混凝-微滤处理微污染原水工艺优化及膜污染的研究
混凝-PAC吸附-微滤工艺处理膜反洗水及膜污染的研究的开题报告

混凝-PAC吸附-微滤工艺处理膜反洗水及膜污染的研究的
开题报告
一、研究背景和意义
膜技术是一种高效、环保的水处理工艺,但是膜工艺在长时间的运行中,难以避免产生膜污染问题,其中反洗水是产生膜污染的重要因素之一。
反洗水含有较高浓度的污染物,直接排放会对环境造成污染,同时也会影响膜的使用寿命。
因此,研究反洗水的处理方法,对于实现膜工艺的可持续发展具有重要意义。
二、研究目的和内容
本研究旨在探索一种新型的反洗水处理方案,即混凝-PAC吸附-微滤工艺处理膜反洗水及膜污染。
具体研究内容如下:
1.探究混凝、PAC吸附和微滤等工艺在膜反洗水处理中的适用性和效果,并进行单独和联合处理实验。
2.研究不同混凝剂、PAC吸附剂和微滤膜的最佳组合条件,以达到处理效果的最优化。
3.研究处理过程中的关键参数(如pH值、溶液浓度、操作时间等)对处理效果的影响,确定最佳操作条件。
4.对处理后的反洗水进行水质分析,评估处理后水质是否能够达到排放标准,同时对处理前后的膜进行对比分析,评估处理对膜的恢复效果。
三、论文结构及预期成果
本论文将包括以下章节:绪论、文献综述、理论分析、实验研究、结果分析和结论。
预期成果包括:
1.深入了解新型的反洗水处理方案,并探究其处理效果和影响因素。
2.探索处理方案的最佳组合条件,为反洗水处理提供指导。
3.通过实验分析,筛选出合适的处理方案,达到降低环境影响、提高膜工艺利用率的目的。
4.提供一种新型的膜反洗水处理方案,为膜技术的可持续发展提供参考。
微污染水源水处理技术研究进展和对策分析

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传统工艺:
1、混凝-沉淀-过滤-消毒工艺:该工艺是一种常用的饮用水处理工艺,可以 有效去除水中的悬浮物、细菌、病毒、有机物和部分重金属离子。其主要缺点是 处理效果有限,尤其是对溶解性有机物的去除效果不佳。
2、活性炭吸附:活性炭具有很高的吸附性能,可以有效去除水中的有机物、 余氯和异味等。但其吸附容量有限,且需要定期再生。
4、安全保障:应加强微污染水源水处理过程中的安全保障措施。
参考内容
一、引言
随着社会经济的发展和城市化进程的加快,水资源的短缺和水环境的恶化已 成为我国面临的重要问题。在众多水污染源中,微污染水源水是最为普遍和严重 的一种。微污染水源水主要指受到有机物、氨氮、重金属、藻类等污染源影响的 水体,其水质状况不能满足饮用水安全标准。因此,针对微污染水源水的处理技 术成为了当前研究的热点和重点。
三、结论
微污染水处理是当前环境保护领域的重要任务之一。为了有效地解决微污染 水问题,需要采取多种技术方法进行综合治理。在实际应用中,应根据具体情况 选择合适的技术方法或组合方法,以达到最佳的处理效果。还需要加强技术研发 和创新,不断提高微污染水处理的效率和安全性,为保护环境和人类健康做出更 大的贡献。
2、工艺改进:应对现有处理工艺进行改进,提高处理效率、降低成本和减 少二次污染。例如,在活性炭吸附工艺中,可以研发新型活性炭材料,提高吸附 容量和吸附速率;在膜分离技术中,可以研究新型膜材料和膜组件,提高膜过滤 效果和降低成本。
3、成本降低:应通过技术创新和设备改造等方式,降低微污染水源水处理 技术的成本。例如,可以利用新能源和自动化技术改进水处理设备,提高设备效 率和降低运行成本;可以优化水处理工艺流程,减少处理环节和物料消耗等。
微污染水源水是指水中含有少量微生物、有机物、重金属离子等污染物质的 水源。这些污染物质会对人体健康和生态环境造成潜在威胁。微滤和超滤膜技术 作为一种新型的水处理技术,具有高效、节能、环保等优点,在处理微污染水源 水方面具有广阔的应用前景。
电混凝预处理工艺降低膜污染的研究进展

电混凝预处理工艺降低膜污染的研究进展金伟【摘要】简述了铁系和铝系电混凝去除污染物的机理,同时以铝为例从膜的内部污染和外部污染两方面阐述了电混凝控制膜污染的机理,内部污染的减轻主要是氢氧化铝的网捕在膜表面形成的滤饼阻止小颗粒物进入膜内部堵塞膜孔,而外部污染的降低归因于形成的滤饼与膜之间的化学引力小。
铁系和铝系电混凝在控制膜污染方面,铝系优于铁系。
另外,电膜生物反应器作为一种新型的控制膜污染的工艺,膜污染的降低主要归因于在系统中发生的电中和,吸附和电化学氧化反应减少了膜表面的污物。
%Discussed iron-based and aluminum-based electro-coagulation mechanisms for conta-minants removal, and for membrane fouling control in aspect of internal and external fouling. Internal fouling mitigation was mainly due to the aluminum hydroxide formed a cake which captu-red the smaller particles and prevented them from reaching the membrane interior