超滤技术在给水处理中的运用及运行特性研究

采用混凝/沉淀/浸没式超滤工艺处理西江原水,考察了浸没式超滤工艺对CODMn、氨氮、浊度和颗粒物的去除效率,研究了试验期间系统跨膜压差(TMP)的变化,确定了超滤工艺适宜的跨膜通量,最后探讨了不同化学清洗方法对膜污染的控制.试验结果表明:混凝/沉淀/浸没式超滤工艺出水水质稳定,处理效果安全可靠,膜出水CODMn和氨氮浓度均达到了《生活饮用水卫生标准》(GB 5749-2006)和《饮用净水水质标准》(CJ 94-2005);膜出水浊度＜0.1 NTU.当膜通量在30 L/(m2·h)左右时,TMP增长缓慢;当膜通量＞40 L/(m2·h)时,膜污染严重,TMP增长明显加快,故实际工程应选择适当膜通量.采用先酸(HCl)洗后碱(NaClO)洗的化学清洗方法可以有效控制膜污染.     

混凝/沉淀/PVC复合膜工艺处理受污染源水的中试

针对北方受污染水源水的水质特点,基于"混凝/沉淀/PVC复合膜"工艺,通过中试考察了PVC复合膜的水质净化效果和膜系统运行情况。在PVC复合膜出水中未检测到总大肠菌群,出水浊度平均为0.054 NTU;复合膜对CODMn、余铝和藻类的平均去除率分别为27.4%、68%、99%。以25、30和35 L/(m~2·h)的膜通量运行时,TMP均在30 kPa以下,PVC复合膜的运行压力较低。气水反洗和维护性清洗能明显降低PVC复合膜的TMP,缓解膜污染。膜通量为25 L/(m~2·h)时,其TMP基本稳定在7.7~15 kPa;膜通量为30 L/(m~2·h)时,在加氯预处理条件下膜污染较轻;以35 L/(m~2·h)的膜通量运行时,过滤60 min反洗1次能够有效降低膜污染;建议维护性清洗周期为14 d。     

混凝-超滤组合工艺运行优化研究

采用混凝/浸没式超滤组合工艺对深圳某原水进行中试研究,从有机物去除和膜污染控制两方面对聚合氯化铝(PAC)投加量和膜池曝气强度进行了优化。结果表明,膜池气水比为12∶1,PAC投加量为0、3、4 mg/L时,Zeta电位绝对值逐渐减小,颗粒数和COD Mn去除效果增强,继续增加PAC投加量到5 mg/L,则Zeta电位绝对值增大,颗粒数和COD Mn去除效果变差。PAC投加量为4 mg/L,膜池气水比为(7.5∶1)、(9∶1)、(12∶1)时,Zeta电位绝对值逐渐减小,颗粒数和COD Mn去除效果逐渐增强,继续增大气水比到15∶1,则Zeta电位增大,颗粒数和COD Mn去除效果变差。PAC的投加和膜池曝气可减缓不可逆膜污染,增加PAC投加量可提高DOC去除率,降低单周期TMP增幅;提高曝气强度会降低DOC去除率,降低单周期TMP增幅。     

在线混凝/超滤处理太湖水的试验研究

超滤试验以太湖水为原水,采用在线混凝/超滤(CUF)和直接超滤(UF)并行的运行方式,通量设置为75～90 L/(m~2·h),分析跨膜压差(TMP)的变化,考察对有机物和藻类的去除效果。试验结果表明,CUF和UF都能在高通量下稳定运行,TMP均不超过30 kPa,且CUF可以有效降低TMP;超滤去除溶解性有机物的能力较弱,混凝增加了其对小分子有机物的去除效果;超滤能很好地去除藻蓝蛋白和硅藻,去除率分别在88. 90%和82. 58%以上,混凝可以强化超滤对硅藻的去除,但对于藻蓝蛋白却相反。     

低压无清洗浸没式直接超滤工艺中试研究

以某农村水库水为研究对象,系统地研究了低压(6.5 k Pa)无清洗浸没式直接超滤工艺长期连续运行的通量稳定性和净水效能。结果表明:低压浸没式直接超滤系统在无清洗条件下可以长期连续稳定运行,稳定通量为6~7 L/(m~2·h),跨膜压差(TMP)为3.5×1012m~(-1);三维荧光光谱分析表明系统对SMP的去除效果最佳,对酪氨酸类蛋白质的去除效果次之,对腐殖质的去除效果最差;出水浊度、COD_(Mn)、UV_(254)、DOC和氨氮浓度分别为0.03~0.05 NTU、0.8~1.2 mg/L、0.018~0.023 cm~(-1)、1.07 mg/L和0.20 mg/L以下,而细菌和总大肠菌群均未检出,出水水质满足《生活饮用水卫生标准》(GB 5749—2006)。这为低压无清洗浸没式直接超滤工艺在农村的推广应用提供了技术支撑。     

