（环境工程专业论文）混凝动态膜组合工艺在污水处理中的应用研究.pdf

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。 对本文的研究作出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方 式标明。本声明的法律责任由本人承担。 论文作者签名：二基胆 日 期：一逝星! 。! 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本学位论 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) 论文作者签名：盔l i 必 i 师签名：兰牡日期：迦必 山东大学硕士学位论文 摘要 我国现阶段水环境污染问题突出，严菱影响了水体功能的发挥，网时导致水 资源短缺的问题更加突出，制约了国民经济的发展。目前现有污水处理能力无法 适应城市数量与规模的迅速扩张，污水处理新增加的能力远远赶不上污水排放的 增长速度，污水处理能力的缺口不断扩大，严重影响水环境质量。针对目前我国 乃至济南市及广大城镇、乡村废水排放量逐步增加丽没有足够污水处理能力的现 实，开发高效、低能耗废水处理新工艺具有重要的意义。 本论文将混凝技术与动态膜技术结合焉于污水处理领域，提出了一种基于廉 价微网基材的混凝动态膜反应器污水处理新工艺，工艺采用微网材料代替传统 的微滤或超滤膜，利用滢凝在微网基材表瑟形成的动态膜进行固液分离。本课题 主要就微网基材的筛选、动态膜生物反应器在处理受污染河水和生活污水的运行 特性、混凝动态膜的堵塞机理以及运行稳定性影响因素等闻题开展研究。 筛选获得了价格便宜、性质稳定、附着性能良好的涤纶筛网和单滑面无纺布 微网膜基耪。以单潺面无纺布构建的混凝动态膜反应器处理受污染海水，在聚 合氯化铝p a c 投加量8 0m g l ，膜通量为1 0 0l m 2 h 的条件下，在进水s s 、浊度、 c o d 和总磷平均浓度分别为3 2 4 m g l 、1 4 9 m g l 、2 4 5 m g l 和2 7 趣g 盈时，混凝动 态膜能在1 小时左右内形成。动态膜形成后出水水质良好，出水s s 均朱检出，浊 度小予5n t u ，c o d 值小于1 0 0m g l ，出水总磷含量小于0 5m g l 。反应器连续 运2 0 d ，c o d 去除率的平均值为7 1 1 4 ，总磷去除率的平均值为8 1 6 4 ，总氮 去除率的平均值为5 2 4 。混凝动态貘对s s 、有机物和磷的去除效果较好，对氮 则去除效果不佳。采用单滑面无纺布构建混凝一动态膜反应器处理受污染河水时， 动态膜过滤遵循中闻堵塞过滤模型。 混凝动态膜处理生活污水的实验，通过烧杯混凝试验选择p a c 为处理生活 污水的混凝剂，最佳投药量为1 0 0m g l 。出水承质不如处理受污染河水时好， 在进水浊度为2 6 8 n t u 时，动态膜形成后浊度稳定在1 0n t u 左右；动混凝动态 膜对生活污水的c o d 和总磷均有较高且稳定的去除率，c o d 豹去除率在7 0 8 0 之间，t p 的去除率在5 0 - - 6 0 之间；总氮基本没有去除。处理生活污水 时，动态膜过滤遵循滤饼过滤模型。 通过扫描电镜可知混凝动态膜的形成没有微生物的作用，主要是由絮凝剂与 幽东大学硕士学位论文 废水反应生成的絮体在定的错流滤速下附着在膜基材表露藤形成。粒度分析表 明，动态膜形成后的截留能力与微滤膜相近，能有效截留废水中的大颗粒。膜基 材表露动态膜的厚度不均匀。 以1 4 0 目涤纶筛网为基材研究动态膜运行稳定性的主要影响因素，发现混凝一 动态膜反应器的运行周期可分为四个阶段；形成期、发展期、稳定期和衰减期。 在适当范围内，增大错流流速和减小膜通量可使动态膜稳定运行期时间延长。 关键词：混凝动态膜，受污染漏水，膜堵塞，错流速率，膜通量 2 山东大学硕士学位论文 a b s t r a c t w a t e rp o l l u t i o ni sb e c o m i n gh i g h l i g h t e da tt h i ss t a g ei nc h i n a , w h i c hs e r i o u s l y a f f e c t st h ef u n c t i o no fw a t e rb o d y ，a g g r a v a t e st h ew a t e rs h o r t a g ep r o b l e ma n d h a m p e r st h ed e v e l o p m e n to f t h en a t i o n a le c o n o m y n a t i o n a lp o w e rf o rt r e a t i n g w a s t e w a t e rn o wc a l ln o ta d a p tt h er a p i dd i l a t a t i o no fc i t i e s ，t h eg a pb e t w e e nt r