and external fouling mitigation was attributed to aluminum hydroxide can also induce easier removal of the cake by weakening the chemical attraction between the components of the cake and the membrane. Moreover, it was proposed that aluminum-based electro-coagulation was superior to iron-based electro-coagulation in membrane fouling mitigation and future directions of research. And electro-MBR as a new process for membrane fouling control, membrane fouling mitigation was attributed to charge neutralization, adsorption and electro-chemical oxidation for membrane foulants reduction.【期刊名称】《中国环境管理干部学院学报》【年(卷),期】2015(000)006【总页数】5页(P75-78,86)【关键词】电混凝;铁系;铝系;膜污染;电膜生物反应器【作者】金伟【作者单位】中国环境管理干部学院,河北秦皇岛 066102【正文语种】中文【中图分类】X703.1制约膜技术(微滤、超滤、纳滤、反渗透等)应用于给排水处理中最主要的问题就是膜污染问题。
微滤膜法饮用水处理工艺中膜污染控制的研究

微滤膜法饮用水处理工艺中膜污染控制的研究曹晓燕(煤炭工业合肥设计研究院有限责任公司安徽合肥230041)摘要:本文首先阐述了微滤膜法饮用水处理工艺J的优缺点,然后以某水厂的膜污•染控制实验为例,说明了实验流程和试验装置与参数,最后从膜污染的定量分析、混凝预处理对膜污染的控制、两种反冲洗方式对膜比通量的影响和强化通量维护工序这四点对微滤膜法饮用水处理工艺中膜污染的控制进行研究。
关键词:微滤膜法;膜污染控制厂引言随着人类生活水平的提高,人们对饮用水的质量要求也越来越高。
近年来,国家不断的在研究饮用水的处理工艺,也取得了一些成就。
其中膜处理工艺的研究受到了国家以及相关部门的重视,这种处理工艺和传统的饮用水处理工艺相比,有较为明显的优势,但是其中带来的膜污染问题也是成为饮用水处理中的重中之重。
1微滤膜法饮用水处理工艺的优缺点微滤膜法饮用水处理工艺的优势有很多,其中最明显的就是用这种工艺处理后的饮用水水质会比较好,并且其成本低,占地面积小,处理时采取的自动化的形式也可以提高处理效率,节省人力,除此之外,在处理中还可以减少消毒剂的使用,提高卫生效果。
所以凭借着这些优势,微滤膜法饮用水处理工艺得以被广泛的应用在饮用水处理中。
但是微滤膜法也有一定的劣势,因为原水质中含有的悬浮颗粒和无机、有机物质在膜分离的过程中会发生作用,形成部分滤饼层,也有可能会粘附在膜孔内,从而产生一定的膜污染。
这种膜污染问题就是微滤膜法饮用水处理工艺最需要重视和解决的问题,目前通过研究表明,在微滤之前采用混凝工艺控制膜污染是一种有效的形式。
2膜污染控制实验2.1实验流程为了更好的说明混凝工艺控制膜污染的操作过程及效果,这里以某水厂的实验为例。
本实验是使用河流原水进行净化处理,首先用水泵提取一定的河流原水,然后让原水进入自清洗过滤器进行初步过滤,之后在水中加入lOmg/L-20mg/L的聚氯化铝混凝剂后,水会通过管道混合器进入絮凝池。
在经过絮凝池机械的自动搅拌之后,水又能够凭借自身的动力进入膜分离池。
微生物污水处理技术的研究与优化

微生物污水处理技术的研究与优化一、引言污水处理是绿色环保领域的关键课题之一。
在过去的几十年里,研究人员对微生物污水处理技术进行了广泛的研究和改进,以提高处理效率、降低成本和减少对环境的影响。
本文将针对微生物污水处理技术的研究进展与优化进行综述。
二、微生物污水处理技术概述微生物污水处理技术是一种基于微生物代谢活动的生物处理技术,通过微生物的作用,将有机物质降解为无害的物质。
主要的微生物污水处理技术包括活性污泥工艺、生物膜工艺和微生物固定化技术等。
这些技术在污水处理厂、工业废水处理和生活污水处理中得到广泛应用。
三、微生物污水处理技术的研究进展1. 微生物选种微生物的种类和数量对处理效果有重要影响。
研究人员通过筛选和培养适合处理目标污水的微生物株系,以提高污水处理的效率和稳定性。
同时,利用分子生物学技术对微生物群落进行分析,对微生物群落结构的变化进行监测和优化。
2. 处理工艺优化微生物污水处理工艺的优化是提高处理效率和减少能耗的关键。
一种常见的优化方法是控制水力停留时间和污泥浓度。
此外,还可以通过调整进水的营养物浓度、溶解氧浓度和pH值等环境参数,提高微生物降解效率。
3. 微生物降解机理研究了解微生物降解有机物的细胞过程和代谢途径,对于优化微生物污水处理技术至关重要。
