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纳滤应用于市政废水深度处理的研究

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学位论文的主要创新点

第一章 绪论

1.1 市政废水及深度处理技术

1.1.1 市政废水定义

1.1.2 市政废水特点

1.1.3 市政废水深度处理技术

1.2 MBR技术

1.2.1 MBR处理市政废水的特点

1.2.2 MBR在市政废水处理中的应用

1.3 纳滤技术

1.3.1 纳滤膜的分离机理

1.3.2 纳滤膜污染

1.3.3 纳滤膜在处理市政废水中的应用

1.4 双膜法处理市政废水的应用

1.5 双膜法中纳滤技术的应用前景

1.6 本课题的研究目的和内容

第二章 实验装置和分析方法

2.1 进水水质

2.2 实验装置

2.2.1 小试装置

2.2.2 中试装置

2.2.3 膜元件

2.3 分析方法及测试仪器

2.3.1 NF膜脱盐率和NF膜进水SDI值的测定方法

2.3.2 水中溶解性有机物分子量分布的测定方法

2.3.3 水中臭氧浓度测定方法

2.3.4 膜过滤过程中膜污染阻力的测定方法

2.3.5 其他水质指标的测定

2.3.6 实验数据处理

第三章 有机物分子量分布对纳滤膜污染的研究

3.1 MBR出水中有机物分子量分布特征

3.2 纳滤膜的清水通量

3.3 分子量分布不同的有机物对纳滤膜透水通量衰减的影响

3.4 分子量分布不同有机物对纳滤膜截留性能的影响

3.5 膜污染电镜图

3.6 膜污染EDX能谱分析图

3.7 膜阻力百分比

3.8 膜污染控制手段的探讨

第四章 臭氧、活性炭技术作为NF系统预处理手段的研究

4.1 臭氧技术对MBR出水处理效果

4.1.1 臭氧氧化处理

4.1.2 臭氧对水中污染物的处理效果

4.1.3 臭氧前后水中有机物分子量分布区间变化

4.2 活性炭技术对MBR出水处理效果

4.2.1 活性炭去除污染物机理

4.2.2 活性炭对水中污染物的处理效果

4.2.3 活性炭前后水中有机物分子量分布区间变化

4.3 臭氧活性炭联用技术对MBR出水处理效果

4.3.1 臭氧活性炭对浊度的去除效果

4.3.2 臭氧活性炭对TOC的去除效果

4.3.3 臭氧活性炭联用前后水中有机物分子量分布区间变化

4.4 三种预处理工艺出水对NF膜的污染

4.5 本章小结

第五章 NF系统连续运行的中试研究

5.1 设备性能的确定

5.1.1 最佳回收率的确定

5.1.2 运行时间对设备的影响

5.1.3 温度对设备的影响

5.2 纳滤设备连续运行的去处能效分析

5.2.1 TOC的去除效果

5.2.2 电导率的去除效果

5.2.3 Ca2+的去除效果

5.2.4 Na+的去除效果

5.2.5 Cl-的去除效果

5.2.6 细菌的去除效果

5.3 膜污染及清洗

5.3.1 膜污染过程

5.3.2 膜清洗及恢复的研究

5.4 中试实验的经济分析

5.4.1 基本建设投资

5.4.2 经营管理费用

5.4.3 运行成本

5.4.4 社会经济性

5.5 本章小结

第六章 结论及展望

6.1 结论

6.2 展望

参考文献

发表论文和科研情况说明

致谢

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摘要

目前,把纳滤膜应用于市政废水深度处理领域的主要问题是:膜污染造成的水通量下降及膜寿命的降低,这也是纳滤膜法水处理技术难以广泛应用的主要原因。
   本次实验以MBR出水为原水,经过合适的预处理,采用纳滤膜进行深度处理,观察双膜法(MBR+NF)后段纳滤膜污染状况,探讨其污染机理及有效的预处理手段。
   首先,用不同分子量分布的原水进行纳滤膜透水实验,结果表明分子量分布不同会影响膜的透水通量衰减程度和截留率的大小。分子量小于1kDa的低分子有机物的膜通量衰减最大,分子量小于100kDa的有机物通量衰减最小;通过纳滤膜表面阻力研究和扫描电镜分析,得到膜通量衰减主要是由溶解性有机物在膜表面沉积引起的,并且分子量小于1kDa的有机物引起的污染占主要作用。
   其次,采用臭氧、活性炭、臭氧活性炭联用三种技术对MBR出水进行预处理,实验结果表明不同的预处理手段后的水中有机物的特点出现变化。经过臭氧化处理后的纳滤进水中小于1kDa的有机物占到TOC总值的67.11%。活性炭处理后的纳滤进水中小于1kDa的有机物占到TOC总值的48.87%。臭氧活性炭技术出水中小于1kDa的有机物占到TOC总值的72.19%。实验同时研究了三种预处理后出水进入纳滤系统后有机物在膜表面的吸附沉积,得到臭氧出水中10.54%的有机物被截留在膜表面,活性炭出水为5.38%,臭氧活性炭为9.12%。从而得出活性炭预处理工艺对纳滤系统经膜污染影响最小的结论。
   最后,本文探讨了纳滤系统连续运行工况的特点,并对纳滤膜清洗方式进行优化研究,核算了纳滤中试系统的运行成本。实验结果表明:纳滤膜出水水质指标保持稳定,出水达到设计要求;用0.1%(w)NaOH+2%(w)柠檬酸循环1小时的清洗方案可达到最佳通量恢复78%;单位制水成本为0.61元/吨。

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