响应面法优化超滤组合工艺的整体运行参数

超滤技术的膜污染问题已成为制约其推广应用的关键,针对这一现状,提出对超滤组合工艺的整体参数进行系统性、科学性的优化。构建了混凝沉淀-膜前预加氯-超滤一体化工艺装置并开展中试,通过单因素分析考察了混凝单元(速度梯度)和膜前预加氯(Na Cl O投率)对膜污染的影响,提出了最大可工作通量这一概念,并针对膜比通量(SF)衰减速率采用响应面法对各单元的工艺参数进行了整体优化。结果表明,当混合絮凝池中机械搅拌转速为40 r/min时,膜组件的最大可工作通量达到峰值;在混凝沉淀后、超滤前设置预加氯装置是不可取的,会降低膜的最大可工作通量。通过因素的优化分析、回归方程的预测,得到的最优参数值如下:机械搅拌器的转速为40 r/min,膜前Na Cl O投率为零,膜的运行通量为100 L/(m~2·h)。在此条件下,SF衰减速率最小,为48.58 L/(h·m~5·MPa),重复验证值为47.37 L/(h·m~5·MPa),试验值和预测值较吻合。由此可见,响应面分析法可科学地优化组合工艺的整体运行参数。     

炭砂过滤单元对超滤膜阻力的影响研究

为了研究炭砂过滤单元对浸没式超滤膜的影响,以北京市某给水厂的机械加速澄清池出水为研究对象,比较了"混凝沉淀/超滤"和"混凝沉淀/炭砂过滤/超滤"工艺中膜过滤单元的运行特性、膜阻力及出水水质。增加炭砂过滤单元后,跨膜压差(TMP)的上升速度得到缓解,增长率由1.23 k Pa/d下降为0.29 k Pa/d;对不同膜阻力分别进行测量并辅以扫描电镜和三维荧光技术表征膜面及出水水质,发现炭砂滤柱可以截留沉后水中的矾花,使膜的沉积阻力下降了77%;炭砂滤柱还可以有效地吸附色氨酸类蛋白质和腐殖酸等有机物,使UV254由0.026 cm-1下降到0.020cm-1,使膜的孔堵阻力下降了约90%。将炭砂过滤工艺作为膜的预处理单元,其减缓膜污染的能力优于混凝工艺。     

混凝/超滤工艺处理北江原水的低通量运行

通过中试研究了以北江水为原水的短流程、低通量混凝/超滤工艺的除污特性,并借助荧光EEM和紫外可见全扫描吸收光谱分析了天然有机物对膜污染的机理。结果表明:混凝/超滤工艺对天然水体中的颗粒物和有机物有较好的去除作用,对浊度、UV254、CODMn的去除率分别为(99.80±0.15)%、(48.2±6.6)%、(54.1±15.2)%;在运行周期为8 h、水洗强度为60 L/(m2.h)、气洗强度为50 m3/(m2膜池.h)、通量为17 L/(m2.h)时,TMP每天增长0.15 kPa,以60 kPa为终点计算得到化学清洗周期为270 d,说明不可逆污染较轻;造成超滤膜不可逆污染的原因主要是蛋白质或类蛋白类物质引起的膜孔堵塞。     

气液两相流对气升式管式MBR膜污染的影响

采用计算流体力学(CFD)与实体模型相结合的方法,对气升式管式MBR运行中气液两相流的水力学参数进行计算和验证。CFD模拟结果显示,当单管曝气量>43 L/h时,可得到10.1 Pa以上的膜面剪切力,继续增大曝气量对提高膜面剪切力影响不明显。采用与CFD模型同尺寸的实体模型验证CFD模拟结果,两种方法所得膜面剪切力误差为10%～20%。分析膜面剪切力对气升式管式MBR中膜污染的影响可知,当单膜管曝气量为57 L/h、膜面剪切力为8.7 Pa时,能够得到3.2 kPa/d的膜污染速率,继续增大曝气量反而会加速膜污染速率。     

混凝/重力流超滤一体化装置处理农村水源的效能与膜污染控制

为了解决农村分散式供水微污染水源水问题,开发了混凝/超滤一体化重力流式农村分散式供水设备,并结合松花江水开展了试验研究。采用混凝作为超滤的预处理工艺,应用低通量运行技术,提高了超滤工艺的净水效能与运行稳定性,并降低了工艺运行管理的技术需求。试验结果表明:超滤出水浊度低于0.1 NTU,余铝平均浓度为0.078 mg/L,水质满足《生活饮用水卫生标准》中关于分散式供水的标准,能够有效解决农村水源微生物污染等问题。超滤组合工艺的膜通量可以长期稳定在6.5 L/(m~2·h),膜污染可逆性好,水力可逆阻力占总阻力的83.6%。     