研究人员通过分子生物学技术、同位素示踪技术和代谢组学等方法,揭示了微生物降解有机物的基本机理,并在此基础上进行技术优化。
四、微生物污水处理技术的优化1. 优化微生物降解途径根据污水的特性和处理要求,选择适当的微生物降解途径。
通过调整进水条件、添加副碳源和调节氧气含量等方式,优化微生物的降解途径,提高污水处理效率。
2. 提高微生物生长条件为了增加微生物的生长速率和降解能力,可以采取措施改善微生物的生长环境。
比如调整温度、pH值,提供充足的营养物质和氧气,以增加微生物的生物量和活性。
3. 微生物种群的控制与调节通过控制微生物群落的结构和数量,优化微生物污水处理系统的稳定性和抗冲击负荷能力。
微污染水处理工艺探析

微污染水处理工艺探析微污染水是指受到有机物污染, 部分水质指标超过《地表水环境质量标准》( GB3838-2002) Ⅲ类水体标准的水体。
微污染水一般是由于工业、农业和生活等方面产生的污水未经适当处理,直接排入供水水源导致的, 其成分主要包括有机物(天然有机物(NOM)和人工合成有机物(SOC))、氨(水体中常以有机氮、氨、亚硝酸盐和硝酸盐形式存在)、嗅味、三致物质、铁锰等。
微污染水主要包括石油烃、挥发酚、氯氮、农药、COD、重金属、砷、氰化物等,这些污染物种类较多,性质较复杂,但浓度比较低微,尤其是那些难于降解、易于生物积累和具有三致作用的优先控制有毒有机污染物,对人体健康毒害很大。
这些有害污染物,常规水处理工艺(混凝→沉淀→过滤→消毒)不能有效去除微污染水源水中的有机物、氨氮等污染物,同时液氯很容易与原水中的腐殖质结合产生消毒副产物(DBPs),直接威胁饮用者的身体健康,无法满足人们对饮用水安全性的需要。
随着工业的迅速发展, 微污染水源水污染日益严重,有害物质逐年增多, 尤其是近年来水源水体的富营养化现象不断加重, 水体中有机物种类和数量激增以及藻类大量繁殖, 现有常规处理工艺已不能有效保证水厂出水中有机物的去除效果, 无法满足人们对饮用水安全性的需要;同时, 随着水质分析技术的不断提高, 我国《生活饮用水水质指标》标准逐步提高。
但是在当前水资源严重短缺的形势下,微污染水源水仍将是重要水源,根据微污染水的水质特点及供水水质的要求, 选择适合我国国情的微污染水源水处理技术方案已经引起了人们的高度重视。
许多学者提出了各种微污染水源水的给水处理工艺,主要包括强化常规处理、预处理和深度处理技术。
一、强化常规处理根据目前的原水水质状况,改进和强化传统净水工艺是改善出厂水水质最经济最有效的手段。
对传统净化工艺进行改造、强化.可以降低出水浊度,提高有机物的去除率,全面提高水质。
强化常规处理不仅可以降低出水浊度,同时也降低了出厂水中的细菌、大肠菌、病毒、贾第鞭毛虫、隐孢子虫、铁、锰等的浓度,使形成氯消毒副产物的母体——挥发性有机物、致突变活性有机物也有所降低。
混凝-PAC-超滤膜工艺处理微污染原水的试验研究

Ab t a t T e p o e so o g l t n h l w f r l a' r t n i tg a e t a t l ci ec r o a mo e tr i i s r c : h r c s f a u ai - ol b eu t f t i n e r td c o o i rd ao l p r ce a t a b n c n r l i v e v u b d t y a d o g i t r n mi r - o lt d wae f c iey nl u b dt ft i c mb n m r n e c o S e l e tw s n r a c mat s i co p l e tr e e t l. n e u v e t r i i o s o ie me y h d b a e ra tr f u n a a w y t b l e n 03 0 NT d t e r mo  ̄ rt s o a d T e s e t ey a o t 6 % a d 4 % atr t e l a ss iz o .5 U a e v a id n h a e fUV n OC w r r p c v l b u O n O e e i f e h
混凝一 A 一 P C 超滤 膜工艺处理微污 染原 水 的试验研 究
孙 易兰, 邓 慧萍 , 李涵婷
( 同济 大学 环 境 科 学 与 工程 学 院, 上 海 209) 0 0 2
摘 要 : 混凝 、 末 活性 炭 ( A ) 超 滤 膜 联 用 对 微 污 染原 水 中的 浊 度 、 机 物 等 有 很 高 的 去 除 率 。经过 50 mn 粉 P C与 有 5 i
微絮凝过滤、臭氧消毒工艺处理微污染水库水

微絮凝过滤、O3消毒工艺处理微污染水库水 T市城市生活饮用水源为一山涧水库水,由于长期自然沉降,浊度很低,1995年—1997年的平均浊度在10 NTU左右,尤其是每年10月份至次年3月份期间,浊度<5.0 NTU。
近些年来,由于旅游业发展和水库养鱼大量增加,造成水库水受到一定程度的污染。
当光照充足时,藻类大量繁殖,每年4月—9月间,藻类个数高达(5.0~7.0)×107个/mL。
为了保证该市水厂传统混凝、沉淀、过滤净水工艺的正常运行,需要在源头投氯杀藻,结果造成大量卤代烃生成。
