粉末活性炭和聚合氯化铝的投加量，采用常规膜前预处理在原水混凝阶段投加粉末活性炭，考察不同投加点对于整体工艺和净水效能的影响。研究表明，当粉末活性炭投加量在4mg/L,投加点在第二级机械搅拌絮凝池的工况下，具有较好的效果，其中对CODMn，UV254的去除率分别达到29.8%和51.2%以上。对缓解膜污染、延长超滤膜使用周期也有很好的促进作用。对内压式超滤膜采用错流的控制方法。对比了不同水质条件下，恒压与恒流两种操作方法在不同跨膜压差、错流速度下的通量及水质情况。恒压操作下滤饼层会在错流的剪切力作用下逐步达到稳态或拟稳态，出水通量最终达到稳定；恒流操作下，若出水通量在相应错流速度对应的临界通量以下，跨膜压差会呈现几乎不增长的趋势。试验以滤饼层颗粒力矩平衡为切入点建立数学模型，证明错流临界通量的存在，得出临界通量、错流速度和颗粒粒径之间的关系。试验得出在0.1MPa恒压条件下，沉后水错流速度为0.1m/s、0.4m/s、0.7m/s，错流的稳定通量分别为5、9、13L/m2· h；试验得出在0.05MPa恒压条件下，错流速度为0.1m/s、0.4m/s、0.7m/s时的稳定通量分别为6、11、15L/m2· h。

全文目录

摘要  9-11
Abstract  11-14
第1章绪论  14-32
  1.1 饮用水处理技术的历史发展  14-15
  1.2 超滤膜原理与存在的问题  15-17
    1.2.1 超滤膜原理  15
    1.2.2 超滤膜的特点  15-16
    1.2.3 超滤膜在城市给水中的应用典范  16-17
  1.3 膜污染——制约超滤推广的瓶颈  17-21
    1.3.1 超滤膜污染机理  17-18
    1.3.2 常见控制膜污染的方式  18-21
  1.4 临界通量、可持续通量与零污染通量  21-26
    1.4.1 临界通量  21-24
    1.4.2 可持续通量  24-25
    1.4.3 零污染通量  25-26
  1.5 重力驱动下低压差超滤新技术  26-27
  1.6 超滤膜错流技术  27-30
    1.6.1 死端过滤与错流过滤  27
    1.6.2 错流速度和跨膜压差的影响  27-28
    1.6.3 错流过滤研究成果  28-30
  1.7 研究目的、意义和主要内容  30-32
    1.7.1 研究目的、意义  30
    1.7.2 研究主要内容  30-32
第2章试验材料与方法  32-40
  2.1 试验材料  32-36
    2.1.1 试验试剂  32
    2.1.2 浸没式超滤膜试验装置  32-33
    2.1.3 浸没式中试预处理系统  33-34
    2.1.4 内压式超滤膜试验装置  34-36
  2.2 试验用水  36
  2.3 水质检测项目及方法  36-37
    2.3.1 浊度的检测  36
    2.3.2 总有机碳和溶解性有机碳的测定  36
    2.3.3 紫外吸光度的测定  36
    2.3.4 高锰酸钾指数（CODMn）的测定  36-37
    2.3.5 PH 的测定  37
    2.3.6 溶解氧（DO）的测定  37
  2.4 串联膜阻力模型  37-38
  2.5 膜通量的测定  38-40
第3章南郊水厂“零污染”现象探究  40-48
  3.1 前言  40
  3.2 工艺流程及运行工况  40-41
  3.3 短周期内的跨膜压差变化情况（PVC）  41-42
  3.4 长期运行的跨膜压差变化情况（PVC）  42-46
  3.5 小结  46-48
第4章重力驱动低压操作下超滤通量稳定新工艺  48-54
  4.1 前言  48-49
  4.2 重力驱动低压操作下超滤通量稳定新工艺通量变化情况  49-50
  4.3 重力驱动低压操作下超滤膜池溶解氧变化情况  50-51
  4.4 重力驱动低压操作下超滤膜处理水质分析  51-53
  4.5 小结  53-54
第5章 PAC 投加点对零污染通量的影响  54-64
  5.1 前言  54-55
  5.2 烧杯试验  55-56
  5.3 中试试验  56-62
    5.3.1 PAC 投加点对有机物去除效率的影响  56-57
    5.3.2 PAC 投加点对浊度去除效率的影响  57-58
    5.3.3 PAC 投加点对膜污染的影响  58-59
    5.3.4 选取最优粉末活性炭投加点  59-62
  5.4 结论  62-64
第6章通过错流达到“零污染通量”技术机理性研究  64-78
  6.1 内压膜错流污染模型的建立  64-72
    6.1.1 两种经典模型批判  64-65
    6.1.2 模型的建立  65-72
  6.2 小试试验  72-78
    6.2.1 恒压条件下错流与临界通量  72-75
    6.2.2 恒流条件下错流速度与稳定通量  75
    6.2.3 未来研究计划  75-78
结论  78-80
参考文献  80-86
攻读硕士期间发表的学位论文  86-88
致谢  88

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