強(qiáng)化混凝-動態(tài)膜工藝處理城市受污染河水的研究.pdf

1、本論文在綜合國內(nèi)外大量相關(guān)文獻(xiàn)的基礎(chǔ)上，基于強(qiáng)化混凝工藝和動態(tài)膜工藝的研究現(xiàn)狀和應(yīng)用前景，結(jié)合目前我國城市河流普遍受到一定程度污染的現(xiàn)狀，提出了強(qiáng)化混凝.動態(tài)膜污水處理工藝處理受污染河水的設(shè)想。首先根據(jù)目標(biāo)河流的污染現(xiàn)狀進(jìn)行混凝劑的篩選和混凝條件的優(yōu)化，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行動態(tài)膜反應(yīng)器適用的附著基材的篩選，并對在恒壓和恒流兩種運(yùn)行工況時該工藝對污染物的去除效果、混凝，動態(tài)膜的形成及過濾機(jī)理進(jìn)行探討，在此基礎(chǔ)上對影響該工藝的因素，錯流速度、通量

2、和出水壓力進(jìn)行研究，分析其對運(yùn)行過程的影響。論文的研究為解決城市河流治理問題提供了一套新的思路，并為該工藝的推廣應(yīng)用提供了初步的技術(shù)支持。主要研究內(nèi)容及結(jié)果如下： 1.混凝劑的篩選和混凝條件的優(yōu)化。結(jié)合研究課題及本論文的研究內(nèi)容，分別對淄博市豬龍河和濟(jì)南市窯頭大溝的受污染河水進(jìn)行了研究。由于淄博市豬龍河受污染河水直接進(jìn)入淄博市南郊污水處理廠進(jìn)行強(qiáng)化混凝處理后排放，因此根據(jù)污水處理廠出水水質(zhì)、礬花的大小、絮體生成的速度、對濁度、

3、COD（Chemical Oxygen Demand）、SCOD（溶解性COD）、TP（Total Phosphorous）的去除效果、pH的影響進(jìn)行混凝劑的篩選，并考察了無機(jī)混凝劑和有機(jī)絮凝劑復(fù)配對污染物去除的影響、表面負(fù)荷對出水水質(zhì)的影響。 研究結(jié)果表明對于豬龍河受污染河水優(yōu)選出的混凝劑為APAM（陰離子聚丙烯酰胺）和PDMDAAC（聚二甲基二烯丙基氯化銨），其最佳投藥量分別為0.3mg/L和0.5 mg/L。APAM對C

4、OD的去除率為54％～64％，PDMDAAC對COD的去除率為43％～60％。APAM和PDMDAAC對TN去除率較低（15％～20％），但對TP具有較高的去除率（70％～80％）。對于濁度的去除，APAM在藥劑投加量0.3 mg/L以上時，濁度的去除率均在86％以上。APAM和PDMDAAC對COD的去除受pH影響較小，在pH7～10范圍內(nèi)均具有較好的去除效果。表面負(fù)荷從0.8 m3/（㎡·h）提高到1.2m3/（㎡·h）時，兩種混凝

5、劑對COD和濁度去除率變化不大。 對于已經(jīng)受到比較嚴(yán)重污染的濟(jì)南市窯頭大溝河水，根據(jù)對濁度、COD、SCOD、TP的去除效果和pH的影響進(jìn)行混凝劑的篩選，通過光散射顆粒分析儀（Photometric Dispersion Analyzer，PDA）在線研究絮體生成過程并考察水中殘鋁的含量。研究結(jié)果表明PAC為優(yōu)選混凝劑，其最佳投加量為60 mg/L。PDA在線研究絮體生成過程表明最佳混凝條件為快速攪拌（200 rpm）1min

6、、慢速攪拌（40 rpm）1.5 min、靜置沉淀3 min，pH的變化對污染物的去除效果影響不顯著，出水中鋁殘留量表明pH為7時出水中鋁殘留量最低，藥劑利用率最高。 2.強(qiáng)化混凝-動態(tài)膜附著基材的篩選。結(jié)合國內(nèi)外對于動態(tài)膜的研究及市場上常見的過濾基材，選擇篩絹（140目）、篩絹（260目）、無紡布（75g/㎡）、無紡布（450g/㎡）和不銹鋼網(wǎng)（140目）5種基材進(jìn)行研究，考察它們的清水膜通量及對過濾性能的影響，并進(jìn)行了經(jīng)濟(jì)