研究发现[1],在低浊源水处理中,采用微絮凝直接过滤工艺可取得良好的效果。
O3作为一种强氧化剂,用作消毒剂进行消毒可降低投氯量,减少出厂水中卤代烃含量。
现将微絮凝直接过滤、O3消毒工艺处理4月—9月间高藻期水库水的试验结果总结于后。
1 试验方法与材料1.1 分析测试方法分析测试方法如表1所示。
NH3-N纳氏试剂光度法三氯甲烷顶空气相色谱法四氯化碳顶空气相色谱法细菌总数琼脂培养计数法总大肠菌群多管发酵法1.2 工艺流程根据水库水浊度低的特征,采用以微絮凝直接过滤和O3消毒为核心的处理工艺,其流程如图1所示。
1.3 设备及工艺参数滤池:为了减少将来工程改造量和使试验结果具有可比性,采用石英砂滤池,除了滤池直径缩小为185 mm外,其他操作参数与该厂现有的滤池一样,即内填700 mm厚的粒径d=0.5~1.2 mm石英砂颗粒滤料,滤速为8 m/h,过滤周期为12 h,反冲期历时3.0 min,滤料的膨胀率为45%。
混凝剂为PAC,该厂原工艺投加4.31 mg/L,微絮凝直接过滤、O3消毒试验工艺投加1.01 mg/L。
O3接触塔:内径d =100 mm,H=900 mm,利用氧气产生O3。
2 试验结果与讨论2.1 微絮凝直接过滤工艺对照试验结果表明,在进水水质完全相同条件下,微絮凝直接过滤工艺出水平均浊度为0.59 NTU,该厂传统工艺出水平均浊度为0.68 NTU,说明微絮凝直接过滤工艺具有强化接触凝聚效果,提高了过滤截污能力。
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混凝-微滤处理微污染原水工艺优化及膜污染的研究张燕1,王捷1,2,张宏伟2,吴云3(1.天津工业大学材料科学与化学工程学院,天津300160;2.天津工业大学中空纤维膜材料与膜过程教育部重点试验室,天津300160;3.天津大学环境科学与工程学院,天津300072)摘要:利用混凝-微滤联用工艺处理微污染原水,并对工艺运行的关键参数及膜污染的控制方法进行了优化分析.首先在考察混凝最佳工况参数的基础上,确定联用工艺中的关键参数为混合溶液的pH 值及混凝剂的投加量,而混凝时间对工艺运行影响不大.混凝-微滤联用的试验表明:二者组合能有效延缓膜污染;在过滤方式上,直接过滤混凝原液在膜污染的控制上效果优于过滤混凝上清液;通过对两种混凝剂在联用工艺中的处理效果和减缓膜污染能力的比较发现,氯化铁对微污染原水的净化效果要远远优于聚合氯化铝(PAC ),而聚合氯化铝延缓膜污染能力较强.通过评价清洗后通量恢复水平对膜面污染物进行了分析,结果表明:膜污染中70%~80%由泥饼层引起,有机污染物和微生物的比例约占20%~25%,无机污染物仅占5%~8%,因此使用混凝-微滤工艺处理微污染原水时,适时地采用物理清洗即可达到较理想的膜清洗效果.关键词:混凝;膜过滤;微污染原水;膜污染;膜清洗中图分类号:IS102.54;X703.1文献标识码:A文章编号:1671-024X (2009)01-0010-06Study on optimization of coagulation-microfiltration combination process ofmicro-polluted water and membrane foulingZHANG Yan 1,WANG Jie 1,2,ZHANG Hong-wei 2,WU Yun 3(1.School of Material Science and Chemical Engineering ,Tianjin Polytechnic University ,Tianjin 300160,China ;2.Key Laboratory of Hollow Fiber of Membrane Material and Membrane Process of Ministry of Education ,Tianjin Poly ⁃technic University ,Tianjin 300160,China ;3.School of Environmental Science and Engineering ,Tianjing University ,Tianjin 300072,China )Abstract :The coagulation-microfiltration (MF )combination process of treating micro-polluted water was studied.Theeffect of coagulation parameters such as dosage ,pH and time were discussed and the results demonstrated that dosage and pH were the critical parameters ,while time was not.The coagulation -microfiltrationcombination process could mitigate membrane paring two filtration methods ,it was observed that filtration of coagulation floc suspention