e a t e d w a s t e w a t e ra n dd i s c h a r g e dw a s t e w a t e ri sb e c o m i n gb i g ，w h i c hs e r i o u s l ya f f e c t st h e w a t e rq u a l i t y b e c a u s eo ff a c tt h a tn o wt h ei n c r e a s i n gd i s c h a r g e dw a s t e w a t e ri nj i n a n c i t ya n do t h e rc i t i e s 、t o w n sa n dv i l l a g e si nc h i n ac a n tb et r e a t e dc o m p l e t e l y t h e i n v e n t i o no fe f f i c i e n ta n de n e r g y s a v e ds e w a g et r e a t m e n tt e c h n o l o g yi si m p o r t a n t t h i ss t u d yc o m b i n e dt h ec o a g u l a t i o nw i t hd y n a m i cm e m b r a n et e c h n o l o g yf o r w a s t e w a t e rt r e a t m e n ta n di n v e n t e dan e ws e w a g et r e a t m e n tr e a c t o rc a l l e dd y n a m i c c o a g u l a t i o nm e m b r a n er e a c t o r 。t h er e a c t o ra d o p t e dc o a r s ep o r ef i l t e rm a t e r i a li n s t e a d o fm i c r o f i l t r a t i o nm a t e r i a la n du l r t a f i l t r a t i o nm a t e r i a la n ds e p a r a t e dt h es o l i da n d l i q u i du s i n gt h ed y n a m i cm e m b r a n ef o r m e do nt h ec o a r s ep o r ef i l t e rm a t e r i a lb e c a u s e o ft h ef u n c t i o no fc o a g u l a t i o n n es t u d yf o c u s e do nt h ec o a r s ep o r ef l t e rm a t e r i a l s e l e c t i o n , t r e a t m e n to fp o l l u t e dr i v e ra n dd o m e s t i cs e w a g e ，m e c h a n i s mo fd y n a m i c m e m b r a n eb l o c ka n di n f l u e n c ef a c t o r so fr e a c t o rs t a b i l i t y t h er e s u l t so fc o a r s ep o r ef i l t e rm a t e r i a ls e l e c t i o ns h o w e dt h a td a c r o na n ds i n g l e s l i ps u r f a c en o n w o v e nf a b r i cw e r ec h e a p ，s t a b l e ，a n de a s yt ob ea d h e r e d w h e n t r e a t i n gp o l l u t e dr i v e r ，d y n a m i cc o a g u l a t i o nm e m b r a n e c a nf o r m e di na b o u tlh o u r , a n dt h eq u a l i t yo fe f f l u e n tw a sf i n e w h e ns sw a s3 2 4m g l , t u r b i d i t y14 9n t u ， c o dw a s2 4 5m g la n dt pw a s2 7m g li nt h ei n f a l l ，s sc o n c e n t r a t i o n sw e r ez e r o i nm o s tc i r c u m s t a n c e s ，t u r b i d i t y 5 n t u ，c o d io o m g l ，t p o 5 燃g 凡i nt h ee f f l u e n t w h e nf l u x - - 10 0 l ( m 2 0 h ) ，t h er e a c t o rc o n t i n u er u n n i n gf o r2 0d a y s t h ed y n a m i c m e m b r a n ea v e r a g e l yr e m o v e d7 1 。