粉末活性炭和超滤膜组合工艺深度处理上海水源水研究

论文摘要

随着给水水源日益受到污染，传统的常规工艺已难以满足日益严格的饮用水水质标准，寻求新的饮用水处理工艺已成为给水领域最重要的研究课题。膜材料工业的发展以及超滤因其对浑浊度、病毒等颗粒物有良好的去除效果而日益受到关注。超滤膜被誉为21世纪的水处理技术，是替代传统的饮用水处理工艺的最佳选择之一。由于超滤膜的截留分子量较大，去除原水中的溶解性有机物的效果较低。为了提高膜处理去除有机物的效果，超滤膜可与混凝或粉末活性炭联用。投加粉末活性炭对提高有机物的去除率；粉末活性炭对膜过滤的阻力和通量等的影响是研究的重点。本论文分别以上海市两大饮用水水源黄浦江和长江原水作为试验用水，研究常规工艺、粉末活性炭和超滤膜组合联用工艺的净水效果，膜通量的变化规律。并考察了PAC-UF工艺对典型内分泌干扰物一阿特拉津的去除效果。通过小试和中试试验研究，得到了有益的结论。对于黄浦江原水，在不投加PAC的条件下，超滤膜对原水中的CODMn、UV254和TOC的去除率分别仅为6.33％、4.1％和8.0％。投加PAC能够有效地去除水中的有机物，去除率随投加量的增加而提高，且存在一定的线性关系。在PAC投加量为22.0mg／L时，PAC-UF组合工艺对CODMn和UV254的去除率分别为64.91％和49.27％。组合工艺出水中的浑浊度均低于0.15NTU。在PAC投加量为20mg／L时，该组合工艺能够使出水的致突变性明显降低。研究首次发现，用该组合工艺处理黄浦江原水，在PAC投加量较低（小于10mg／L）的条件下，投加量的增加，膜通量没有明显的衰减，但当PAC投加量高于20mg／L时，PAC会对膜造成严重污染，吸附阻力增加，膜通量迅速衰减。因此，为保证出水水质和超滤膜的稳定运行，黄浦江原水必须强化前处理，降低水中溶解性有机物的浓度后才能采用此组合工艺。论文首次采用PAC和超滤膜组合联用工艺去除水中典型农药类内分泌干扰物一阿特拉津，试验研究了该组合工艺的去除效果、机理和影响因素等。小试研究发现，PAC和UF联合使用对阿特拉津有明显地去除效果，在PAC投加量为20.0mg／L时，对阿特拉津的去除率为44.0％。水体中有机物的种类对水中阿特拉津的去除效果有一定的影响。组合工艺中试系统对典型农药类内分泌干扰物—阿特拉津有明显的去除效果。首次采用上流式脉冲澄清池（UCR）作为PAC和超滤膜组合联用工艺的前处理，并通过改变UCR的运行工况和粉末活性炭投加点，优化了该组合工艺的处理效果，保证了超滤膜系统的稳定运行，为超滤膜应用于自来水厂的深度处理提供了设计和运行参数。针对长江水源水，在UCR前和超滤膜前分别投加5.0mg／L的PAC，并将超滤膜反冲洗出水中的PAC回流，UCR上升流速为4.0m／h，砂滤滤速为8.0m／h的条件下，系统处理效果最好，整个系统对CODMn、UV254的去除率分别为67.04％和70.75％。研究中还发现，当砂滤反冲洗时，砂滤出水的浑浊度会有所增加，在投加PAC时，浑浊度的增加有助于防止超滤膜的污染。将常规处理和PAC—UF组合联用工艺用于以长江水为水源的吴淞水厂进行试验研究，结果表明，该工艺能够有效地保证出水水质，且超滤膜的过滤特性稳定。出水中有机物浓度随PAC投加量的增加而降低，且对超滤膜的污染不明显。值得注意的是，由于长江原水中的有机物浓度比较低，当PAC投加量大于10.0mg／L时，虽然PAC投加量的增加使CODMn、UV254和DOC的去除率有所增加，但净去除量增加较少，因此对于长江原水，采用该组合工艺的PAC最佳投加量为10.0mg／L。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 饮用水处理技术
• 1.1.1 饮用水常规处理技术
• 1.1.2 饮用水深度处理技术
• 1.2 膜分离技术在饮用水处理中的应用
• 1.2.1 膜与膜分离技术
• 1.2.2 几种常用分离设备
• 1.2.3 水处理中常用的膜
• 1.2.4 膜技术应用于饮用水处理存在的问题和发展方向
• 1.2.5 超滤工艺在饮用水处理中的应用研究进展
• 1.2.6 超滤膜污染的研究现状与进展
• 1.3 水源水与饮用水中阿特拉津的研究进展
• 1.3.1 阿特拉津在国外水环境中的分布
• 1.3.2 阿特拉津在国内水环境中的分布