was better than filtration of supernatant.The effect of different coagulants on the removal of organics and mitigation membrane fouling in coagulation -microfiltration combination process were also studied.Ferric chloride and polyaluminium chloride (PAC )were used as coagulants.The results suggested that ferric chloride was slightly superior for micro -polluted water on the basis of COD Mn and UV 254removal ,while PAC was slightly superior on mitigating membrane fouling.By evaluating the recovery effect of the membrane permeability ,characteristics of membrane fouling and its cleaning in a coagulation -microfiltration combination process were studied.The results showed that the membrane fouling caused by cake layer ,microorganism and organic pollutants and inorganic pollutants accounted for 70%-80%,20%-25%,5%-8%,respectively.The coagulation -microfiltration combinationprocess of micro-polluted water with tap water flushing could restore the membrane permeability effectively.Key words :coagulation ;membrane filtration ;micro-polluted water ;membrane fouling ;membrane cleaning收稿日期:2008-09-05作者简介:张燕(1983—),女,硕士研究生;张宏伟(1956—),男,教授,导师.E-mail :Zhanghw@基金项目:天津市科技创新专项资金项目(06FZZDSH00900);天津市高等学校科技发展基金计划项目(20070712);科技部973计划前期研究专项(2008CB417202)第28卷第1期2009年2月天津工业大学学报JOURNAL OF TIANJIN POLYTECHNIC UNIVERSITYVol.28No.1February 2009第1期随着天然水体日益被污染,水源水质越来越差,水中的有机物和氨氮的去除逐渐成为给水处理研究的重点.微污染物主要包括[1]有机物、氮、嗅味、三致物质、铁、锰等.这些污染物种类较多,性质较复杂,虽然浓度比较低微,但是对人体健康毒害很大.传统的净水工艺(混凝一沉淀一过滤一消毒)已经不能有效去除水中这些微污染物.由于我国目前无法在较短时间内控制水源污染、改变水源水质的现状,因而不得不采用新的处理方法来保证饮用水的安全.膜分离特别是超滤膜(UF )和微滤膜(MF )被认为是替代传统的自来水处理工艺的最佳技术选择[2],而目前已有将膜过滤手段应用至微污染水源的尝试.膜应用存在的一个突出问题是通量衰减,在膜分离前投加混凝剂可改变过滤对象的粒径分布状况、降低膜过滤阻力、提高透水通量已为一些研究所证实[3-9].在混凝工艺基础上引入膜过滤的手段,水质较比传统混凝-过滤技术有着明显的提高.而应对膜通量衰减问题的实质就是如何认识和控制膜污染,所以如何通过协调混凝-膜过滤工艺各控制参数来实现延缓膜污染和维持水通量即成为这项技术的核心内容.虽然现阶段的研究对混凝-膜过滤处理微污染原水的理论及机理均有涉及,但其实用性不强是一突出问题.因此本试验着重对混凝-微滤联用工艺处理湖泊微污染原水进行优化,比较了不同种类混凝剂在联用工艺中的净水效果和对膜污染的发展特点,并对混凝-微滤试验中影响膜污染状况的主要因素进行了分析,以期为大规模的工程应用提供参考.1试验装置和方法1.1原水水质试验采用某高校景观湖泊水,由于周边生活污水的排入,受到一定程度的污染,原水水质见表1.1.2试验装置及方法试验所用膜组件自制,膜面积为5.52×10-2m 2;微滤膜材料为聚偏氟乙烯(PVDF )中空纤维膜,其内径为0.6mm ,外径为1mm ,膜孔平均孔径为0.22μm ,由天津工业大学膜天膜科技有限公司提供.试验装置如图1所示.混凝反应器中膜组件采用外压式过滤,可连续运行并能够进行人工反洗,出水进入出水循环水箱.试验中进行膜清水通量评价时采用经截留相对分子质量为20000的超滤膜过滤的自来水.