7、性的比較。研究結(jié)果表明篩絹（140目）由于自身阻力小、運(yùn)行過程中水頭增加較慢，且運(yùn)行中形成的動態(tài)膜較穩(wěn)定，無脫落現(xiàn)象發(fā)生，是合適的基材。無紡布和篩絹?zhàn)鳛閮煞N類型的材質(zhì)，選擇兩種無紡布中易于動態(tài)膜形成且水頭增加較慢的無紡布（450g/㎡）作為進(jìn)一步考察的基材。因此篩絹（140目）和無紡布（450 g/㎡）為選定的動態(tài)膜形成的附著基材。附著基材經(jīng)濟(jì)性分析表明較低的基材價格可以極大的降低動態(tài)膜反應(yīng)器的造價。 3.恒壓運(yùn)行時強(qiáng)化混凝.

8、動態(tài)膜的形成及過濾機(jī)理。在恒壓運(yùn)行方式下，分別以篩絹（140目）和無紡布（450g/㎡）為基材時，考察了4 cm WHD（water head drop）和8 cm WHD運(yùn)行時通量隨時間的變化，運(yùn)行過程中出水體積和時間的關(guān)系。借助于臨界通量的概念來預(yù)測動態(tài)膜的形成時間，并運(yùn)用典型膜污染機(jī)制-濾餅堵塞模式、完全堵塞模式、標(biāo)準(zhǔn)堵塞模式、中間堵塞模式及典型模式的聯(lián)合模式進(jìn)行動態(tài)膜形成及過濾機(jī)理的預(yù)測。 研究結(jié)果表明無紡布作為混凝.

9、動態(tài)膜的形成基材時，在4 cm WHD和8 cmWHD運(yùn)行時混凝.動態(tài)膜的形成時間分別為70 min和20 min，動態(tài)膜的形成過程為完全堵塞模式。而動態(tài)膜形成后中間堵塞-標(biāo)準(zhǔn)堵塞模式、濾餅-中間堵塞模式和濾餅-完全堵塞模式均可以較好的模擬動態(tài)膜的過濾過程，而其中濾餅過濾模式其主要作用，其次為完全堵塞模式。篩絹?zhàn)鳛榛炷?動態(tài)膜的形成基材時，在4cm WHD和8 cm WHD運(yùn)行時混凝，動態(tài)膜的形成時間分別為100 min和70 min，

10、動態(tài)膜的形成過程為堵塞模式，而動態(tài)膜形成后過濾模式為濾餅-中間堵塞過濾模式，其中起主要作用的是濾餅過濾模式。 4.恒流運(yùn)行時強(qiáng)化混凝，動態(tài)膜的形成及過濾機(jī)理。恒流運(yùn)行時動態(tài)膜的形成時間可以通過出水濁度來判定，無紡布和篩絹為基材時動態(tài)膜的形成時間分別為50 min和10 min。而恒流運(yùn)行時混凝一動態(tài)膜的過濾機(jī)理可通過運(yùn)行過程中壓力隨時間的變化，并借助于恒流過濾時典型膜污染機(jī)制，濾餅堵塞模式、完全堵塞模式、標(biāo)準(zhǔn)堵塞模式和中間堵塞

11、模式及聯(lián)合模式進(jìn)行分析。 5.恒壓運(yùn)行時反應(yīng)器的運(yùn)行特性。針對濟(jì)南市窯頭大溝的受污染河水，在不同出水壓力時考察反應(yīng)器對濁度、有機(jī)物、TP及TN的去除效果和進(jìn)出水顆粒物粒度的變化。 研究結(jié)果表明無紡布為基材時在2 cm WHD、4 cm WHD、6 cm WHD、8 cm WHD和10 cm WHD五種壓力下運(yùn)行時反應(yīng)器運(yùn)行30 min后出水濁度均能達(dá)到1.5NTU以下。對COD和TP去除效果表明出水壓力對COD、TP

