平板微滤膜技术用于景观水体水质控制的试验研究

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以城市景观水体为主要研究对象,针对水体富营养化问题,研究了不同孔径平板微滤膜对城市景观水的处理效果,最佳运行参数、膜污染特征和清洗方法等。采用阶梯通量法确定了平板微滤膜的临界通量,并对污染物粒径进行了分析;运用中试对平板微滤膜的运行情况进行了分析;采用不同的化学药剂对污染膜进行了清洗,比较了清洗前后膜通量的变化。经过小试和中试,得出以下结论:在不加任何预处理的情况下,0.1、0.2和0.3μm膜对SS、浊度、叶绿素a和藻类有很好的去除效果,去除率都在90%以上,而对TN、TP、氨氮和有机物去除效果不好,去除率在30%以下;三种孔径微滤膜相比较,孔径最小的0.1μm膜对各种污染物的去除效果最好。在处理城市景观水时,0.1μm膜的临界通量为100L/m2·h,0.21μm膜和0.3μm膜的临界通量为120L/m2·h。平板微滤膜处理城市景观水时,几种主要污染物对膜通量的影响顺序为:腐殖酸>藻>悬浮物;根据城市景观水污染物粒径分析,150nm是城市景观水污染物质的一个分界点,城市景观水中污染物质粒径主要集中在150nm以上;在不加任何预处理的情况下,3种孔径膜相比较,0.1μm膜对各种污染物去除效果最好,抗污染能力最强,孔径最小的0.1μm膜更适合用来处理城市景观水。单独使用微滤处理城市景观水,膜污染速率很快,不能稳定运行。絮凝预处理能将小于孔径的小分子凝聚成大分子颗粒物,减少溶解性小分子对膜孔的堵塞,减缓膜污染速率,有利于膜的长期稳定运行。采用絮凝-微滤工艺处理城市景观水时,絮凝药剂为聚合氯化铝,具体运行参数为:药剂投加量为10mg/L,运行方式为间歇运行,运行16min,停曝气4mmin,0.1μm膜运行通量为100L/m2·h,0.2和0.3μm膜运行通量为120L/m2·h;絮凝-微滤工艺对SS、浊度、叶绿素a和藻类有很好的去除效果,同单独使用微滤相比,提高了对TP和有机物的去除效率,TP去除率在90%以上,有机物的去除率提高到55%左右;采用絮凝-微滤工艺处理城市景观水,3种膜对各种污染质的去除效果都很好,而0.3μm膜压差最低,运行通量最大,产水量最大,动力费用最低,增加絮凝预处理时,0.3μm膜更适合用来处理景观水。经过一段时间运行后,平板微滤膜将产生严重的膜污染,必须采用化学药剂清洗,化学药剂为0.5%的NaOH溶液和200mg/L的柠檬酸溶液,清洗周期为一个月。絮凝-微滤工艺处理城市景观水的成本为0.82元/m3,出水水质好,并且水质稳定,适合用来作为小型景观水体的补水和循环水处理设备。
摘要第4-6页
ABSTRACT第6-7页
第1章 绪论第11-27页
    1.1 研究目的和意义第11-12页
    1.2 国内外微滤技术研究与应用现状第12-17页
        1.2.1 国外微滤技术研究与应用现状第12-13页
        1.2.2 国内微滤技术研究与应用现状第13-14页
        1.2.3 微滤的基本原理第14-15页
        1.2.4 微滤运行的临界通量第15-16页
        1.2.5 微滤系统的运行工艺条件第16-17页
    1.3 微滤对景观水体中特征污染物的去除性能第17-18页
        1.3.1 有机物的去除第17页
        1.3.2 藻类和悬浮物的去除第17页
        1.3.3 细菌和病毒去除第17-18页
    1.4 微滤膜通量的影响因素第18-19页
        1.4.1 有机物对膜通量的影响第18-19页
        1.4.2 无机物对膜通量的影响第19页
    1.5 微滤膜污染与控制第19-27页
        1.5.1 膜污染机理第19-20页
        1.5.2 膜污染的分析方法第20-21页
        1.5.3 膜污染的影响因素第21-23页
        1.5.4 膜污染的控制第23-27页
第2章 研究内容和方法第27-35页
    2.1 研究内容第27-28页
    2.2 研究方法第28-29页
        2.2.1 阶梯通量法第28页
        2.2.2 恒压运行第28页
        2.2.3 污染物粒径分析第28页
        2.2.4 膜表面污染分析第28页
        2.2.6 恒通量运行第28-29页
    2.3 试验装置第29-31页
        2.3.1 小试系统第29-30页
        2.3.2 中试系统第30-31页
    2.4 试验材料第31-33页
        2.4.1 膜材料第31页
        2.4.2 试验用水第31-33页
    2.5 分析检测方法第33页
    2.6 研究技术路线第33-35页
第3章 不同孔径平板微滤膜控制景观水体水质的特性研究第35-43页
    3.1 不同孔径平板膜对污染物的去除效果第35页
    3.2 不同孔径平板膜临界通量研究第35-37页
    3.3 过滤不同污染物时通量的变化第37-38页
    3.4 污染物质粒径分析第38-40页
    3.5 膜表面污染分析第40-41页
    3.6 絮凝预处理对平板微滤膜处理景观水的影响第41页
    3.7 本章小结第41-43页
第4章 絮凝-微滤工艺处理景观水的中试研究第43-57页
    4.1 絮凝-微滤对各种污染物的去处效果及分析第43-51页
        4.1.1 浊度第43-44页
        4.1.2 总氮第44-45页
        4.1.3 总磷第45-46页
        4.1.4 氨氮第46-47页
        4.1.5 高锰酸盐指数第47-49页
        4.1.6 UV_(254)第49-50页
        4.1.7 叶绿素a和藻数量第50-51页
    4.2 平板微滤膜长期稳定运行情况分析第51-53页
    4.3 膜污染清洗第53-54页
    4.4 平板微滤膜处理景观水的经济性分析第54-56页
        4.4.1 运行成本分析第54-56页
        4.4.2 经济比较第56页
    4.5 本章小结第56-57页
第5章 结论与建议第57-59页
    5.1 结论第57-58页
    5.2 建议第58-59页
参考文献第59-63页
致谢第63-64页
攻读硕士学位期间发表论文和科研情况第64页
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