（环境工程专业论文）城市污水制备直饮水技术研究.pdf

山东大学硕士学位论文 摘要 本项课题研究以城市污水处理厂的三级出水( 中水) 为基础，通过对中水 的全面分析，根据相关标准，确定最佳工艺处理路线。在不小于中试系统设计 处理能力的前提下，通过不同的流量试验、分析各处理单元对各种出水指标的 的处理效果。在试验分析各处理单元运行效果的基础上，确定了最佳工艺运行 参数及最优工艺单元组合，并通过试验进一步检验了系统的运行效果。试验结 果表明，利用城市污水制备的直饮水各项水质指标均能达到生活饮用水卫生 标准( g b 5 7 4 9 2 0 0 6 ) 和饮用净水水质标准( c j 9 4 2 0 0 5 ) 标准的要求。本 中试系统在进水流量为1 6 l m in 时运行效果最佳。其中色度、浊度、c o d 硬 度、t d s 、电导率、氨氮等指标去除率均大于9 0 ，硝酸盐氮去除率大于7 0 。 关键词：城市中水，直饮水，催化氧化，复合吸附，离子交换，纳滤 山东大学硕士学位论文 a b s t r a c t b a s e do nt h ew a s t e w a t e ra f t e rt e r t i a r y t r e a t e d ( r e u s e dw a s t e w a t e r ) i n m u n i c i p a lw a s t e w a t e rt r e a t m e n tp l a n t s ，t h i ss u b j e c tw a ss t u d i e dt oe x p l o r et h eb e s t o p t i m a lt r e a t m e n tp r o c e s sr o u t ea c c o r d i n gt ot h er e l a t i v es t a n d a r d st h r o u g ha c o m p r e h e n s i v ea n a l y s i so fr e u s e dw a s t e w a t e r u n d e rt h eb a c k g r o u n do fp i l o t s y s t e md e s i g nc a p a b i l i t y ，t h es u b j e c ta n a l y z e st h et r e a t m e n te f f e c t so nv a r i o u s d i s c h a r g ei n d i c e sb a s e do nt h er e s u l t so fd i f f e r e n tf l u xe x p e r i m e n t s a f t e rt h e a n a l y s i so nt h ee f f e c t se a c ht r e a t m e n tp r o c e s s ，t h eo p t i m a l p r o c e s so p e r a t i n g p a r a m e t e r sa n dt h eb e s tp r o c e s su n i tc o m b i n a t i o nw e r ed e t e r m i n e d a n do p e r a t i o n e f f e c to ft h i ss y s t e mw a sf u r t h e rt e s t e d b ye x p e r i m e n t s t h ee x p e r i m e n tr e s u l t s d e m o n s t r a t e dt h a ta f t e ru r b a nw a s t ew a t e rt r e a t m e n t ，t h ew a t e rq u a l i t yi n d e xo ft h e d i r e c td r i n k i n gw a t e rf r o mw a s t e w a t e rr e u s i n gc o u l db eq u a l i f i e dt oh y g i e n i c s t a n d a r df o ，d i 。i n k i n gw a t e r ( g b 5 7 4 9 2 0 0 6 ) a n dw a t e rq u a l i t ys t a n d a r df o r d r i n k i n gw a t e r ( c j 9 4 - 2 0 0 5 ) ，t h ep i l o ts y s t e mw o r k e dm o s te f f i c i e n t l yw h e nt h e i n f l u e n tf l o ww a s16l m i n t h er e m o v a le f f i c i e n c i e so fc h r o m a ，t u r b i d i t y ，c o d m n ， h a r d n e s s ，t d s ，c o n d u c t i v i t ya n dn n h 4 + w e r em o r et h a n9 0 ，a n dt h er e m o v a l e f f i c i e n c yo fn n 0 3 w a sm o r et h a n7 0 k e y w o r d s ：u r b o n r e u s e w a t e r ；亟i 璺曼! 