1 4 o fc o da n d81 6 4 o ft p b u tt h ed m c r c o u l d n tr e m o v e in v e r yw e l l i tc o u l do n l yr e m o v e5 2 4 o ft n ap r i m a r y r e s e a r c hw a sd o n et ot h em e c h a n i s mo ft h eb l o c k i n go fd y n a m i cc o a g u l a t i o n m e m b r a n e ，e d u c e dt h a tt h ed y n a m i cc o a g u l a t i o nm e m b r a n ef i l t r a t i o nf o l l o w e dt h e i n t e r m e d i a t eb l o c k i n gl a w t h eq u a l i t yo ft r e a t e dd o m e s t i cs e w a g ew a sn o t8 sg o o da st h eq u a l i t yo ft r e a t e d p o l l u t e dr i v e r e f f l u e n tt u r b i d i t yw a s10n t uw h e nd y n a m i cm e m b r a n ef o r m e da n d i n f a l lt u r b i d i t yw a s2 6 8n t u 。t h ed y n a m i cc o a g u l a t i o nm e m b r a n ef i l t r a t i o nf o l l o w e d t h ec a k ef i l t r a t i o nm o d e l t h e r ew a sn o ta n ym i c r o o r g a n i s mo nt h es u r f a c eo fd y n a m i c 3 c o a g u l a t i o nm e m b r a n e 山东大学硕士学位论文 w h e nt r e a t i n gp o l l u t e dr i v e ru s i n gd a c r o n ，f o u rp h a s e si nac y c l ew a sf o u n d a c c r e t i o no fc r o s s f l o wv e l o c i t ya n dr e d u c t i o no fm e m b r a n ef l u xc a l le x t e n dt h es t e a d y r u n m n gt i m e k e y w o r d s ：d y n a m i cc o a g u l a t i o nm e m b r a n e ，p o l l u t e dr i v e r ，m e m b r a n eb l o c k i n g ， e r o s s f l o wv e l o c i t y ，m e m b r a n ef l u x 4 山东大学颁士学位论文 第一章绪论 1 1 我国水赍源现状 堇薹重水资源矮缺 水是人类赖以生存和发展的必要条件，随着工业生产的发展和人民生活水平 的不断提高，水的短缺惑成为世界各国所共同面临的严竣阆题。我国水资源仅占 世界水资源总量的约6 ，却承担着世界超过2 0 人口的生产生活需要，人均 水资源仅为世界入均东壁的1 4 ，屠世赛第1 2 1 位，被联合函列为全擞赛2 1 个贫 水国之一【1 1 。 我国水资源分布的趋势是东南多西= l 艺少，空间分希严重不均匀。南方长江流 域、珠江流域、浙闽台诸河和西南诸河四个流域，人均水资源量约为全国平均值 的1 6 倍，平均每公顷耕地占有的水资源量为全国平均值的2 2 倍；北方的辽溺、 海滦河、黄河和淮河四个流域，人均水资源占有量仅为全国平均值的1 9 ，平均 每公顷耕地占有的东资源量为全国平均值的1 5 ，因此，我国北方地区的缺水 现象更为严重。 融于我国大部分地区的降雨主要受季风气候的影响，降水量的季际变化缀 大。全国大部分地区在汛期四个月左右的降雨量占了全年降雨量的6 0 8 0 ， 导致了年内的分布不均匀。同时，由于降雨量的年际变化也很大，会出现连续丰 水年或连续枯水年的情形，这使得水资源的供需矛盾更加突出，水资源的短缺问 题更加严重。 