12、去除率影響較小，COD去除率約為71％～75％，TP去除率約為81％。進(jìn)出水顆粒粒度分析表明形成后的動態(tài)膜對顆粒物有較好的截留作用。除基材和動態(tài)膜的機(jī)械截留作用、吸附截留作用、架橋作用外，顆粒與動態(tài)膜或基材之間的相互作用在顆粒物的截留過程中也起著重要作用。 篩絹為膜基材時反應(yīng)器運(yùn)行結(jié)果表明4 cm WHD運(yùn)行時15 min后，出水濁度一直穩(wěn)定在4 NTU以下。8 cm WHD運(yùn)行40 min后出水濁度降至5.76 NTU以下。

13、在4 cm WHD和8 cm WHD運(yùn)行20 min后，COD出水濃度均在50 mg/L以下，去除率在80％以上，出水水頭對COD去除率影響較小。出水壓力對TP去除影響較小，反應(yīng)器對TP去除效果較好，運(yùn)行30 min后出水TP濃度在1 mg/L以下，去除率在90％以上。在4 cm WHD和8 cm WHD下，通過Mastersizer2000激光粒徑儀測定0 min、5 min、15 min、20 min和30 min時刻出水顆粒物粒度

14、分布，結(jié)果表明隨著運(yùn)行時間的延長，出水中的中值粒徑D50隨著運(yùn)行時間延長而降低，動態(tài)膜對于顆粒物的截留能力逐步形成。 6.恒流運(yùn)行時反應(yīng)器的運(yùn)行特性。分別以無紡布和篩絹?zhàn)鳛榛炷?動態(tài)膜的形成基材，研究運(yùn)行過程中對濁度、有機(jī)物、TP及TN的去除及運(yùn)行過程中出水水頭和通量的變化。 無紡布為膜基材時反應(yīng)器運(yùn)行結(jié)果表明，運(yùn)行50 min時，出水濁度降至5NTU，標(biāo)志著動態(tài)膜已經(jīng)形成。COD去除率隨時間呈上升趨勢，50 min

15、后COD去除率趨于平穩(wěn)，達(dá)到在65％以上；對于TP在運(yùn)行起始階段即具有較高的去除率，TP平均去除率為74.4％～84.9％。反應(yīng)器運(yùn)行1h后對TP的去除率一般在79％以上，出水中的TP均小于1mg/L。動態(tài)膜反沖實(shí)驗結(jié)果表明體外清洗的方式比較適用于動態(tài)膜的清洗，建議沖洗采用水沖的方式進(jìn)行。 篩絹為膜基材時反應(yīng)器運(yùn)行結(jié)果表明在進(jìn)水濁度較高時混凝-動態(tài)膜反應(yīng)器運(yùn)行5 min后出水濁度降至10 NTU以下，10 min后出水濁度降至

16、5 NTU以下。在進(jìn)水COD濃度為112 mg/L時，在運(yùn)行最初階段，COD去除率在40％，隨著運(yùn)行時間的延長，COD去除率增至50％以上；而對于TP的去除率，在運(yùn)行起始階段TP的去除率達(dá)到88％以上，運(yùn)行30 min后TP的去除率均在90％以上，出水中TP小于0.5 mg/L。 5.混凝，動態(tài)膜反應(yīng)器運(yùn)行影響因素的研究。對影響混凝-動態(tài)膜反應(yīng)器運(yùn)行的主要因素（錯流速度、通量和出水水頭）進(jìn)行了研究，考察在不同錯流速度和膜通量下

17、，反應(yīng)器出水水頭及對濁度、COD和TP的去除效果。 研究結(jié)果表明曝氣量為0.15 m3/h時運(yùn)行為較優(yōu)的曝氣量，此時錯流速度為2.85 cm/s，且在此錯流速度下，出水濁度較穩(wěn)定，動態(tài)膜形成后出水濁度一直穩(wěn)定在1 NTU左右，COD、TP的去除率也較其他錯流速度運(yùn)行時高且穩(wěn)定。通量對絮體顆粒在基材表面的沉積有一定的影響，較大的通量，有利于絮體在基材表面的沉積，所形成的濾餅層較緊密，濾餅層阻力較較高，出水水頭較高。研究結(jié)果表明7