鱼i 坠k i 壁g 塑圣! 星；c a t a l y t i co x i d a t i o n ； c o m p o s i t ea d s o r p t i o n ；i o ne x c h a n g e ；n a n o f i l t r a t i o n 2 原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独 立进行研究所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不 包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的科研成果。对本文的研 究做出重要贡献的个人和集体，均己在文中以明确方式标明。本声明 的法律责任由本人承担。 论文作撇：乙，钟良吼硝肛二。 关于学位论文使用授权的声明 本人完全了解山东大学有关保留、使用学位论文的规定，同意学 校保留或向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论 文被查阅和借阅；本人授权山东大学可以将学位论文的全部或部分内 容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或其他复制手段保 存论文和汇编本学位论文。 ( 保密论文在解密后应遵守此规定) 论文作粼乙揪聊签名弘 期：2 棚，o 矽 山东大学硕士学位论文 1 1 我国的水资源现状 第一章前言 水是人类赖以生存和社会发展的宝贵自然资源，没有水，就没有生命，也 没有我们生活的世界。它是人类社会可持续发展的限制因素，在自然界中以不 同的形态存在并循环不息，其水质也受多种因素的影响而变化。 我国地域辽阔，人口众多，是一个发展中国家，由于按特定的地理、气象、 人口、经济等因素的影响，我国水资源有着自己的特点： ( 1 ) 水资源总量丰富，人均占有量少 据水利部水资源评价结果表明：我国平均年径流总量2 7l15 1o a m 3 ，年均 地下水资源量为8 2 8 8 1 0 8 m 3 ，扣除重复量，我国多年平均水资源总量为2 8l2 4 1 0 8 m 3 。河川径流约占全国水资源总量的9 4 4 。据2 0 0 0 年中国水资源公报， 我国年均降水总量为6 1 8 8 9x1 0 8 m 3 ，其中4 5 转化为地表和地下水资源：5 5 n 耗于蒸发。我国水资源总量居世界第6 位，平均径流深度约2 8 4 m m ，为世界平 均值的9 0 ，居世界第7 位。我国水资源总量虽然丰富，但按耕地面积和人口 数平均，却相当之少。我国耕地平均占有径流量为2 8 3 2 k m 3 h a ，仅为世界平 均数的8 0 ；每人年均占有径流量仅为2 2 0 0 m 3 ，不足世界人均水平的四分之一， 居世界第l2 l 位。 ( 2 ) 水资源时空、地域分布不均衡 水资源分布不均，由于受风气候影响，降雨量和径流量年内变化大，年 际变化不稳定。大部分地区汛期降雨量占全年降雨量的7 0 以上，年降水量绝 大部分集中在夏季的3 4 个月当中，冬季仅占全年降水的l0 一1 5 以下。降水 时间的高度集中，使得地表径流变化大，可有效利用的水资源少。大约有2 3 左右的水资源是洪水径流量难以控制，无法有效利用。南部地区最大年降水量 为最小年降水量的2 4 倍，而北部地区最大年降水量党为最小年降水量3 - 6 倍， 最大年径流量为最小年径流量的3 1 0 倍，表现出很大的不均衡性。这种年内 分配不均，年际变化大的特点，进一步加剧了我国水资源格局的时续不均衡性， 山东大学硕士学位论文 导致水资源越贫乏的地区，丰、枯水期之间的降水量和径流量相差越大。一年 中较长时间缺水的现象，给经济发展和人民生活带来很大困难。 水资源地域分布极不均匀，南北、东西部差距悬殊。南方水多地少，水 资源量占全国的8 0 ，而耕地占全国的3 5 。北方水少地多，人口占全国的4 7 ， 耕地占全国的6 5 ，而水资源量只占全国的2 0 。有关资料表明，北方人均水 资源占有量112 7 m 3 仅为南方人均占有量的3 0 左右。水资源地域分布极不均衡 的特点，导致我国北方和西北地区常常出现资源性缺水；水资源年际变化大， 年内分配不均的特点，是造成我国半干旱、半湿润和许多地区季节性缺水的根 本原因。 ( 3 ) 水污染态势难以遏制 在当前水资源不断减少的同时，我国城市污水排放量却在不断增加，水体 污染日趋严重。根据调查统计，全国废水排放量每年以l8 亿m 3 的速度递增， 现每天工业废水和生活污水排放量达1 6 4 亿i l l 3 。