中国水利部水资源评价最新结果表明，近年来，中国北方地区水资源量明显 减少，其中，黄河、淮河、海河和辽河区最为显著，地表水资源量减少1 7 ， 水资源总量减少1 2 ，其中海河区地表水资源量减少4 1 、水资源总量减少2 5 。 按目前的正常需要，在不超采地下水的情况下，正常年份全国缺水量将近 4 0 0 亿m 3 ，相当于北京市年用水量的l o 倍多。“十五”期间，农田受旱面积年 均达3 8 5 亿亩，平均每年因旱减产粮食3 5 0 亿公斤。全国有4 0 0 余座城市供水 不足，比较严重缺水的达l l o 座。 1 1 。2 水资源污染严重 与此同时，我国有限的淡水资源却受到水质恶化和永生态系统破坏的威胁， 山东大学硕士学位论文 由于我国8 0 左右的污水未经处理直接排入水域，造成1 3 以上的河段受到污 染，9 0 以上城市水域污染严重，近5 0 的重点城镇水源地不符合囡家现有饮 用水标准口j 。 据2 0 0 5 年中国环境状况公报公布，全国工业和城镇生活废水排放总量 为5 2 4 5 亿矗，其中工业疲水排放量2 4 3 1 亿m 3 ，水中化学需氧量( c o d ) 排 放总量1 4 1 4 2 万吨，城镇生活污水中c o d 排放量8 5 9 4 万吨：城镇生活污水排 放量2 8 1 。4 亿m 3 ，其中，工业瘦水中c o d 摊放量5 5 4 。8 万吨，废水中氨氮排放 总量1 4 9 8 万吨，其中，王业废水中氨氮排放量5 2 5 万吨，城镇生活污水中氨氦 排放量9 了3 万吨；全国七大水系的4 l1 个地表水监测断面中，1 1 l l 类水质断蘸 占4 1 ，v 类水质断面占3 2 ，劣v 类水质断面占2 7 ，其中，珠江、长江 东质较好，辽簿、淮河、黄河、松花江永质较差，海湾污染严重；全国2 8 个重 点湖库中，满足i i 类水质的湖库2 个，占7 1 ，类水质的湖库6 个，占2 1 4 ， 类水质的潮库3 个，占1 0 。7 ，v 类水质潮库5 个，占1 7 9 ，劣v 类水质 湖库1 2 个，占4 2 9 。 由此可见，我国现阶段的水体污染闻题十分严重，承环境质量堪忧，这严重 影响了水体功能的发挥，同时使得水资源短缺问题更加突出。随着我国社会经济 豹进一步发展，对水资源的需求将持续增长，污水排放量也将迸一步增加，水环 境质量恶化和水资源短缺的问题将更为突出【3 】。 因此，对凌水进行有效的处理，加强水资源的褥生利用，是改善我国水环境 质量、缓解水资源短缺矛盾、促进经济健康快速发展的迫切需要，而开发新型高 效的污水处理和誉焉技术是其重要酶技术保障。 1 2 化学混凝法 混凝就是在混凝荆的离解和水解作用下，使水中的胶体污染物和细微悬浮物 脱稳并聚集为具有可分离性的絮凝体的过程。其中包括凝聚和絮凝两个过程，统 称为混凝。混凝法，是给水和废水处理中应用得非常广泛的方法。它既可以降低 原水的浊度、色度等感官指标，又可以去除多种有毒有害污染物；既可以自成独 立的处理系统，又可以与其它单元过程组合，作为预处理、中间处理和最终处理 过程【4 1 。 1 2 1 殷体的稳定性 化学混凝所处理的对象，主要是水中的微小悬浮物和胶体物质。微小粒径的 6 山东大学硕士学位论文 悬浮物和胶体能在水中长期保持分散悬浮状态，即使静置数十小时以上，也不会 自然沉降，这是由于胶体微粒及细微悬浮颗粒具有“稳定性”。 根据研究，废水中胶体表蚕都带有电荷，在一般水质中，粘土、细菌、病毒 等都是带负电的胶体( c o l l o i d ) 。如图1 1 所示，它的中心称为胶核( c o l l o i dn u c l e u s ) ， 其表垂选择性地吸附了一层带同号电荷的离子，这些离子可以是胶核的组成物直 接电离而产生的，也可以是从水中选择吸附一或o h + 离子而造成的，带电荷的胶 粒( c o l l o i d p a r t i c l e ) 由于电位离子的静电弓| 力，在其周围又吸附了大量的异号离 子，形成了所谓的“双电层( e l e c t r i c a ld o u b l el a y e r ) 。紧靠电位离子的部分称为 固定离子层或吸附层( a d s o r p t i o nl a y e r ) ，当胶核运动时随着一起运动。其它的异 号离子受到引力较弱，不随胶核起运动，并有向水中扩散的趋势，称为扩散层 ( d i f f u s i o nl a y e r ) 。西此在吸射层与扩散层闻有个电位差，常称为电位( p o t e n t i a l ) 。 而胶核表面的电位离子与溶液之间的电位差称为总电位或甲电位( 甲p o t e m i a l ) 。 胶粒在水中受几方露的影酶：由于上述的胶糙带电现象，带相同电荷的胶 粒产生静电斥力，而且：电位越高，胶粒间的静电斥力越大；受水分子热运动 的撞击，使微粒在水中作不勰则的运动，即“布朗运动”，使溶胶不致因重力露 沉降，即所谓的动力稳定性；胶粒间还存在着相互引力一范德华引力。使胶粒 不麓相互聚结的另一个嚣素是承化作舞。由予胶粒带电，将极性分子吸引到它懿 周围形成一层水化膜，能阻止胶粒间相互接触。