炭砂滤池—超滤膜联用去除饮用水中污染物的试验研究

论文摘要

水源污染的加剧和饮用水质标准的日益严格,使传统给水处理工艺受到了严峻挑战,因而发展新的微污染水处理技术及设备已成为当务之急。膜分离技术被认为是当今获得优质安全饮用水的重要技术之一,但是由于膜浓差极化及污染的问题,使超滤与其他工艺组合成为一个重要的研究方向,因此本课题研究探讨了以炭砂双层滤料滤池与超滤膜联用的技术可行性及经济合理性,对实际工程的应用具有重要意义。本试验源水采用深圳水库原水,通过对浊度及有机物等分析对预处理工艺（炭砂滤池）选择合适的运行参数,同时对试验装置的出水水质进行长期的监测,通过跨膜压差及单位压力通量分析超滤膜的长期运行情况,并对超滤膜的污染及控制情况进行初步研究。通过试验确定炭砂滤池的炭层及砂层厚分别为0.8m和0.4m,滤速为8m/h。长期的水质监测试验结果表明采用合适的投药量,在保障炭砂双层滤料滤池进水浊度在2.0NTU以下的前提下,炭砂双层滤料滤池可对微污染水中的浊度、颗粒数、藻类、有机物具有良好的去除效果,试验期间出水的浊度低于0.5NTU,颗粒数为10100个/mL之间,对细菌、微生物等截留作用有限,出水细菌总数为100CFU/mL以上,浮游动物为237个/100L,具有一定的潜在风险;炭砂滤池出水经过膜处理后出水浊度在0.02NTU以下,颗粒数为10个/mL以下,出水细菌总数及浮游动物均未检出,同时出水的铁、锰含量远远满足我国水质标准的要求,确保饮用水的安全性。试验期间,超滤膜跨膜压差总体呈缓慢上升趋势,单位压力通量总体呈缓慢下降趋势。在试验装置运行150天后对超滤膜进行化学清洗,跨膜压差基本恢复到新膜的96%以上,单位压力通量能恢复到新膜的95%以上。通过对浸出液及反洗废水中污染物的分析,发现盐酸溶液对金属离子的溶解效果远远好于氢氧化钠和次氯酸钠溶液,并且大多数金属离子沉积在超滤膜的表面;对于有机物TOC的去除效果,氢氧化钠溶液的效果最好;通过对浸出液中藻类及TBC、HPC的数据分析,发现浸出液中藻类及细菌等与过滤周期内反洗水中数目相差不大,但是膜孔径通道内也存在一定的生物污染,通过GC-MS有机物扫描可以看出各个浸出液中有机污染物的类别主要为烷烃、酯类以及芳香烃,并进一步说明氢氧化钠溶液对有机物的较强的去除效果,同时说明超滤膜污染主要为有机物污染及无机盐的沉淀污染,建议对清洗药剂及清洗条件进行进一步的组合优化。本文运用技术经济分析方法对实验装置中膜系统的运行进行技术经济分析。分析结果表明膜处理工艺的运行成本主要集中在动力费用及膜材料的更换上,但是通过计算得知用于在过滤水量上的耗电量远远小于总的耗电量,因此有望于对膜装置其他单元设备进行节能降耗,这样就使膜技术经济分析结果向着更为有利的方向发展。而随着膜工业的不断发展,膜组件价格也将越来越低,膜的使用寿命也会延长,因此膜工艺各项经济学指标将会大大降低。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景
• 1.1.1 我国水资源现状及水环境污染情况
• 1.1.2 我国饮用水标准的发展
• 1.1.3 饮用水处理技术发展现状
• 1.2 饮用水的膜分离技术
• 1.2.1 膜技术概况
• 1.2.2 超滤在饮用水处理方面的研究及应用
• 1.3 本课题的研究目的和意义
• 1.4 本课题的主要研究内容
• 第2章 试验装置与试验条件
• 2.1 试验装置工艺流程及设计参数
• 2.1.1 试验装置的工艺流程
• 2.1.2 炭砂滤池
• 2.1.3 超滤膜
• 2.2 试验条件
• 2.2.1 原水水质
• 2.2.2 检测项目及方法
• 第3章 炭砂滤池工艺参数的确定
• 3.1 引言
• 3.2 炭砂滤池滤层厚度的确定
• 3.3 炭砂滤池的滤速的确定
• 3.4 本章小结
• 第4章 炭砂滤池与超滤联用的试验研究
• 4.1 藻类的去除效果
• 4.2 浊度和颗粒物的去除效果
• 4.2.1 浊度的去除效果
• 4.2.2 颗粒物的去除效果
• 4.3 有机物的去除效果
• Mn的去除效果'>4.3.1 COD_Mn的去除效果
• 254的去除效果'>4.3.2 UV₂₅₄的去除效果
• 4.3.3 TOC的去除效果
• 4.4 微生物的去除效果
• 4.4.1 TBC的去除效果
• 4.4.2 HPC的去除效果
• 4.5 浮游动物的去除效果
• 4.6 铁、锰的去除效果
• 4.7 本章小结
• 第5章 超滤膜的运行与清洗研究
• 5.1 超滤膜的运行分析
• 5.1.1 膜系统的操作方式
• 5.1.2 膜运行性能指标
• 5.2 超滤的膜污染控制
• 5.2.1 膜污染现象及污染类型
• 5.2.2 膜污染的控制
• 5.2.3 膜污染的物理清洗试验研究
• 5.2.4 膜污染的化学清洗试验研究
• 5.2.5 超滤膜污染分析
• 5.3 超滤膜技术经济分析
• 5.3.1 投资费用
• 5.3.2 运行费用
• 5.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