2 0 0 0 年，全国工业和城市生 活废水排放总量为4 1 5 亿吨，其中工业废水排放量1 9 4 亿吨，城市生活污水排 放量2 2l 亿吨。大量污( 废) 水排入城市附近水体，使全国9 0 的城镇饮用水 源受到污染，约有5 0 重点城镇的饮用水水源不符合取水标准。符合类以上 水质标准的仅占3 8 1 ，全国主要水库和地下水源水质状况劣于类标准的分 别占到l 4 和2 3 以上，饮用水源地遭受到严重破坏。 1 2 污水资源化与再生利用 1 2 1 城市污水再生利用的意义 随着人口不断增长和经济飞速发展，用水量及排水量正在逐年增加，而有 限的水资源又被不断污染，加上地区性的水资源分布不均和周期性干旱，导致 淡水资源日益短缺，水资源供需矛盾愈加尖锐。在这种形势下，人们不得不在 近区天然水资源之外，通过多种途径开发新水源，相比之下，城市污水处理回 用投资少，工期短，见效快，比较现实易行，具有重要意义。 l 、作为第二水源，可以缓解水资源的紧张问题。城市污水就近可得，易 于收集输送，水质水量稳定可靠，处理简单易行，作为第二水源比利用雨水和 4 山东大学硕士学位论文 海水可靠得多。 2 、污水再生利用可减轻江河，湖泊污染，保护水资源不受破坏，污水再 生利用是环境保护、水污染防治的主要途径，是社会和经济可持续发展战略， 是环境保护策略的重要环节，与目前世界提倡的“清洁生产”、“源头削减”和 “废物减量化”等环境保护战略措施足一致而且是不可分的。 1 2 2 城市污水再生利用的途径 l 、农业灌溉 城市污水回用于农业灌溉，历史悠久、范围也最广泛。农业灌溉主要包括 农作物、牧草、苗木、农副产品洗涤及冷冻等用水。 2 、工业生产 工业用水根据用途的不同，对水质的要求差异很大，水质要求越高，水处 理费用也越大。理想的再生利用对象包括间接冷却水和工世用水。 3 、城市杂用 主要包括生活杂用水和环境、娱乐、景观用水等。 4 、地下回灌 借助于工程设施，将经适当处理后的污水直接或用人工诱导的方法注入地 下含水层。 5 、生活饮用 城市污水处理后回用于生活饮用分直接回用与间接回用，直接回用于饮用 水被认为是有计划的回用，即出水被直接注入到生活用水配水系统。间接回用 是污水经净化处理后排入水体或渗入地下含水层，然后作为饮用水源。 1 2 3 国内外污水再生利用的发展和现状 城市污水的再生利用在西方发达国家已经有许多成功的实例。美国自5 0 年 代起，即开始着手这方面的工作，据报道，美国3 5 7 座城市实现了污水回用， 其中回用于农业占5 5 3 ，回用于工业占4 0 5 ：日本早在1 9 6 2 年就开始污水 回用的实践，7 0 年代东京、名古屋和大阪等城市就己将城市污水处理后凹用于 5 山东大学硕士学位论文 工业；前苏联莫斯科东南区设有专用的自来水系统，有3 6 家工厂使用处理后 的城市污水，每日污水回用量达5 5 1 0 5 m 3 。 我国城市污水回用技术的研究早在“七五 已展开。“八五 期间在大连、 太原、天津、北京等地建立了9 套试验基地，通过系统的生产性试验和实用性 工程研究，提供了城市汗水回用于工业工艺、冷却、化工、石化、钢铁工业和 市政景观等不同用途的技术规范和相关水质标准。“九五 期间，研究的题目 是“污水处理与水工业关键技术的研究”，重点是城市污水处理技术集成化与 决策支持系统建设。“十五 期问的攻关内容是水资源安全保障，研究重点为 污水资源化利用技术。 通过国内外几十年的研究，目前回用水处理采用的基本方法和深度处理技 术包括： 表1 1 回用水处理基本方法 方法分类主要作用 格栅：截留较大的漂浮物 格网：截留细小的漂浮物 物筛滤截留微滤( 微滤机及微孔过滤) 1 去除细小悬浮物 理过滤：滤除细微悬浮物和部分胶体 方重力分离重力沉降分分离悬浮物 法 气浮：上浮分离不易沉降的悬浮物 离心分离惯性分离悬浮物 高梯度磁分离磁力分离磁性或被磁化颗粒 化化学沉淀以化学方法析出并沉淀分离水中的无机物 学 中和中和处理酸性或碱性物质 法 氧化与还原氧化分解或还原去除水中的污染物质 电解 电解分离并氧化或还原水中污染物质 物离子交换以交换剂中的离子交换支除水中的有害离子 理萃取以不容于水的有机溶剂分离水中相应的溶解性物质 化 汽提与吹脱去除水中的挥发性物质 6 山东大学硕士学位论文 学膜电渗析 在直流电场中离子交换树脂膜选择性地定向迁移、分 法 分离去除水中离子 离扩散渗析依靠半渗透膜两侧的渗透压分离溶液中的溶质 技反渗透在压力作用下通过半渗透反方向地使水与溶解物分 术 离 超滤通过超滤膜使水中溶液的大分子物质同水分离 吸附处理以吸附剂吸附水中的可溶性物质 生活性污泥法( 好以不同方式使水充氧利用水中微生物分解其中的有 物氧处理)机物 法生活膜法( 好氧利用生长于各种载体上的微生物分解水中有机物 处理) 生物氧化塘( 好利用池塘中的微生物、藻类、水生植物等通过好氧或 氧、厌氧、兼氧)厌氧分解降解水中的有机物 土地处理( 好氧利用土壤和其中的微生物以及植物以及植物根系综 处理)合处理( 过滤、吸附、降解) 水中的污染物质 