但是水化膜是伴随胶粒带电产生 麴，如果胶粒的 4 4 ，尤其对水中蠹代烃去除 效果明显( 对c h c l 3 和c 2 c 1 4 的去除率分别大于7 0 和8 0 ) ，并且出水中细菌很 少。 日本丰桥大学的k i s o 【2 6 1 采用孔径为1 0 0 - - 3 0 0g r n 的聚酰胺筛绢为过滤材料， 代替硒r 中的微滤膜构建了动态膜生物反应器。结栗表明，在反应器内污泥浓 度为6 5 0 0m g l 、出水压差为9 8p a 时，形成的生物动态膜具有较好的过滤性能， 出永s s 在1 0 分钟志低予1 0m g l ，在4 0 分铮后低于5m 班。且在连续曝气的 情况下，出水s s 和浊度分别为1 3m g l 和1 1n t u 。在非常低的水头( 5 - - 1 0 m m h 2 0 ) 时反应器可戬稳定运行2 - 3 个周。 韩国国立昌原大学的s e o 2 7 】等采用无纺布构建动态膜生物反应器处理生活 污水，采用重力自流出水，反应器处理出水s s 和c o d c ，浓度平均为3 2m g i l 釉 1 5m g l 、1 3m 叽，平均去除率分别为9 2 3 和9 1 6 ，总氮和总磷的去除率分 别6 6 为2 3 。 清华大学的范彬【2 8 3 0 】对动态膜生物反应器处理城市污水进行了研究，采用 o 1m m 孔径的聚酰酯筛绢构建一体式动态膜生物反应器( d m r ) 处理实际城 市污水。研究表明当h r t 为3 5h 时，出水水质良好，在多数情况下s s 为0 ， 对氨氮的去除率大予9 6 ，动态膜生物反应器连续运行2 7d ，出水永头无琵显 改变。 1 2 山东大学硕士学位论文 圊济大学的高松、髑增炎3 1 1 等研究了8 0 岬的铁丝网对污泥的过滤性能， 结果表明动态膜能在2 5m i n 内迅速形成，1 5m i n 后出水浊度可以降到i n t u 以下。 山东大学的邱宪锋f 3 2 l 利用动态膜生物反应器处理生活污水并对反应器中动 态膜的结构和作用进行了研究。结果表明，出水东头为8c m 的条件下，1 0 0m i n 以后出水水质趋于稳定，动态膜基本形成。稳定运行状态下，动态膜生物反应器 对c o d 、氨氮和总氮的总平均去除率分别为7 8 4 、9 5 。0 、4 0 。0 ，生物动态 膜主要由丝状菌、杆菌、球菌及其分泌物组成。 清华大学的吴盈禧f 3 3 l 对微网组件结构进行优化屠，研究了动态膜生物反应 器在高通量下处理生活污水的运行特性。结果表明，反应器能长期稳定运行。在 高达4 0 酗蕾2 h 的适量下稳定运行3 3d 后，过滤压差从零上舞委u 2 4 5p a ；动态膜形 成后出水浊度在5n t u 以下，对c o d 和氨氮的平均去除率分别为7 8 和9 1 。 薹。4 课题的提出 1 4 1 研究目的 本研究的主要霉的是透过对试验拟考察的受污染河东、生活污水进行混凝 动态膜组合工艺的处理，探索该组合工艺用于污水处理的的可行性；并考察动态 膜处理各种污水的运行特性；在此基穑上研究动态膜运行稳定性影响因素。 1 4 2 研究内容 ( 1 ) 动态膜过滤基材的筛选 本研究选择市场常见、价格便宜的无纺布、筛网等作为过滤基材，通过比较 动态膜基材的物理性质和清水膜逶量、动态膜的形成过程及过滤特性，筛选出混 凝后固液分离适用的良好的动态膜过滤基材。 ( 2 ) 混凝动态膜组合工艺用于污承处理的可行性研究 考察混凝动态膜组合工艺处理生活污水、受污染河水等的可行性。实验室 烧杯试验确定针对具体废水的高效、经济混凝剂，针对进水水质波动的范围，筛 选出混凝剂的投加量，在动态膜反应器中投加混凝剂实现混合反应过程，考察该 组合工艺对于污水的处理效果。 ( 3 ) 运行特性研究 研究混凝动态膜组合工艺对于生活污水和受污染河水的运行特性。考察混 凝动态膜反应器对于s s 、c o d 、总磷、总氮等污染物的去除效果。岛此同时分 山东大学硕士学位论文 析膜污染堵塞机理，考察不同清洗方法对动态膜的清洗效果，并剩用扫描电子最 微镜和进出水粒度研究动态膜的表面状况和截留性能。 ( 4 ) 动态膜运行稳定性影响因素研究 通过对膜通量、水头压差、膜面错流速率等因素的深入研究，为动态膜过滤 阻力上升机理的研究提供基础，并对混凝动态膜反应器的设计和运行条件的优 化提供依据。 1 4 山东大学硕士学位论文 第二章膜基材的筛选 微网膜基材主要起支撑作用，其表面形成的污泥层对颗粒和胶体的截留起关 键作用。由微网膜基材所构建的膜组件是混凝。动态膜反应器的核心部件，其表 面形成的滤饼层对悬浮颗粒的截留起关键作用，膜基材的性质将会影响混凝一动 态膜反应器运行的稳定性。微网膜基材除了应该具有经济、易获得的特点以外， 还应该具有良好的颗粒附着性能、化学性质稳定、膜污染易于控制和机械强度高 等特点【3 4 】。 本论文选取了常见而又廉价的筛网、无纺布、不锈钢网作为微网膜基材，通 过比较不同膜基材的物理性质和清水膜通量、处理污水时动态膜的形成及过滤特 性，筛选获得性能较好的膜基材。 2 1 试验装置与方法 2 1 1 试验装置 图2 】混凝动态膜反应器实验装置外观 图2 - 2 膜组件外观( 以无纺布为基材) 山东大学硕士学位论文 土 冬泵 = = 2 7 。