混凝剂采用氯化铁(10%)和聚合氯化铝(PAC )(5%),分别配制成不同浓度的溶液在混凝反应器中进行过滤,用U 型压力计测定跨膜压差(TMP ).试验中分为3种过滤工况,分别为湖水直接过滤(L 0)、混凝上清液过滤(L 1)、混凝原液过滤(L 2).混凝上清液(L 1)过滤:采用多联混凝搅拌器快速搅拌1min ,慢速搅拌10min ,沉淀30min 后取其上清液置入混凝反应器中低速搅拌过滤.混凝原液(L 2)过滤:混凝剂直接投加至混凝反应器中搅拌30min ,然后低速搅拌过滤.1.3水质分析方法浊度采用Hach2100N 浊度仪(美国Hach 公司)测定;UV 254采用UV 755B 紫外分光光度计(上海第三分析仪器厂)测定;pH 采用雷磁pHs-25测定.2结果及讨论2.1混凝最佳工况参数的选择混凝工艺的合理控制无疑是保障混凝-膜过滤工艺稳定运行的关键,因此首先以混凝后水的浊度值为评价指标分别对可能影响混凝效果的因素进行了考察,包括混凝剂投加量、混凝时间和pH 值.图2和图3为浊度去除结果.由图2、图3可以看出,无论是哪种混凝剂,混凝10min 、30min 和60min 后的浊度值差别不大,可见混凝时间对处理水浊度的影响不明显,絮体的形成和项目水质范围平均值浊度/NTU 1.67~2.23 1.92pH 值7.92~8.358.14UV 254/cm -10.114~0.1880.173COD Mn /(mg ·L -1)4.75~8.62 6.25水温/℃15.00~20.2017.90表1原水水质指标Tab.1Raw water quality parameters图1试验流程图Fig.1Schematic diagram of apparatus出水流量计反洗流量计隔膜泵出水循环水箱膜组件搅拌混凝反应器U 型压力计张燕,等:混凝-微滤处理微污染原水工艺优化及膜污染的研究11——第28卷天津工业大学学报水体中微小颗粒物的去除基本不随混凝时间的延长而发生变化.浊度值在混凝剂浓度较低时起伏很大,随着混凝剂浓度的增大起伏减缓.2种混凝剂均随着投加量增加,浊度值急剧降低,这表明增加混凝剂投加量能有效地去除原水中的浊度.由图2、图3还可以看出,氯化铁的最佳投加浓度为75mg/L ;PAC 最佳投加浓度为55mg/L ,浊度值分别为0.554NTU 、0.58NTU.从浊度值来看,氯化铁处理效果较好.调节pH 值为7.0左右后,低于原水的pH 值.图4和图5为调节pH 值后的去浊效果.由图4、图5可见,调节pH 值后,浊度的去除比较稳定,说明pH 值的变化对混凝效果有较大影响,pH 值越低对浊度的去除效果越好.有研究表明,改变pH 值能有效提高有机物的去除效果[10].尽管增加混凝剂投加量和改变pH 值都能有效地去除有机物,但决定强化混凝效果的主要因素是pH 值,因此在之后的试验当中均调节pH 值在7左右.由上述的试验及分析可以看出,混凝剂的投加量和pH 值对混凝效果均有较大影响,而混凝时间对其影响不大.2.2微滤膜过滤湖水、混凝上清液和混凝原液的比较图6和图7分别为氯化铁混凝、PAC 混凝的不同过滤方式对TMP 的影响.在图6、图7中混凝剂分别为氯化铁和PAC ,浓度均为75mg/L.从图6中可以看图2氯化铁投加量对浊度去除的效果Fig.2Effect of ferric chloride on removal of turbidity3.02.52.01.51.00.50.00混凝浓度/(mg ·L -1)10060402080混凝10min 图3PAC 投加量对浊度去除的效果Fig.3Effect of PAC on removal of turbidity混凝30min 混凝60min3.02.52.01.51.00.50.00混凝浓度/(mg ·L -1)10060402080混凝10min混凝30min 混凝60min图4氯化铁在调节和不调节pH 两种情况下去浊效果比较Fig.4Comparison of effect of whether or not regulating pH on removal of turbidity by ferric chloride2.52.01.51.00.50.00混凝浓度/(mg ·L -1)51015202530354045图5PAC 在调节和不调节pH 两种情况下去浊效果比较Fig.5Comparison of effect of whether or not regulating pH on removal of turbidity by PAC3.02.52.01.51.00.50.00混凝浓度/(mg ·L -1)不调节pH 值51015202530354045调节pH 值不调节pH 值调节pH 值图6不同过滤方式对TMP 的影响(氯化铁混凝)Fig.6Impact of different filtration methods on TMP (ferric chloride )500004000030000200001000000L 1100200300400500L 2L 0运行时间/min图7不同过滤方式对TMP 的影响(PAC 混凝)Fig.7Impact of different filtration methods on TMP (PAC )500004000030000200001000000运行时间/minL 0100200300400500L 1L 212——第1期出,直接过滤湖水时TMP增长较快,8h之内由0.016 MPa增加到0.048MPa,虽然反洗可恢复一部分通量,但污染发展的趋势仍较快.