厌氧生物处理利用厌氧微生物分解有机物，特别是高浓度有机物 表1 2 深度处理单元技术 水中污染物质 可供选择的水处理方法操作单元) c o d ( t o c ) 生物氧化、活性炭吸附、化学氧化、离 子交换、反渗透、微电解 亚甲蓝活性物质泡沫分离、活性炭吸附、生物氧化、反 溶 有机物 渗透 解 有毒物质化学氧化、活性炭吸附 性 硝酸盐 生物脱氮、离子交换、反渗透、电渗析 物 氨氮吹脱、生物氧化、化学氧化、离子交换、 质无机物 反渗透、电渗析 磷酸盐混凝、沉淀、生物氧化 总溶解性固体离子交换、反渗透、电渗析、蒸馏 7 山东大学硕士学位论文 c o d ( 氮、磷、碳)混凝气浮一沉淀、过滤微电解 悬 有机物厌氧生物处理与好氧生物处理 浮 病毒、病原体寄生虫混凝气浮一沉淀、过滤 性 物 化学氧化、生物氧化 无机物 矿物质混凝、沉淀、过滤 质 金属化学氧化、混凝沉淀、过滤 1 2 4 污水制备直饮水研究现状 尽管国内外在水处理技术领域开展了大量研究工作，但目前能够在生产中 推广应用并经济有效地提高饮用水水质的新技术仍然有限。特别是城市污水经 多级处理后直接供给生活用水，由于这种方式对回用水的水质要求要高于饮用 水标准，目前仅在世界上极少数极度缺水国家得到使用。如澳大利亚第二大州昆 士兰州2 0 0 7 年1 月2 8 日无奈宣布，昆士兰州将成为澳大利亚第一个把循环水 作为饮用水的州。如果干旱持续下去，澳大利亚所有州都将被迫饮用净化污水。 南非和纳米比亚等国建起了饮用水再生制造厂，南非的约翰内斯堡每天有9 4 l0 4 m 3 的饮用水来自再生水工厂。但是，以上国家的再生水主要作为生活饮用 水的补给水源，尚无直接利用再生水制备直饮水的先例。在我国城市污水的再 生利用目前仅局限在城市杂用的范围，尚无利用城市污水制备直饮水的先例， 饮用水水源仍基本取自地表水和地下水。据济南科技信息检索中心2 0 0 7 年3 月l6 日出具的科技查新报告( j n 0 7 0 1 16 ) 显示，目前国外有利用城市汗水制 备饮用水的文献报道，但也基本处于起步阶段。 8 山东大学硕士学位论文 2 1 课题来源 第二章研究内容 课题来源于济南市某大型污水处理厂，设计日处理能力2 0 万m 3 。二级生 物处理采用具有脱氧除磷功能的d e 氧化沟工艺，出水水质稳定达到城镇污 水处理厂污染排放标准( g b 18 9 l8 2 0 0 2 ) 二级排放的要求。自2 0 0 2 年投产 运行以来，就已着手开展污水资源化利用的研究工作，独自承担研究的日处理 规模为9 0 0 0 m 3 的中水回用项目创新地采用微絮凝纤维束过滤工艺，出水水质 长期稳定达到城市污水再生利用城市杂用水水质( g b t 1 8 9 l8 2 0 0 2 ) 标准 要求，部分指标达到或接近了生活饮用水卫生标准( g b 5 7 4 9 2 0 0 6 ) 要求， 从而为直饮水的制备创造了有利条件。鉴于单位所具有的行业和资源优势，特 开展此课题研究，以期通过课题成果向实际应用的转化，迸一步加强污水资源 化利用的步伐。 2 2 研究目的 我国是严重缺水的国家，水资源的短缺己造成部分地区的饮用水困难，并 已经成为制约社会经济发展的瓶颈因素。水是有限的资源，也是可以再生利用 的资源。但是目前我国城市污水的再生利用仅局限于中水回用的范围，生活饮 用水水源仍基本取至地表水和地下水。我国“十一五 发展规划中，把大力发 展循环经济放在了非常突出的位置，并对城市水资源可持续利用作出了“节流 优先、治污为本、多渠道开源”的重要战略布署。本项课题研究以城市污水处 理厂的三级出水( 中水) 为基础，采取先进的水处理设备技术提高出水水质和 饮用安全，并通过对城市污水制备直饮用各工序环节的技术分析和试验，开发 污水制备直饮水的新工艺，超前掌握利用城市污水制备直饮水的集成技术，最 终实现直饮水的制备，从而开发出新水源。项目成果的应用和推广，一方面将 大力拓宽生活饮用水的水源，缓解水资源危机；另一方面可有效减少环境排污 9 山东大学硕士学位论文 量，减轻污水排放对环境的污染。 2 3 主要研究内容 2 3 1 中水的水质特征 对城市污水经三级处理后的中水进行化验全分析，为选择合适的处理工艺 提供背景条件。 2 3 2 初步确定工艺选择路线 通过对中水的全面分析，根据生活饮用水卫生标准( g b 5 7 4 9 2 0 0 6 ) 和 饮用净水水质标准( c j 9 4 - 2 0 0 5 ) 的要求，初步确定处理工艺路线。 2 3 3 中试设备的设计安装和调试 根据初步确定的工艺技术路线，设计安装制备能力为0 2 5 t h 的城市污水 直饮水处理系统。 2 3 4 试验分析处理系统各单元的处理效果 在不小于系统设计处理能力的前提下，通过不同的流量试验、分析各处理 单元对各种出水指标的的处理效果。 2 3 5 确定最佳工艺组合 在试验分析各处理单元运行效果的基础上，确定最佳工艺运行参数及最优 工艺单元组合，并通过试验进一步检验系统的运行效果。 l o 山东大学硕士学位论文 2 3 6 中水制备直饮用的经济、社会和环境效益分析 根据确定的最佳工艺组合，对中水制备直饮水进行技术经济、社会和环境 效益分析，为项目成果推广使用提供理论依据。 