• 1.3.3 饮用水处理工艺对阿特拉津去除研究进展
• 1.4 研究目的和意义
• 1.5 研究内容
• 第2章 试验材料、方法和试验装置
• 2.1 试验材料
• 2.1.1 膜与膜组件
• 2.1.2 超滤膜过滤方式
• 2.2 主要测定项目和分析方法
• 2.2.1 AOC的测定
• 2.2.2 阿特拉津的测定
• 2.3 试验流程及装置
• 2.3.1 黄浦江原水试验流程及装置
• 2.3.2 长江原水试验流程及装置
• 2.3.3 PAC和UF联用去除阿特拉津试验流程与装置图
• 第3章 PAC和UF联合使用处理黄浦江原水试验研究
• 3.1 试验水质
• 3.1.1 黄浦江原水水质
• 3.1.2 黄浦江原水分子量测定
• 3.2 粉末活性炭性能试验
• 3.2.1 粉末活性炭微孔分布的测定
• 3.2.2 粉末活性炭对有机物吸附等温试验
• 3.2.3 粉末活性炭吸附速率试验
• 3.3 PAC和UF联合使用处理黄浦江原水试验结果及分析
• Mn的去除效果'>3.3.1 对COD_Mn的去除效果
• 254的去除效果'>3.3.2 对UV₂₅₄的去除效果
• 3.3.3 在投加PAC的条件下,各处理单元有机物分子量分布变化
• 3.3.4 对浑浊度的去除效果
• 3.3.5 对氨氮的去除效果
• 3.3.6 对铁和锰的去除效果
• 3.3.7 对TOC的去除效果
• 3.3.8 Ames试验
• 3.3.9 对农药类物质的去除
• 3.3.10 对消毒副产物的去除效果
• 3.3.11 其它指标的去除效果
• 3.4 本章小结
• 第4章 PAC和UF联用处理长江原水试验研究
• 4.1 试验水质
• 4.2 PAC和UF联用处理长江原水试验结果及分析
• Mn的去除效果'>4.2.1 对COD_Mn的去除效果
• 4.2.2 对DOC的去除效果
• 254的去除效果'>4.2.3 对UV₂₅₄的去除效果
• 4.2.4 SUVA值的变化
• 4.2.5 对其它水质指标的去除效果
• 4.3 UCR、PAC和UF联用处理长江原水试验结果及分析
• 4.3.1 混凝剂投加量和PAC投加量的确定
• Mn的去除效果'>4.3.2 对COD_Mn的去除效果
• 254的去除效果'>4.3.3 对UV₂₅₄的去除效果
• 4.3.4 对浑浊度的去除效果
• 4.3.5 对金属离子的去除效果
• 4.3.6 对氨氮的去除效果
• 4.3.7 对农药类物质的去除效果
• 4.3.8 对消毒副产物的去除效果
• 4.3.9 对AOC的去除效果
• 4.4 本章小结
• 第5章 UF深度处理地表水膜通量变化与膜污染控制
• 5.1 超滤膜深度处理黄浦江水的膜通量变化与膜污染分析
• 5.1.1 过滤速率对膜通量的影响
• 5.1.2 PAC投加量对膜通量的影响
• 5.1.3 砂滤反冲洗对超滤膜通量的影响
• 5.1.4 黄浦江深度处理中超滤膜的反冲洗方式和方法
• 5.1.5 微污染黄浦江处理可行性分析
• 5.2 超滤膜深度处理长江水的膜通量变化与膜污染分析
• 5.2.1 过滤速率对膜通量的影响
• 5.2.2 PAC投加量对膜通量的影响
• 5.3 强化前处理对超滤膜处理长江原水过滤特性的影响
• 5.3.1 UCR上升流速改变对膜通量的影响
• 5.3.2 无砂滤时膜通量的变化
• 5.3.3 长江试验膜清洗
• 5.4 PAC与超滤膜联用工艺的污染及原因分析
• 5.5 本章小结
• 第6章 PAC-UF组合工艺对阿特拉津去除效果的研究
• 6.1 吸附等温线模型
• 6.2 阿特拉津的吸附等温线
• 6.2.1 不同初始浓度条件下阿特拉津的吸附等温线
• 6.2.2 温度对PAC吸附阿特拉津的影响
• 6.2.3 有机物对PAC吸附阿特拉津的影响
• 6.3 阿特拉津的吸附动力学
• 6.3.1 初始浓度对阿特拉津吸附速率的影响
• 6.3.2 本底溶液对阿特拉津吸附速率的影响
• 6.4 PAC和UF组合工艺对阿特拉津的去除效果
• 6.4.1 超滤膜对阿特拉津的去除效果
• 6.4.2 PAC和UF联合工艺对阿特拉津的去除效果
• 6.7 本章小结
• 第7章 结论与建议
• 7.1 结论
• 7.2 建议
• 参考文献
• 致谢
• 个人简历 在读期间发表的学术论文与研究成果