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饮用水处理中超滤膜污染及清洗方法的中试研究

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第一章绪论

1.1课题研究的背景

1.1.1水质标准的提高使得超滤技术成为饮用水处理的关键技术之一

1.1.2超滤膜分离技术在饮用水处理中存在的问题

1.2超滤技术在饮用水处理中的应用概况

1.2.1超滤技术的基本原理

1.2.2超滤技术在饮用水处理中的应用概况

1.3超滤膜污染及清洗方法的研究现状

1.3.1膜污染原因

1.3.2膜污染研究现状

1.3.3膜清洗方法的研究现状

1.4课题研究的目的和意义

第二章试验装置和研究内容

2.1试验所在水厂概况

2.2工艺流程及试验装置

2.2.1试验工艺流程

2.2.2试验装置

2.3试验分析项目及方法

2.4课题研究内容

第三章超滤中试装置处理效果分析

3.1试验装置的运行工况

3.1.1试验装置处理沉淀池出水的运行工况

3.1.2试验装置处理砂滤池出水的运行工况

3.2超滤膜处理效果分析

3.2.1中试装置处理处理效果概况

3.2.2超滤膜处理效果分析

3.3本章小结

第四章膜污染影响因素的试验研究

4.1膜污染的主要影响因素

4.2膜污染程度的比较方法

4.3超滤膜处理沉淀池出水的膜污染影响因素分析

4.3.1试验期间跨膜压差和膜比通量的总体变化情况

4.3.2不同水质期对膜污染的影响

4.3.3不同混凝药剂种类和投加量对膜污染的影响

4.3.4不同膜通量对膜污染的影响

4.3.5单位周期内不同过滤时间对膜污染的影响

4.4超滤膜处理砂滤池出水的膜污染影响因素分析

4.4.1试验期间跨膜压差和膜比通量的总体变化情况

4.4.2投加粉末活性炭对膜污染的影响

4.4.3反冲洗水中加氯对膜污染的影响

4.4.4不同膜通量对膜污染的影响

4.4.5单位周期内不同过滤时间对膜污染的影响

4.4.6预加氯和反洗水加氯对膜污染的影响比较

4.5本章小结

第五章膜清洗方法的试验研究

5.1膜清洗效果的主要影响因素

5.2物理清洗试验

5.2.1反冲洗的整体效果

5.2.2反冲洗水量对清洗效果的影响

5.2.3反冲洗时曝气流量对清洗效果的影响

5.3在线化学清洗(CEB)

5.3.1在线化学清洗概况

5.3.2在线化学清洗效果分析

5.4离线化学清洗试验

5.4.1超滤膜处理沉淀池出水阶段的离线化学清洗

5.4.2超滤膜处理砂滤池出水阶段的离线化学清洗

5.5超滤膜污染状况分析

5.6本章小结

第六章超滤设备的运行成本和运行稳定性分析

6.1中试设备的运行成本分析

6.1.1超滤膜处理沉淀池出水阶段运行成本分析

6.1.2超滤膜处理砂滤池出水阶段药剂费用

6.2超滤设备的运行稳定性分析

6.2.1超滤膜处理沉淀池出水阶段运行稳定性分析

6.2.2超滤膜处理砂滤池出水阶段运行稳定性分析

6.3本章小结

第七章结论和建议

7.1结论

7.2建议

参考文献

硕士研究生期间发表的论文

致谢

附录

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摘要

由于生活饮用水卫生标准不断提高和水源污染的加剧,常规水处理工艺已不能满足处理要求,超滤工艺饮用水处理新工艺,但超滤工艺在推广应用过程中存在着膜污染和由此导致的运行费用提高及膜寿命缩短等问题。本文针对滦河原水,进行了超滤膜污染的影响因素及膜清洗方法中试研究。
   本文对中窄纤维超滤膜处理沉淀池出水的主要水质指标进行了考察,结果表明,在长期连续运行中,超滤膜出水水质稳定、安全可靠,出水水质优于《生活饮用水卫生标准》(GB5749-2006)要求;处理砂滤池出水时膜出水水质优于处理沉淀池出水时膜出水水质。
   本文从水质特性、操作条件入手,根据膜运行过程中跨膜压差、膜比通量和比通量衰减速率的变化,研究了膜污染的影响因素。得出,膜进水水质、混凝药剂种类和投加量、膜通量和周期过滤时间、膜进水预氯化或反洗水加氯、原水投加粉末活性炭等均影响膜污染速度。主要结论为:不同水质期膜污染速率为:低温低浊期>常温常浊期>高温高藻期;混凝剂三氯化铁、聚合氯化铝与助凝剂HCA联合使用时的膜污染速度小于三氯化铁、聚合氯化铝和硅酸钠联合使用时的膜污染速度;随着膜通量的增加和单位周期内过滤时间的延长,膜比通量的下降速度和比通量衰减速率加快,膜污染趋于严重;而膜进水预氯化的膜污染速度大于反洗水加氯时膜污染速度:投加适量的活性炭(5mg/L)有助于减缓膜污染,但投加量过大时(10mg/L)反而会加快膜污染。
   本文研究了物理清洗、在线化学清洗和离线化学清洗对控制膜污染的效果,得出:反冲洗可以降低跨膜压差,但是降低量有限;通量维护时,膜设备处理沉淀池出水阶段,高温高藻期一般采用NaCO和HCl交替使用的清洗方法,常温常浊期一般选择单独NaClO清洗的方法,低温低浊期可采用NaOH+HCl浸泡的清洗方式,处理砂滤池出水时,使用NaClO浸泡效果较好。整体看,内侧加药比外侧加药的方法具有优势;采用NaOH、NaClO、HCl柠檬酸离线化学清洗时,跨膜压差均有不同程度地降低;碱洗对有机物的去除效果优于酸洗,酸洗对无机物的去除效果优于碱洗:膜受到的无机离子污染主要为镁、钙、铁、铝、硅等污染;X光荧光衍射结果表明,铝、硅和铁是造成膜污染的主要离子成份,铝离子可以通过化学清洗去除,而部分硅和铁离子不能通化学清洗去除,对膜造成不可逆污染。
   本文对膜设备的运行成本和运行稳定性进行初步分析,得出:超滤膜处理沉淀池出水阶段,单位产水量总药剂平均费用为0.140元/m3,平均电费为0.082元/m3,平均膜折旧费用为0.058元/m3,单位产水量总的运行费用的平均值为0.280元/m3;超滤膜处理砂滤池出水阶段,单位产水量总药剂平均费用为0.021元/m3,平均电费为0.103元/m2,平均膜折旧费用为0.045元/m3,单位产水量总的运行费用的平均值为0.169元/m3;膜设备共出现26次故障(沉淀池出水阶段5次、砂滤池出水阶段4次),膜组件本身仅在处理沉淀池出水阶段出现5%的故障率,其余均为膜配套设备出现的问题,设备整体的稳定性可以得到较好的保证。

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