山东大学硕士学位沦文 第三章研究技术路线及中试制备系统的设计 3 1 目前采用的中水处理工艺 济南市某大型污水处理厂采用具有脱氮除磷功能的d e 氧化沟处理工艺， 在二级出水稳定达标的基础上创新的采用微絮凝纤维束过滤工艺( 曾获济南市 科技进步奖) 进行三级处理以获得水质稳定可靠的中水。具体的工艺流程图如 图3 1 黔然橱 图3 1 工艺流程图 泥饼外运 粪l 辛壹 一一丐一 广二二l 山东大学硕士学位论文 3 2 研究技术路线 3 2 1 中水水质全分析 中水处理系统自2 0 0 3 年投产运行以来，出水水质稳定达到城市污水再 生利用城市杂用水水质( g b t 1 8 9 1 8 - 2 0 0 2 ) 标准，在厂区内外得到了广泛应 用。为确定研究制备直饮水技术路线，2 0 0 7 年2 月份委托国土资源部济南矿产 资源监督检测中心四次对中水水质进行水质全分析，水质分析结果见表3 1 。 山东大学硕士学位论文 表3 1 水质分析结果 国土资源部济南矿产资源监督检测中心 送样单位：光大水务( 济南) 有限公司( 二厂)收样日期：20 0 7 1 23 样品编号：二级出水 报告日期：20 0 7 2 9 pb z 士c ( 1 z b z )x ( 1 z b z ) p ( c a c 0 3 ) 项目b 准 ( m g l ) ( m m o l l )( )项目 ( m g l ) 项目 p ( b ) k 1 4 5 9 0 3 7 32 8 5 总硬度 3 6 1 4 6 酚类 2 n a +1 0 3 2 04 4 8 93 4 3 0 永久硬度 1 0 4 4 2 氰化物 2 c a 2 1 0 5 0 05 2 4 04 0 0 3暂时硬度2 5 7 0 5 a s 1 0 阳 m 9 2 2 4 1 01 9 8 31 5 1 5 负硬度h g o 1 离 n i t 。1 8 1 11 0 0 47 6 7 总碱度 2 5 7 0 5c d l ug l 子 t f e 0 0 4 a g f e 2 p ( b )p b l o a 1 3 0 0 4项目 ( m g l ) c r 1 0 h 2 s i o 。1 5 。9 3 2 4 6 8 91 3 0 8 9i 0 0 0 0 游离c 0 2 1 9 4 c l1 2 9 3 73 0 6 4 92 7 6 3h b 0 2o 6 8 b a 0 0 5 s 0 4 21 4 9 3 03 1 0 8 2 3 5 4 c o d5 0 8l i0 0 2 2 h c 0 33 1 3 4 l5 1 3 63 8 9 0 侵蚀c 0 2 s r0 5 2 c 0 3 。 无悬浮物 z n0 。0 1 7 阴 f 0 6 60 0 3 50 2 6矿化度9 1 4 4 9s e 0 5 2 离 i 0 0 5m n o 0 1 m g l 子 b r o 1 0 项目 检测结果 c u o 0 5 n 0 3 。6 2 6 01 0 1 07 6 5 色度 5c o 0 0 0 5 一 n 0 20 9 00 0 2 00 1 5臭 无 n i 0 0 0 5 p 0 4 3 7 8 40 2 4 81 8 8味 无 m n 0 0 0 5 透明度透明b e 0 0 0 5 6 5 5 3 41 3 2 0 5 1 0 0 0 0 浑浊度 l 总q 2 8 o 库尔洛夫公式： 肉眼可见物 无 总b2 6 2 0 2 2 6 r a8 5 4 眈 h c 0 3 洲4 c 1 2 s s o 2 3 ，曲 p h 值 7 7 4r n m b q l c 钆o 0 3 n a 3 4 3 0 m g l 51 5电导率 2 骝i j ( m s c m ) 2 3 2 t h 1 4 山东大学硕士学位论文 3 2 2 研究技术路线 按照国家饮用净水水质标准( c j 9 4 - 2 0 0 5 ) 和生活饮用水卫生标准 ( g b 5 7 4 9 - 2 0 0 6 ) 的标准要求及中水水质全分析结果，确定研究技术路线如图 3 2 。 图3 - 2 项目技术工艺流程简图 3 3 中试制备系统的设计及工艺参数 3 , 3 1 催化氧化单元 催化氧化的原理就是在催化剂存在的条件下，利用在常温常压下催化氧化 中水中的残留污染物，或直接氧化有机污染物，将大分子有机污染物氧化成小 分子有机污染物，提高废水的可生化性，较好的去除有机污染物。 uuo oo o 山东大学碗：e 学位论文 盈二一直 目34 改性滤料，多介质过施器和改性滤料活性炭过滤器 3 3 3 离子交换单元 l 引起水质结垢的主要原因是其中的钙、镁离于等形成硬度的成分，利用嚣 换的原理，将水中的钙、镁离干用其他不形成硬度的阳离子加咀置换，将水中 的钙、镁离子去除或夫部分去除，成为软水。钠离子交换法，就是用钠离子置 换水一扣的钙、镁高子以降低硬度的方法。交换树脂饱和失效后，；页用饱和盐水 进行还原。盐箱叶1 包食盐水过滤及枯阀、盐井配套部分，可以净化再生橇液， 达到维护树脂表面洁净度，从而更深层次地保障软水质量，防止纳滤膜的垢堵。 