图7和图6情况类似,直接过滤湖水时TMP增长也较快.由此可见直接过滤湖水很容易造成膜污染.从图6、图7中还可以看出,投加了相同剂量的混凝剂后,过滤混凝上清液和过滤混凝原液TMP都比较低且增长速率都很缓慢,说明混凝-微滤联用工艺能较好地控制膜污染.过滤混凝上清液TMP基本维持在较低的水平,一直处于平稳缓慢增长;而直接过滤混凝原液效果更好,TMP在8h内变化不明显,而且反洗效果也好于过滤上清液,说明过滤混凝原液能更有效地减缓膜污染.董秉直等[11]认为:混凝能否有效地防止膜污染,取决于膜表面的滤饼层.过滤上清液时,膜表面的滤饼层主要由中性亲水性的小分子有机物构成,它能够紧密地粘附在膜的表面,不容易被反冲洗所去除而造成膜污染;过滤混凝液时,膜表面形成的滤饼层能吸附中性亲水性小分子有机物,而且该层能很容易地被反冲洗所洗掉,从而有效地防止了膜污染.J.oh 等[12]通过试验,从机理上阐明过滤混凝原液的作用.他们发现,当胶体表面的ζ电位接近零时,膜过滤阻力最低.由此可以认为,混凝在膜表面形成滤饼层,当小于膜孔径的污染物通过膜时,由于它们之间的排斥力很小,容易为滤饼层所截留,从而有效避免了膜污染.过滤混凝原液时混凝产生的矾花没有沉淀去除,过滤时可以黏附在膜表面.有研究表明混凝形成的矾花沉积在膜表面有助于减缓膜污染,提高膜过滤通量[13],因为过滤上清液时,水中的小分子有机物直接进入膜孔,而过滤混凝原液时,小分子有机物吸附到矾花上,而不是直接堵塞膜孔,而且矾花和膜黏附并不紧密,从而有效地减缓了膜污染.基于以上原因,可以得出结论:与过滤混凝上清液相比,过滤混凝原液能更好地控制膜污染.2.3氯化铁及PAC的混凝-微滤试验2.3.1混凝剂投加量对TMP的影响混凝能有效地去除造成膜污染的相对分子质量较大的有机物,故混凝可以减缓膜污染.图8、图9为混凝剂投加量对TMP的影响,反映了使用不同剂量的氯化铁和PAC进行混凝-膜过滤试验时的TMP变化特点.由图8、图9可见,随着混凝剂浓度的增大,TMP增大的趋势减缓,当氯化铁和PAC投加量分别为125 mg/L、75mg/L时,TMP增长幅度最小.可见混凝减缓膜污染的效果与其投加量有密切的关系,低投加量不利于延缓膜污染,而适当增加投加量有助于延缓缓膜污染.这是因为当混凝剂投加量过小时,会因所形成的絮体过小而堵塞膜孔;而当投加量过大时,粗大密实的絮体则会在膜表面形成致密的泥饼层[14].本试验中,氯化铁的最佳投加量为125mg/L;PAC的最佳投加量为75mg/L.当2种混凝剂的投加量都大于50mg/ L时,微滤膜运行TMP相对较小且增长幅度明显变缓,说明原水预混凝对于控制膜污染的效果明显. 2.3.2混凝剂在联用工艺中对有机物的去除效果研究还分析了不同混凝剂用量时膜组合的出水水质指标,如表2、表3所示.由表2、表3中可以看出,氯化铁作混凝剂时对COD的去除较为理想,始终维持在较高水平,能去除70%~80%,对UV254去除效果次之,大约50%左右,并随着混凝剂浓度的增加略有增加.相对于氯化铁作混凝剂的混凝—微滤试验而言,PAC作混凝剂对COD的去除有所降低,维持在40%左右,UV254去除效果也同样如此,在30%左右.通过上述分析可以看出,氯化铁的净水效果要好于PAC,这与单独混凝试验2种混凝剂处理后的出水效果类似,也是氯化铁的净水效果较好,这可能是因为2种混凝剂的反应机制不同造成的.水解能力越强的离子促进颗粒表面电荷变号越早,颗粒脱稳与凝聚发生得也越早,对污染物的网捕、吸附作用更显著.氯图8氯化铁投加量对TMP的影响Fig.8Impact of ferric chloride dosage on TMP500004000030000200001000000运行时间/min20mg/L10020030040050050mg/L75mg/L100mg/L125mg/L图9PAC投加量对TMP的影响Fig.9Impact of PAC dosage on TMP500004000030000200001000000运行时间/min20mg/L10020030040050035mg/L50mg/L75mg/L90mg/L张燕,等:混凝-微滤处理微污染原水工艺优化及膜污染的研究13——第28卷天津工业大学学报化铁适用的pH 值范围较宽,水解产物密度大,形成的絮凝体比铝盐絮凝体密实,而且水解趋势更大,其水解反应一般不受水温影响,对污染物的吸附效果稳定;而PAC 受pH 值、水温影响相对较大,水解密度小于氯化铁,水解趋势也不如氯化铁.Fe 3+在低于A13+的凝聚pH 值时就开始生成聚合度为2~900的氢氧化物聚合体.因此在处理低浊水时氯化铁的混凝性能比PAC 强,处理效果优于PAC.2.4相同浓度下氯化铁和PAC 在联用工艺中的比较图10中分析了质量浓度为75mg/L 时,采用氯化铁、PAC 与膜联用时TMP 的变化特点.由图10可见,PAC 作混凝剂的试验中TMP 的增幅较缓,在运行开始2h 内TMP 几乎没有变化,可见此时还没有造成密实的滤饼层污染,因而此时反洗的效果并不明显.2h 之后,TMP 开始出现较有规律的变化,但是幅度不大,可见膜污染程度不严重,并且反洗可以起到明显的清洗效果.