浸没式超滤膜净化西江水中试研究

分析了浸没式超滤膜处理西江水的净水效能及运行稳定性,探讨了超滤膜化学清洗的效果。结果表明,原水分别经过混凝沉淀—超滤和混凝沉淀—砂滤—超滤两种工艺处理后,出水水质均有很大提升,出水平均浊度分别为0.07、0.06 NTU;中试运行过程中,对COD_(Mn)的平均去除率为20%,略优于常规处理工艺;出水中均未检测到剑水蚤、红虫等微型动物。对超滤膜进行化学清洗后跨膜压差恢复显著,清洗后TMP_(20℃)由33 k Pa降至16 k Pa。两种工艺的TMP_(20℃)平均增长速率分别为0.33、0.10 k Pa/d,超滤膜系统的跨膜压差增长缓慢,运行相对稳定。     

在线混凝/超滤工艺处理低温、低浊源水的研究

研究了在线混凝/超滤工艺对北方低温、低浊源水的处理效果,并与直接超滤的处理效果进行对比.结果表明,直接超滤与在线混凝/超滤对浊度的去除基本无差别,所有超滤产水水样的浊度值均低于0.1 NTU;在线混凝/超滤工艺可显著提高对有机物的去除率,且对有机物的去除效果与混凝剂投量有关;在线混凝/超滤工艺对大分子有机物的去除效果提高显著,但对小分子有机物(特别是分子质量<1 ku的有机物)的去除效果提高不明显;在线混凝/超滤工艺可显著减缓膜污染,其膜污染类型主要是可逆的外部污染.     

PAC/UF工艺处理微污染水源水的膜污染特性

为了考察粉末活性炭(PAC)和超滤(UF)的协同作用,构建了PAC/UF短流程工艺小试装置,研究了该工艺对微污染水源水中有机物的去除效果,并对膜污染特性进行了综合评价。结果表明,在保证DOC和UV_(254)去除效果的前提下,PAC的最佳投加量为50 mg/L、最佳吸附时间为2 h;在最佳投加量下,PAC吸附时间从10 min增至120 min时,UF膜的可逆污染阻力由5. 91×10~(11)m~(-1)降至5. 20×10~(11)m~(-1);在最佳吸附时间内,PAC投加量从25 mg/L增至100 mg/L时,UF膜的可逆污染阻力由5. 70×10~(11)m~(-1)降至5. 12×10~(11)m~(-1)。通过对PAC吸附前后原水的分子质量分布、亲疏水性以及三维荧光进行测定,初步揭示了PAC缓解膜污染的机理,PAC吸附主要通过去除疏水性小分子有机物和腐殖酸等大分子有机物引起的不可逆污染来缓解膜污染。     

直接超滤/吸附-超滤工艺处理东江水中试对比研究

探讨了两种不同超滤组合工艺对东江微污染水源水的处理效果,并对两种工艺的膜污染情况进行了对比分析。试验表明,在10 L/(m2·h)的通量下,直接超滤工艺和混凝沉淀-活性炭吸附-超滤组合工艺对东江水的浊度和氨氮都有很好的去除效果,均能在低通量运行条件下稳定去除氨氮;与直接超滤相比,混凝沉淀-活性炭-超滤组合工艺能更好地去除水中的腐殖酸类、富里酸类和蛋白质类有机污染物。在膜污染方面,由于采用低通量运行,两种工艺的膜污染增长缓慢,未见不可逆污染。直接超滤工艺稳定运行后反冲洗周期为1 d,在混凝沉淀-活性炭的预处理条件下,超滤系统可实现60 d稳定运行而不进行物理清洗,使膜污染得到有效控制。     

不同超滤组合工艺对滤池反冲洗废水的处理效能

为了探究超滤对滤池反冲洗废水的处理效果及其组合工艺对膜污染的控制效能,采用直接超滤、在线混凝/超滤、混凝/沉淀/超滤3种不同工艺处理滤池反冲洗废水。结果表明,3种工艺对浊度的去除率都在99.5%以上,出水COD_(Mn)均在1.20 mg/L以下,表明超滤对浊度和COD_(Mn)具有优异的去除效果;直接超滤工艺对UV_(254)的去除率为(26.93±4.14)%,而在线混凝/超滤工艺与混凝/沉淀/超滤工艺对UV_(254)的去除率分别可达到(37.41±3.57)%和(40.87±6.22)%,明显优于直接超滤工艺;3种工艺对原水中荧光类污染物的去除效果均不明显;通过分析3种工艺的出水水质、膜污染情况以及傅里叶红外光谱图和膜表面形貌图发现,直接超滤造成的膜污染最为严重,且不可逆污染占主导,出水水质情况表明预处理能够降低超滤进水污染物负荷,并且改变水中污染物形态,因此预混凝能够有效缓解膜污染,而混凝/沉淀/超滤工艺对膜污染的缓解效果最好;同时,膜污染模型拟合结果表明,滤饼层过滤和临界阻塞是引起直接超滤膜污染的主要原因。     