弋、a 珏。 l l t l _ 膜 缝 件 k 泵 繁头q 岁 c 3警 卜一 黧2 - 3 试验装置示意鬻 混凝动态膜反应器试验装置外观和示意图分别如图2 1 和图2 3 所示。其主体 由有机玻璃加工焉成，反应器长宽高分别为4 0e m 2 0 c m x 5 0c m ，中闻用挡板 一分为二。动态膜组件是由p v c 板、铁丝网和膜基材自制而成的，类似于板式膜 ( 见图2 2 ) 。反应器利用反应器内水面与膜组件出水管之闯的求头差鲁流出水。 利用曝气装置在左侧进行曝气，使废水与絮凝剂充分混合并形成环流。所处理废 水与混凝剂混合反应形成大量的絮体，含着大量絮体的混合液透过膜组件进行错 流过滤，逐渐在原膜表面形成膜污染层，该污染层大大提高了原膜的截流能力， 郎为动态貘。 2 1 2 试验方法 ( 1 ) 清水过滤试验 量 筒 随2 4 清水递透性试验装置不惹图 清水过滤试验装置如图2 - 4 所示，所用的清水为实验室自来水。试验槽的横 截面积为0 1 9 6 2 5m 2 ，进行清水过滤试验时每次出水的体积控制在2 0 0m l 以下， 每次试验后均将出水返回试验槽中以保持槽中的液面高度，因此试验过程中因出 水引起的出水水头的降低小于o 1c m ，相对予试验中的出水水头高度( 最低为2 e r a ) 而言误差小于5 。通过加减水的方法改变出水水头，即每增加或减少3 9 2 5 1 6 出东大学硕士学位论文 m l 水，出水水头增加或减少2c m 。 分别用涤纶筛网、不锈钢丝网、单滑面无纺布和双滑面无纺布等四种微网膜 基材制成四种平板动念膜组件，然后将这四种动态膜组彳牛分剐放入试验槽中，比 较四种动态膜组件在不同出水水头条件下过滤清水时的出水通量。打开出水豳， 按前述方法测量流出一定体积( 2 0 0m l ) 所需时间。计算锝相应出水水头差下 的通量。 ( 2 ) 初滤试验 以涤纶筛网、不锈钢丝网、单滑面无纺布和双滑面无纺布等四种微网动态膜 组件构建的混凝动态膜反应器处理受污染河水。试验装罨如图2 3 所示。通过 烧杯混凝试验，选择聚合氯化铝p a c 为处理受污染河水的混凝剂，最佳投药量 为8 0 m g l 。 反应器恒通量操作，在p a c 投药量8 0m g i l 的条件下，出水水头从0c m 开始， 分别将涤纶筛网、不锈钢丝网、单滑面无纺布和双港面无纺雄等四种膜组件置入 反应器中，在开始出水之后6h 内定时取样分析，比较四种膜组件的动态膜形成 时间。 实验原水取自济南市窑头大沟，试验期间，原水s s1 0 0 - - , 4 0 0m g l ，浊度 6 1 3 1 9 5n t u ，s s 采用重量法测定，浊度采用h a c h 2 1 0 0 p 便携式浊度仪测定。 2 2 动态膜材料的物理性质比较 筛翔、不锈钢丝网、单滑面无纺布和双滑面无纺布等四种微网膜基材的物遴 性质对比如表2 1 所示。可见，该四种微网膜基材由性质稳定的化学合成纤维或 无机会属组成，其价格为1 4 - - - 3 0 露m 2 ，远低于常规中空纤维超滤膜组件的市场 价格( 约1 5 0 - 4 5 0 元m 2 ) 。 表2 1 微网貘基耪戆物理性震对眈 孔径( 1 a m ) 材料 重餐( e l m 2 ) 价格( 元m 2 ) 1 7 山东大学硕士学位论文 2 3 清水膜通量分析 通过清水过滤试验，分析涤纶筛网、不锈钢丝网、单滑面无纺布和双滑面无 纺毒等四种微网动态膜组件在未使用鲶情况下过滤清水时的避水水头和膜通量 的关系。清水试验结果如图2 5 所示。 水头( c m ) - , d k - - 苓锈镧m i , i o l l - - = t - - 凑戆籍嚣- 4 1 攀簿嚣乏绫毒嘎陋疆簿蠢j 翁毒 图2 - 5 不同基材膜组件的清水膜通量与出水水头的关系 图2 。5 表明，对于圈种微网膜基材刮成的动态膜组件，箕蹬水膜逶量均随着 出水水头变化的增加而上升。在相同的出水水头下，由涤纶筛网制成的动态膜组 件的清水膜通量最大；单滑面无纺布钊成的动态膜组件的膜遥量与不锈钢丝制成 的动态膜组件的膜通量接近，要小于涤纶筛网；双滑面无纺布制作的膜组件的清 水膜通鐾最小，且远小予其它三辫膜基材剃成的动态膜组件的清水膜逶量。 2 4 混凝动态膜的形成 以涤纶筛网、不锈钢丝网、单滑面无纺布和双滑面无纺布等西种微网动态膜 组件构建的混凝动态膜反应器处理受污染河水，反应器启动后出水浊度随时间 的变化见图2 - 6 。 1 8 5 3 s 2 5 ， 5 o o 曾、1)喊耐鏊 。 山东大学颈士学位论文 4 2 o i o 05 0 1 0 01 5 02 0 02 5 0 3 0 0 时h j ( m i n ) + 零滑瑟无纺奄+ 不锈铡翊1 4 0 日七双滑殛涎统蠢c 卜涤纶戆两l 妁翌 图2 - 6 运行初期出水浊度变化情况 由圈2 - 6 可知，1 4 0 暖涤纶筛网和单滑面无纺布构建的微网动态膜组件从过 滤开始出水浊度即迅速下降，6 0r a i n 之后处理出水浊度就降低到3n w 以下， 之后出水浊度持续缓慢下降，s s 监测不出。