本系统即采用钠离子交换器对中水进行软化。 融屑霸魄 山东大学硕士学位论文 r 纠离- y - _ 交换j 划月旨 图37r h 系统 中水进入阳床后，会产生大量c 0 ： 进入阴庶，将加重阴离子树脂的负荷 c 0 。转穆到空气中。 图38r o l l 系统 c o 。对金属有腐蚀作用，并且游离碳酸 必须通过脱气塔( 圈2 1 2 ) 使水中的 尔人学顿十学位论文 3 3 4 纳滤主机单元 图3g 脱气塔 ( 一) 保安过滤器 保安过滤器用于土除5 坤，以e 的悬浮物、无机胶体、有机胶体、溶解性柏 机旆分子杂质等，以保护反渗透膜乔被堵塞。保安过滤器是原水进入反渗透膜 前最后一道处理工艺，其主要作用是防止上一道过滤工序可能存在的泄漏，否 则，部分同体微粒就会渗入反渗透膜中，使反渗透膜阻塞或划伤。除了颗粒杂 质以外，保安过滤器对浊度、铁以及硅等胶体物质都有良好的去除效果。保安 过滤器内装熔喷式聚丙烯滤芯( 过滤等级5 微米) 。 ( 二) 纳滤主机 纳滤膜主要士除直衽为1 个纳米左右的溶质粒子，截留分子量为 1 0 0 1 0 0 0 ，在饮用水领域丰要用于脱除三卤甲烷中间体、异味、色度、农药、 合成洗涤剂、可溶性有机物、钙、镁等硬度成分及燕发残留物质。 纳滤膜能更有效降低水的致究活性，凼为水巾致突物的相对分子量为 山东大学硕士学位论文 2 0 0 8 0 0 ，且主要是分子量为2 0 0 左右的非极性或中等极性的有机物，以核芳 烃为主，这些物质正处于纳滤膜的有效范围内。纳滤膜还有一个很大的特征是 膜本体带有电荷性，使它在很低压力下仍具有较高脱盐性能和截留分子量为数 百的膜也可脱除无机盐的重要原因。 根据中水水质全分析报告，本系统决定选择陶氏公司生产的高性能纳滤 膜，用于脱除中水中的有机物、细菌和病毒。该系列膜可在超低压运行压力下 运行，从而实现节能、降低运行成本的目的。其主要性能如下： 膜片类型 最高操作温度 最高操作压力 最高压降 p h 范围，连续运行a p h 范围，短期清洗( 3 0 分钟) b 最大进水流量 最大给水s d l 。 最大给水浊度n t u 允许游离氯含量 聚酰胺复合膜 6 0 0 p s i g ( 4 1 b a r ) 1 3 p s i g ( 0 9 b a r ) 2 1l 1 12 1 6 9 p m ( 1 4 m 3 h r ) 5 l 0 1p p m 整个纳滤系统由加压泵、纳滤膜、压力容器、阀门、管道、机架等部件组 成。加压泵为纳滤提供动力，泵前后分别设置低、高压保护开关。当加压泵进 水压力低于设定值后，加压泵停运，以保护加压泵；当加压泵出口压力高于设 定值后，加压泵停运，以保护纳滤膜。 2 3 东大学硕士学位硷文 弗 3 35 终端处理单元 j 刳31 0 纳滤士机 n_ i 和- ( ) 存储系统 纯净水箱圳丁存储纳滤系统过滤出来的直饮水，| 殳有液何拧a j i _ 器自动挖 制箱中满水和缺水的要求。 ( 。) 消毒系统 采用紫外线在纳滤出水管道 f ；i 毒和纯净水箱臭氧消毒两种方式进行虫= 5 = 消毒。 j 置 j n l 、 ， 3 4 中试系统的安装及调试 3 4 i 系统的安装 i 。艺蹄线确定历，n j l 立过_ 1 i 场凋研、l 确世备选型的肇础_ 1 ，2 0 0 7 印6 月 埘乍- “年问逊行了f 建改造，7 门采旧了再种c 试设备，按吐“技术蹄线址 i ，奠装。 3 42 系统的调试 8j j 份 始进行设桥和r 艺响试。蛹试分为两个阶段：在世备凋试过稚r 扎 ：产原水为自柬水，h 的七婴足榆验榆测择工艺单元| 殳备的性能及町靠制，叫 f ej j 历| 】寸艏周：帑阶段为工艺调试阶段，和备丁艺t 扛元设备满足技术要求的基 础f 进行1 1 芝调试，检验检测整个系统的处理效果，此时生产原水为中水，该 阶段坍_ 聃两个h 1 勇n 矧 山东大学硕士学位论文 第四章试验方案及各工艺单元运行效果分析 4 1 试验方案的确定 4 1 1 试验检测指标及测定方法 在为期两个月的工艺调试中，分别对各个单元的性能进行了测试。结合国 土资源部济南矿产资源监督检测中心对中水水质的全分析水质情况，并根据国 家饮用净水水质标准( c j 9 4 2 0 0 5 ) 和生活饮用水卫生标准( g b 5 7 4 9 2 0 0 6 ) 的标准要求，在试验例行检测指标中重点选择了c o d 小p h 值、硬度、浊度、 色度、氨氮、n o 。一n 、电导率、t d s 共9 项水质指标进行分析， 采用的分析方法均采用国标： ( 1 ) c o d 酸性高锰酸钾法 ( 2 ) p h 值：玻璃电极法 ( 3 ) 硬度：e d t a 滴定法 ( 4 ) 浊度：y z d lb 型浊度仪 ( 5 ) 色度：铂钴标准比色法 ( 6 ) 氨氮：纳氏试剂分光光度法 ( 7 ) n 0 。一n ：紫外分光光度法 ( 8 ) 电导率：w t w 多参数分析仪 ( 9 ) t d s ：重量法 待确定最佳运行方案后，委托权威部门进行出水水质全分析。 