操作条件及运行模式对超滤水处理过程的影响研究

论文摘要

膜处理技术被称为“21世纪的水处理技术”。在出水水质基本得以确保的基础上，稳定持久的透水性能已成为研究的中心课题。其中，核心问题是运行过程中的膜污染控制。只有有效地控制膜的污染，才能降低膜分离技术的运行管理成本，实现膜分离技术的广泛普及。本文从操作条件及运行模式角度入手，主要考察了回收率、反冲洗周期、反冲洗压力、清洗方式等操作条件及恒压和恒流运行模式对中空纤维超滤膜组件水处理过程的影响，并采用膜结构参数模型对相应超滤过程进行了评价和分析，得出了影响膜结构参数变化的主要操作条件，优化了超滤过程的运行条件。得出的主要结论有：（1）原水经聚砜超滤膜（切割分子量为100kDa）处理后，主要是对大于100kDa的物质进行去除，占总去除量的80％。同时研究发现，处理过程中膜污染主要以膜表面污染为主。（2）最佳在线水力清洗方式为“反冲洗90s+快洗30s”。单独使用反冲洗或表面快洗的清洗效果都不如采用联合清洗方式效果好；反冲洗前的快洗操作基本没有清洗效果，而反冲洗后再加快洗则可以得到较好的清洗效果。在最佳水力清洗条件下，发现清洗周期对缓解膜污染有重要的影响，尤其是在膜过滤后期。增加反冲洗压力和缩短清洗周期均可起到减缓膜压差增加、抑制膜污染的作用。（3）恢复膜通量的最佳方法为采用表面清洗方式，化学药剂联合清洗，最后再经水力反冲洗和表面冲洗，膜通量恢复可达到98.8％。（4）通过不同运行模式对超滤过程膜阻力的影响试验，发现恒流过滤模式下膜过滤阻力的增加总体上要小于恒压过滤模式。也就是说，在膜过滤过程中，最好采用恒流模式进行过滤，可最大程度减轻膜污染，提高膜的过滤能力。（5）采用膜结构参数模型对不同运行模式和操作条件的超滤过程进行了模型模拟，发现该模型能较好地模拟恒压和恒流超滤过程。超滤过程中膜平均孔径变化系数和膜孔密度变化系数的拟合结果进一步表明，超滤过程中最佳水力清洗方式为“反冲洗90s+快洗30s”；而在恒流超滤过程中，增加反冲洗压力和缩短清洗周期均可起到减缓膜压差增加、抑制膜污染的作用。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 我国水污染状况
• 1.2 水处理技术现状
• 1.2.1 常规水处理工艺
• 1.2.2 预处理技术
• 1.2.3 深度水处理技术
• 1.3 超滤水处理技术
• 1.3.1 概述
• 1.3.2 超滤原理
• 1.3.3 超滤过程中浓差极化和膜污染
• 1.3.4 超滤膜过滤模型
• 1.3.5 膜污染的防治措施
• 1.4 本课题的意义及主要研究内容
• 1.4.1 本课题的意义
• 1.4.2 本课题的主要研究内容
• 1.4.3 课题来源
• 2 试验设计
• 2.1 试验用水
• 2.2 试验用膜材料和组件
• 2.3 试验装置及控制系统
• 2.3.1 试验装置及工艺流程
• 2.3.2 试验装置自动控制系统
• 2.4 分析方法及测试仪器
• 2.5 试验数据处理方法
• 3 清洗对超滤水处理过程的影响
• 3.1 在线清洗对膜过滤过程的影响
• 3.1.1 最佳在线水力清洗方式的确定及其参数优化
• 3.1.2 最佳在线化学清洗方式的确定
• 3.1.3 最佳在线清洗方式的确定
• 3.2 离线化学清洗对膜通量恢复的研究
• 3.2.1 最佳离线化学清洗方式的确定
• 3.2.2 清洗剂对清洗效果的影响
• 3.3 本章小结
• 4 不同运行模式下操作条件对膜过滤过程的影响
• 4.1 恒压过滤模式下操作条件对膜过滤过程的影响
• 4.1.1 不同操作条件下超滤对污染物去除效果
• 4.1.2 回收率对膜过滤过程的影响
• 4.2 恒流过滤模式下操作条件对膜过滤过程的影响
• 4.2.1 不同操作条件下超滤对污染物去除效果
• 4.2.2 滤膜前后分子量分布变化
• 4.2.3 回收率对膜过滤过程的影响
• 4.2.4 清洗周期对过滤过程的影响
• 4.3 过滤模式比较
• 4.3.1 不同模式下膜阻力变化比较
• 4.3.2 不同模式下化学清洗恢复膜通量效果比较
• 4.4 本章小结
• 5 用膜结构参数模型评价操作条件对膜过滤过程的影响
• 5.1 膜结构参数模型简介
• 5.2 恒压模式下用模型评价操作条件对膜过滤过程的影响
• 1和a₂确定'>5.2.1 模型参数a₁和a₂确定
• 5.2.2 模型的拟合
• 5.2.3 膜污染的分析
• 5.3 恒流模式下用模型评价操作条件对膜过滤过程的影响
• 1和a₂值的确定'>5.3.1 模型参数a₁和a₂值的确定
• 5.3.2 模型的拟合
• 5.3.3 膜污染的分析
• 5.4 本章小结
• 6 结论
• 致谢
• 参考文献