根据吴盈禧和范斌的研究【2 7 ，3 翻，警 反应器出水浊度稳定在某个较低的值以下，亦即出水s s 有良好而稳定的截留效 果时，可以认为反应器内动态膜已基本形成。因此，麸图中可知1 4 0 躁涤纶筛网 和单滑面无纺布构建的混凝动态膜组件可以在短的时间内形成稳定的混凝动态 膜，从焉保证良好的膜过滤效果。1 4 0 星涤纶筛网和单滑面光纺东在微网动态膜 组件的构建中具有良好的适用性。 对予以双滑西无纺布构建的微鼹动态膜组件，英出承浊度也麸过滤开始大幅 下降，在6 0m i 吨后保持稳定，稳定后的浊度较1 4 0 目涤纶筛网和单滑面无纺布 略高，维持在5n t u 左右。可见双滑面无纺布构建的微网动态膜组件亦能在较短 的时间内形成动态膜，但相同压力下其过滤膜通量太小，故在微网动态膜组件的 构建中不如1 4 0 露涤纶簿鬻和单滑蘧无纺毒。 1 4 0 目不锈钢网构建的混凝动态膜过滤出水浊度一开始也明显下降，但之后 不能保持稳定，随时闯反丽上升，n 6 囊竟离达1 0 n t u 左右。可见，不锈钢网构 建的微网动态膜组件不能形成稳定的动态膜，不锈钢网在微网动态膜组件的构建 中不具有良好的适雳性。 2 5 小结 ( 1 ) 筛网、不锈钢丝潮、单滑面无纺布和双滑面无纺布等四种徽网膜基材由 性质稳定的化学合成纤维或无机金属组成，其价格远低于常规中空纤维超滤膜市 1 9 山东大学硕士学位论文 场价格。 ( 2 ) 相同的出水水头下，由涤纶筛网制成的动态膜组件的清水膜通量最大； 单滑面无纺布制成的动态膜组件的膜通量与不锈钢网接近；双滑面无纺布制作的 膜组件的清水膜通量远小于其它三种膜基材。 ( 3 ) 1 4 0 目涤纶筛网和单滑面无纺布在微网动态膜组件的构建中具有良好的 适用性，其膜组件可以在6 0m i n 内形成稳定的混凝动态膜，保证处理出水的浊度 在3n t u 以下；双滑面无纺布构建的微网动态膜组件能较快形成动态膜，但在微 网动态膜组件的构建中不如1 4 0 目涤纶筛网和单滑面无纺布；不锈钢网在微网动 态膜组件的构建中不具有良好的适用性。 山东大学硕士学位论文 第三章混凝动态膜组合工艺处理受污染河水的研究 在第二章微网基材筛选的基础上，本章以无纺布作为过滤基材构建了混凝一 动态膜生物反应器处理受污染河水，对混凝动态膜组合工艺处理受污染河水躲 运行特性进行了研究，并分析了膜污染堵塞机理，考察不同清洗方法对动态膜的 清洗效莱。 3 1 试验装置与方法 3 1 1 烧杯混凝试验 通过烧杯混凝试验【3 5 】，从无机混凝剂聚合硫酸铁p f s ( 南京市化学工业总公 司精细化工厂) 、聚合氯化铝铁p a f c ( 南京市化学工业总公司精细化工厂) 和 聚合氯化铝p a c ( 淄博多元水处理有限公司) 遴选出受污染河水最合适的混凝 剂及最佳投加量。烧杯混凝试验操作分两步；快速混合：搅拌桨转速4 0r m i l l ， 于1l 污水中加入混凝剂，在2 0 0r m i l l 的转速继续搅拌1m i n ；慢速反应：搅 拌桨转速4 0r m i n ，时间1 0m i l l 。将混凝艨的水样静止沉淀1 0m i l l ，于水面下2 c m 处取上清液进行相关水质分析。 3 1 2 混凝动态膜反应器的运行 采用4 5 0g m 2 单滑面无纺布构建混凝- 动态膜反应器处理受污染河水，试验 装置如图2 3 所示。反应器主要运行参数为：膜通量1 0 0l m 2 0 h ，侧向曝气量o 1 m 3 m 。反应器稳定运行时进水流量与出水流量基本相等，为恒流量操作。膜组件 利用反应器液面与出水翻的液面差a h ( 出水水头) 自流出水。随着过滤的进行， 膜组件上逐渐形成动态膜，膜阻力的增加会导致液面的升高，设定每个运行周期 从出水水头0c m 作开始，至8c m 时结束。每个周期结束后清洗膜组件。反应器 连续运行2 0 天，每隔四天取周期运行4 小时后的进出水s s 、浊度、c o d 、总磷 和总氦进行检测。 3 。1 3 试验原水水质及监测项目与方法 ( 1 ) 试验原水水质 实验原水取自济南市窑头大沟，其水质见表3 1 。 表3 1 原水水质 ( 2 ) 监测项目与方法 2 l 山东大学硕士学位论文 监测项目与方法如表3 2 所示。 表3 2 常见测试项目的测定方法 测试项目测定方法 c o d燕铬酸钾法p 州 s s重量法1 3 6 1 葱磷过硫酸锊消藕锱锑抗坏瓿酸分光光度法f 蚓 总氮碱性过硫酸钾氧化紫外分光光度法1 3 6 1 浊痊 秘度c h2 1 0 0 p 便携式淫度纹 3 2 混凝剂及最佳投药量的选择 通过烧杯混凝试验，考察了p f s 、p a f c 和p a c 在不同投加量下对受污染河水 浊度的去除效果，从而选出针对受污染河水最合适的混凝剂。 圈3 1 显示了不同混凝剂在不同投加药量下浊度的去除率。 l o o 9 0 乎 锝8 0 篷 饕7 0 爱 6 0 5 0 02 04 06 0 投药星c r a g l )p a c p f sa p a f c 图3 1p a c 、p f s 、p a f c 在不同投药量对浊度的去除 由图3 1 可知，在相同的投药量下，p a c 是三种混凝剂中对受污染河水浊度 去除效果最好的，因此，采用聚合氯化铝( p a c ) 作处理受污染河水的混凝剂。 