反洗之后的TMP 甚至比试验开始时还要低,这可能是因为新膜在使用之前膜丝里面存在一些生产处理过程的残留物,使得试验开始时TMP 较大.试验运行一段时间之后,反洗清洗掉这些物质,降低了TMP.相比较而言,氯化铁作混凝剂的混凝-膜过滤试验中,TMP 的增幅较快.在试验开始TMP 就呈现较有规律的起伏变化,反洗作用显著,说明此时的膜污染层比较松散,容易被清洗掉.在试验后期,起伏变化减缓,反洗作用降低,这可能因为膜表面已经形成较为密实的污染层,水力反洗已经不能有效将其去除.通过以上的试验可以看出,PAC 能更好地延缓膜污染.原因可能是混凝条件,如投加量和pH 值的变化会影响矾花的尺寸大小和表面的ξ电位[15],因而对膜过滤阻力有较大影响.适当的投加量能形成较大的矾花,使滤饼层阻力较低;过量或低量的投加形成较小的矾花,使滤饼层阻力较大.当矾花表面的ξ电位与膜表面的电位相同时,滤饼层阻力较低,相异时,滤饼层阻力较大.75mg/L 是PAC 在联用工艺中的最佳投加量,但不是氯化铁的最佳投加量,故氯化铁形成的矾花尺寸较小,表面ξ电位与膜表面电位相异,因此泥饼层阻力较大,膜污染比较严重.2.5膜的清洗及污染物分析研究通过试验还对质量浓度为75mg/L 时氯化铁和PAC 与膜联用膜污染的特点进行了分析.清洗试验包括物理清洗和化学清洗,清洗顺序:高压自来水冲洗→0.5%次氯酸钠浸泡1h →盐酸浸泡30min.各步清洗后,测定清水膜比通量评价清洗效果,以比较各步清洗后膜通透性能的恢复.结果如表4和表5所示.从表4中可以看到,经过高压自来水冲洗后通量恢复率达到70%~80%,洗掉的是泥饼层,说明泥饼层是造成污染的主要因素.这是因为原水中含有较多的悬浮物,在过滤时极易附着在膜表面形成污染层.在化学清洗方法中,次氯酸钠清洗效果更为显著,通量恢复率提升了20%~25%左右,酸洗效果占很小比例,通量恢复率只提升了5%~8%.次氯酸钠可以清除膜表面大部分的微生物和有机污染物,酸洗可以清除大部分的无机污染物.可以肯定,微生物和有机污染较无机污染所占比例更大.清洗之后膜比通量得到较好的恢复,甚至比新膜通透性还要好,这和魏春海等[16]在膜生物反应器清洗时发现的现象类似.由于本研究中一直用的是同一个膜组件,每个浓度试验完成之后都要用次氯酸钠浸泡12h ,膜材料在频繁化学清洗之后表2氯化铁对有机物的去除效果Tab.2Effect of ferric chloride on removal of organic matter表3PAC 对有机物的去除效果Tab.3Effect of PAC on removal of organic matter图10氯化铁和PAC 在联用工艺中的比较Fig.10Comparison of ferric chloride and PAC incoagulation-microfiltration combination process500004000030000200001000000运行时间/min100200300400500氯化铁PAC14——第1期可能发生了变化,从而导致清洗后的比压力通量比新膜还要高.与表4的试验结果类似,表5说明了采用PAC时物理污染仍然是最主要的污染因素,物理清洗效果最好,次氯酸钠次之,酸洗后通量恢复最小.膜比通量清洗之后测定结果也超过新膜.因此可见,在采用混凝-微滤联用工艺处理微污染原水时,膜污染主要为物理污染,对膜采用物理清洗的方法即可获得比较好的恢复效果,而频繁的化学清洗会对膜结构产生影响.3结论(1)考察混凝最佳工况参数表明:混合溶液的pH 值及混凝剂的投加量是联用工艺中的关键参数,而混凝时间对工艺运行影响不大.(2)混凝-微滤联用的试验表明:二者组合能有效延缓膜污染;在过滤方式上,直接过滤混凝原液在膜污染的控制上比过滤混凝上清液更优.通过对氯化铁和PAC2种混凝剂在联用工艺中的处理效果和减缓膜污染能力的比较发现,在最佳投加量分别为125mg/ L、75mg/L下,氯化铁对COD Mn的去除效果>74%,对UV254的去除效果>41%;PAC对COD Mn的去除效果< 45%,对UV254的去除效果<36%.因此氯化铁对原水的净化效果远优于PAC;而在质量浓度为75mg/L下比较2种混凝剂发现PAC能更好地延缓膜污染.(3)膜面污染物分析结果表明:膜污染中70%~ 80%由泥饼层引起,有机污染物和微生物的比例约占20%~25%,无机污染物仅占7%~8%,经过清洗膜比通量超过新膜.因此使用混凝-微滤联用工艺处理微污染原水时,膜污染主要为物理污染,对膜采用物理清洗的方法即可获得比较好的恢复效果.参考文献:[1]宁海丽,朱琨.微污染水处理技术研究进展[J].环境科学与管理,2006,31(2):98-100.[2]董秉直,曹达文,范瑾初.膜技术应用于净水处理的研究和现状[J].给水排水,1999,25(1):28-31.[3]董秉直,曹达文,范瑾初,等.UF膜与混凝粉末活性炭联用处理微污染原水[J].环境科学,2001,22(1):37-40. 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