重介质混凝沉淀/超滤耦合工艺处理长江原水

采用重介质混凝沉淀(DLCS)/超滤(UF)耦合工艺中试装置处理长江下游原水。DLCS工艺的较优运行参数:重介质絮凝核(DM)粒径为20~45μm、PAFC投加量为12 mg/L、PAM投加量为0.15 mg/L、沉淀池表面负荷率为16.1 m~3/(m~2·h)、混凝沉淀总停留时间为17 min,在该条件下出水浊度和COD_(Mn)均值分别为1.05 NTU和2.12 mg/L,平均去除率分别可达98.05%和39.2%。DLCS/UF耦合工艺出水水质稳定可靠,出水浊度和COD_(Mn)均值分别可达到0.17 NTU和1.74 mg/L,其他出水水质指标优于GB 5749—2006标准。     

管道混凝/超滤工艺深度处理回用水的中试研究

采用管道混凝/超滤组合工艺深度处理回用水,考察了其处理效能及影响因素.结果表明,在相同条件下FeCl_3的混凝效果优于PAC的;组合工艺对COD_(Mn)和UV_(254)的去除率均随混凝剂FeCl_3的投量及混凝时间的增加而增大;组合工艺深度处理回用水的最佳工况:膜通量为64L/(m~2·h)、混凝剂FeCl3投量为7 mg/L、混凝时间为100 S,此时对浊度、COD_(Mn)和UV_(254)的去除率分别可达84.1%、28.6%和52.4%.     

脉冲曝气在大型膜生物反应器工程中的应用与优化

基于某大型膜生物反应器(MBR)城市污水处理工程,开展了膜池脉冲曝气的应用与优化研究,旨在为该工程提供最优的曝气条件,并揭示不同曝气强度下膜池混合液特性与膜污染情况的变化规律。结果表明,当总曝气量由13 000 m~3/h上升至17 000 m~3/h时,膜比通量先上升后下降。曝气量的增大导致污泥混合液粒径减小,疏松的污泥胞外聚合物(LB-EPS)浓度下降,上清液有机物浓度上升,致使膜污染潜势上升。综合比较,该MBR工程膜池的最适曝气条件为中等曝气量(15 000 m~3/h),在此工况条件下,膜池内组件的平均比通量达到0.95 L/(m~2·h·kPa)。     

在线混凝/超滤膜高通量处理太湖水的效果与机理

以在线混凝作为超滤的预处理工艺,通过中试考察了在高通量下运行时控制膜污染的效果及对出水水质的影响。结果表明,在通量为65～90 L/(m~2·h)下,在线混凝可有效降低跨膜压差,与直接过滤相比,对TOC的去除率可提高10%～15%。有机物组分以及三维荧光光谱分析结果显示,太湖水中的有机物主要为小分子亲水性有机物、蛋白质和微生物代谢产物,它们是造成膜污染的主要因素,而在线混凝更有利于去除这些有机物,从而有效缓解了膜污染。     

纯氧曝气/平板陶瓷膜工艺处理微污染原水中试

在中试规模的设备中研究了纯氧曝气/平板陶瓷膜与活性无烟煤过滤一体化集成工艺对微污染物的去除效果。纯氧曝气可以显著降低跨膜压差,陶瓷膜在通量为100 L/(m2·h)下运行5 d后跨膜压差仅增长约1.22 k Pa。纯氧曝气/陶瓷膜工艺能够有效截留浊度、铁离子、锰离子和二甲硫醚,去除部分颗粒态TOC,活性无烟煤滤池能够利用生物作用有效去除DOC、氨氮、土臭素和2-MIB;纯氧曝气/平板陶瓷膜—活性无烟煤过滤一体化工艺的出水浊度约为0.1 NTU,出水中粒径2μm的颗粒数小于50 CNT/m L,原水氨氮为3 mg/L时出水氨氮均值为0.08 mg/L,且无亚硝态氮积累,出水铁离子平均为0.009 mg/L,锰离子平均为0.027 mg/L,典型嗅味物质浓度低于检测限,大大提高了出水的安全性。因此,纯氧曝气具有显著的强化作用,该一体化工艺能实现对微污染原水的深度处理。