2 6 山东大学硕士学位论文 4 1 2 各工艺单元运行效果 在满足生产0 2 5 t h 能力的前提下，选取了l o l m i l l 、1 2 l m i n 、1 4 l m i n 、 1 6 l m i n 、1 8 l m i n 、2 0 l m i n 六种不同流量的运行工况，对各工艺单元的的处 理效果进行检测分析。 各工艺单元处理效果如下： 表4 一l 色度去除效果 一 1o1 21 41 6 1 82 0 l m i nl m i nl m i l ll m i nl m i nl m ir l 进水 2 02 5171 72 015 臭氧催化氧化 15l5l013 1 5 l2 多介质过滤 151l101 21 5l3 活性炭过滤 1 07751 08 钠床 1077554 阳床 1 0775 5 4 阴床 1067554 纳滤 0000oo 2 7 山东大学硕士学位论文 表4 2 浊度去除效果( 单位：n t u ) 一 1 0l2l41 61 82 0 l m i nl l m i l ll m i nl l m i l l l m i n l m i n 进水0 5 50 4 40 7 l1 。8 6o 6 8o 7 3 臭氧催化氧化 0 6 10 3 90 8 90 8 7 0 5 9 o 7 5 多介质过滤0 4 6 0 10 0 2 20 2 90 4 l0 。4 7 活性炭过滤 o 1 2o 0 70 1 10 150 2 5o 31 钠床未检出 0 0 40 1 00 1 30 2 2o 2 7 阳床未检出 o 0 5 o 1o0 1 40 2 3o 2 5 阴床 未检出 0 0 4o 1 lo 。1 3o 2 2o 2 3 纳滤未检出未检出未检出未检出0 0 5o 0 5 表4 - 3 硬度去除效果( 单位：m g l ) 一 1 01 21 41 61 82 0 l m i nl m i l ll m i nl m i nl m i nl m i n 进水 4 154 0 9 3 8 64 2 1 3 9 7 4 0 6 臭氧催化氧化 4 124 0 73 8 74 2 33 9 64 0 8 多介质过滤 4 0 94 0 6 3 8 34 2 23 9 2 4 0 5 活性炭过滤 4 104 0 0 3 8 04 2 03 9 0 4 0 0 钠床 1 4l8 2 41 012 2 6 阳床 1 215 2 l892 3 2 8 山东大学硕士学位论文 阴床 1 1l6l9872 0 纳滤未检出未检出未检出未检出 24 表4 4 c o d 。去除效果( 单位：m g l ) 一 1o1 21 41 61 8 2 0 l m i nl m ir ll m i nl m i nl m jr ll m i l l 进水1 7 72 1 41 8 42 1 01 6 01 2 l 臭氧催化氧化 1 6 11 9 81 5 61 8 41 4 81 0 7 多介质过滤 1 7 01 2 11 5 21 8 41 161 2 0 活性炭过滤 0 9 00 7 0o 8 30 9 60 7 6 0 6 6 钠床0 8 90 7 00 8 20 9 4o 7 50 6 6 阳床0 9 00 6 50 8 40 9 50 7 50 6 5 阴床 0 8 80 6 40 8 00 9 30 7 40 6 5 纳滤未检出未检出未检出未检出未检出未检出 表4 - 5 氨氮去除效果( 单位：m g l ) 一 1 01 21 41 61 82 0 l m i l 3l m i l 3 l m i l 3 l m i l 3 l m i l 3 l m i l 3 2 9 山东大学硕士学位论文 进水 5 3 4 74 5 5 8 4 4 8 75 13 95 5 4 35 3 4 6 臭氧催化氧化 3 15 32 0 6 0 2 0 8 33 21 6 2 114 3 2 0 4 多介质过滤 1 7 0 20 9 5 01 0 9 l1 6 9 61 0 3 81 。0 9 7 活性炭过滤 0 8 3 00 5 7 80 4 6 l0 6 0 40 6 3 40 6 9 9 钠床 0 7 5 80 4 6 20 4 0 7 o 5 8 l0 5 0 4 0 6 0 7 阳床 0 7 0 00 4 4 50 4 0 40 5 5 50 4 9 8o 5 91 阴床 0 7 0 00 4 4 40 4 0 3 0 5 5 2o 4 9 50 5 8 9 纳滤未检出未检出未检出未检出未检出 未检出 表4 6 硝酸盐氮去除效果( 单位：m g l ) 一 1 01 21 4l61 82 0 l m i nl m i nl m i nl m i nl m i nl m i n 进水 1 2 2 3 511 0 7 210 3 1 41 2 3 21l1 5 4 3l0 5 3 6 臭氧催化氧化 1 4 8 5 9l3 9 2 611 7 7 2 15 4 8 0 1 3 7 7 21 2 6 8 2 多介质过滤 1 4 8 9 31 3 6 8 911 9 2 215 2 0 913 6 9 7 l2 2 5 6 活性炭过滤 1 4 1 4 91 3 9 8 9l1 7 