继续烧杯混凝试验，考察p a c 投翔量对原水浊度、c o d 、正磷酸盐帮总磷去除效 果的影响，选择最佳的p a c 投加量。图3 2 为在不同p a c 投加药量时各指标的去 除率。 山东大学硬士学位论文 1 0 0 8 0 ； 静 鬟 4 0 o2 04 06 08 01 0 0 投药帚( m g l ) 一浊成- u - c o d - - x - - 正磷酸盐一总磷 图3 - 2p a c 不同投加蓟馘各污染物的去除翠 由图3 2 可知，当p a c 投药量从0m g l 增加到6 0m g l 时，浊度去除率从 5 7 4 6 上升至9 7 6 4 ，去除率随着投药量的增加明显上升；当p a c 投药量继 续增加，浊度去除率增加较小，从6 0m g l 增加到1 0 0m g l ，去除率仅增加o 。9 9 ，去除效果无明显增加。这表明在烧杯混凝试验条件下，所选混凝剂p a c 对 原水浊度的去除效果随着投药量的增加先上升后趋于平稳。 c o d 去除率随p a c 投药量的增加呈阶段性上升趋势。当p a c 投药量从0 m g l 增加到2 0m g l 时，c o d 去除率仅上升4 。8 ，丽当p a c 投药量从2 0m g l 增加到4 0m g l 时，c o d 去除率上升1 5 2 ；当p a c 投药量从4 0m g l 增加到 6 0m g l 时，c o d 去除率仅上井2 9 ，面当p a c 投药量从6 0m g l 增加到8 0 m g l 时，c o d 去除率上升7 1 ；p a c 投药量为8 0m g l 时，c o d 去除率为8 0 ，仅比投药量1 0 0m g l 时低l 。1 4 。 原水总磷和正磷酸盐的去除率一直随着p a c 投加量的增加而上升。当p a c 投药量为0m 舡时，原水总磷和正磷酸盐的去除率很低，均在l o 以下；p a c 投药量为8 0m g l 时，总磷和正磷酸盐的去除率分别达8 1 8 和6 1 5 5 。此时， 总磷已降至1m g l 以下。 综上可知，试验所选絮凝剂p a c 对原水的浊度、c o d 、正磷酸盐和总磷的 去除效果总体上都随着投药量的增加丽上升。当投药量为8 0 巍g 忍时，浊度、 c o d 、芷磷酸盐和总磷的去除率很好，分别达9 8 3 8 、8 0 、6 1 5 5 和8 1 8 ， 且再增加投药量对各指标的去除贡献不大。综会技术和经济上的考虑，确定在以 后试验中p a c 投药量为8 0m g l 。 2 3 山东大学硕士学位论文 3 。3 混凝动态膜组合工艺运行特性研究 3 3 1 混凝动态膜对和浊度的去除效果 ( 1 ) 混凝动态膜对s s 的去除效果 混凝动态膜对s s 的有效截留是其形成的的关键和前提，而且对s s 强大的 截留能为也是英显著优点之一。在在试验过程中，分别对一个周期内的出水s s 和正常运行期间的进、出水s s 进行监测。图3 3 显示了一个周期内，反应器对 s s 的去除效果。 2 5 0 2 0 0 1 5 0 目 踢1 0 0 5 0 o 01 0 02 0 03 0 04 0 0 毒 6 0 07 0 08 0 09 0 01 0 0 0 8 寸问( m i n ) 图3 3 混凝动态膜在一溺期内对s s 靛去除 反应器从出水水头0c m 开始运行，出水水头约0 6c m 时开始出水。由图3 ，3 可知，壤水瞬阗s s 高达2 2 4m g f i , ，此后s s 一直保持下降趋势，虽在出承1 5m i n 到3 0 r a i n 时有所波动，但在3 3 r a i n 之后又恢复下降趋势。在出水5 5 r a i n 之后， s s 就不再检出，此时认为动态膜已形成，观察出水已清澈透明，无颗粒物存在。 这表明：随着过滤进程，动态膜可以在比较短的时间内生成并达到良好的过滤 效果；无纺布本身对s s 并没有很强的截赣作震，特剐是缺乏瓣徽细颗粒的截憋 作用。 连续运行期问，水样取每个周期运行强出水，s s 均未捡出。这表明，混凝 动态膜对s s 有良好的稳定的截留能力。连续运行期间，水质波动较大，但混凝 动态膜反应器对s s 的截流效果都很稳定。 ( 2 ) 混凝动态膜对浊度的去除效果 混凝动态膜个周期内对洼度的去除如图3 4 所示。 山东大学硕士学位论文 3 0 r避坟洼度1 4 9k 鬏j 2 5 2 0 毒 弓 1 5 瑙 嗣l o 5 0 01 0 02 0 03 0 04 0 05 0 06 0 07 0 08 0 09 0 01 0 0 0 对闽难i n ) 图3 4 混凝动态貘在一周期内对浊度熬去除 由图3 - 4 可知，浊度与s s 在一个周期内随时间的变化是一致的。在出水1h 内浊度下降较快，因为这段时间噩好是动态膜形成的时候，到lh 时融出水瞬间 的2 5 9n t u 降至3 5 ln w ，之后变化曲线趋于平缓，到1 6h 后即周期终点时， 缓慢降至1 5 2n 弼。 在持续运行期间，每四天测一次出水浊度，水样也取每个周期运行4 h 出水， 结果如表3 3 所示