1 8l5 2 6 81 3 5 9 7 l2 3 0 2 钠床 1 4 9 2 2l3 5 8 5li 7 4 3l5 2 3 5l3 2 9 3 l2 21 2 阳床 1 4 8 5 3l3 7 4 9l1 8 0 015 3 1 213 4 4 01 2 2 9 9 阴床1 2 0 4 3 10 9 7 9 9 5 0 l1 0 4 6 8l0 2 0 01 0 3 1 1 纳滤4 8 6 85 3 8 94 8 6 l3 9 6 34 2 8 95 8 1 1 3 0 山东大学硕士学位论文 表4 7 总溶解性固体( t d s ) 去除效果( 单位：m g l ) 一 lo1 21 41 61 82 0 l m i nl m i l ll m i nl m i nl m i nl m i n 进水6 7 26 7 06 5 46 8 46 3 96 7 0 臭氧催化氧化6 8 46 7 06 8 37 2 16 7 16 9 8 多介质过滤6 8 36 6 56 8 36 9 86 6 76 5 5 活性炭过滤 6 816 7 36 5 87l56 8 36 5 7 钠床 6 9 46 6 56 9 17 2 07 0 3 6 9 8 阳床 6 9 06 7 16 6 97 l16 6 46 8 4 阴床 6 8 56 6 96 7 37 0 96 7 56 7 2 纳滤 8 08 96 96 06 35 4 表4 - 8 电导率去除效果( 单位：u s c m ) 一 1 01 2l41 61 82 0 l m i nl m i n l m ir ll m if i l m i nl m i l 3 十兀。 进水1 15 0 l0 0 011o o10 4 010 5 0l0 0 0 3 l 山东大学硕士学位论文 臭氧催化氧化 1 0 6 09 9 010 7 01 15 01 1 0 0 9 8 0 多介质过滤 11 0 010 0 0l0 9 0112 01 0 7 09 9 0 活性炭过滤 l0 0 09 9 010 0 01 1o o10 0 010 0 0 钠床 1 10 0l 1 0 01 l0 01 2 0 01 0 5 01 1 0 0 阳床 l0 5 01 0 7 0l0 6 01 15 01 1 0 010 5 0 阴床 10 6 010 0 0l l0 0 1 10 01 10 010 5 0 纳滤 1 0 0l3 01 2 0l0 010 015 0 表4 - 9 p h 变化效果 一 1 01 21 4l61 82 0 l m ie ll m i nl m i nl m i nl m ie ll m i n 十兀曳吣 进水 6 5 86 8 67 2 86 8 97 3 87 5 0 臭氧催化氧化6 4 46 8 7 7 4 77 0 87 2 67 3 9 多介质过滤 6 5 66 8 77 4 36 9 97 4 17 3 5 活性炭过滤6 4 4 6 8 67 4 26 7 37 3 07 4 0 钠床 7 0 17 0 87 7 77 4 68 2 87 8 2 阳床 6 8 56 9 l6 7 26 8 97 0 07 0 1 阴床 6 9 97 0 17 2 07 0 67 2 27 o l 纳滤7 3 l7 1 9 7 2 57 3 47 8 57 6 2 3 2 山东大学硕士学位论文 4 2 各单元试验结果分析和机理探讨 4 2 1 臭氧催化氧化单元 ( 一) 试验结果分析 根据实际化验结果，臭氧催化氧化单元对色度、c o d m n 有明显的去除作用， 对氨氮、硝酸盐氮浓度造成明显变化( 图4 1 、4 2 、4 3 、4 4 ) ，现对色度、c o d m n 、 氨氮、硝酸盐氮四项指标进行分析： 3 0 2 5 2 0 菪1 5 l o 5 0 4 5 4 0 3 5 3 0 ，、 毋 2 5 、 2 0 錾 1 5 求 l o 5 0 1 01 21 41 61 82 0 进水流量( l m i n ) + 进水一出水+ 去除率( ) 图4 - 1 臭氧催化氧化对色度的去除效果 从图4 - 1 可以看出，臭氧对色度平均去除率在2 9 0 8 左右。臭氧对不饱和 化合物有较大的反应作用，特别是能够有效的脱除由不饱和化合物着色的色 度。 山东大学硕士学位论文 - 、 j b o 皇 v c = o o u 2 5 2 o l o1 21 41 61 82 0 进水流量( l m i n ) + 进水一出水+ 去除率( ) 誉 僻 篷 悄 图4 2 臭氧催化氧化对c o d m 。的去除效果 臭氧在常温常压下将大分子有机污染物氧化成小分子有机污染物，提高废 水的可生化性，从图4 2 中可以看出，c o d m n 的平均去除率为10 5 0 。 + 进水一出水十去除率( ) 图4 3 氨氮变化图 3 4 6 4 2 o 1 l l 1 8 6 4 2 0 6 5 4 3 2 l o 1暑硪谜蛏睬)蕈 山东大学硕士学位论文 1 01 21 41 61 82 0 迸水流景( l m i n ) + 进水一出水 图4 4 硝酸盐氮变化图