强化混凝—超滤处理微污染窖水及其有机物特性的研究

发布时间：2017-10-19 17:41

  本文关键词：强化混凝—超滤处理微污染窖水及其有机物特性的研究

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【摘要】：为解决我国西北部干旱半干旱地区严重缺水的问题,我国推出实施的“121雨水集流工程”已基本得到了普及。当地人民将雨水收集贮存,并广泛用于灌溉、生产、人畜饮用等。集雨窖水作为当地村民最主要饮用水来源,水质的好坏直接关系着居民的身体健康。然而,近年间由于西北地区工业发展对大气的污染,天然雨水在汇集入窖的过程中,雨滴在空中的凝结带入了大气中的污染物,在集雨面如屋顶、庭院、山坡、打麦场、砂石路面等受到二次污染,在贮入水窖后,窖壁或底泥中的微生物也会产生一定污染。又因当地地区经济的制约,农药化肥大量的使用,家庭畜禽类养殖废水的随意排放等外界因素,窖水水质条件差的问题长期得不到解决。本课题在此背景下,以西北干旱半干旱地区农村集雨窖水为研究对象,采用以聚合氯化铝(PAC)为混凝剂,阴离子型聚丙烯酰胺(HPAM)为助凝剂,并复配以粉末活性炭的强化混凝手段对窖水进行处理,研究污染物的去除与有机污染物的特性;并联用超滤工艺,探讨单独PAC、PAC/HPAM、PAC/HPAM/粉末活性炭的强化混凝联用超滤处理窖水以及对膜性能的影响。西北干旱半干旱地区的窖水,受收集及贮存过程的环境影响,水质条件差,泥沙含量多,其中浊度平均值为19.4NTU,CODMn为5.16mg/L,UV254为0.088 mg/L,NH3-N为0.64 mg/L,均超过分散式《生活饮用水卫生标准》,呈现出微污染状态。窖水中有机物分子量主要集中在100KDal和5KDal的区间范围内,分布两极化是西北地区微污染窖水有机物分子量分布的特点。在使用强化混凝处理微污染窖水的实验中,首先使用单独投加PAC对窖水进行处理,考察PAC投加量对水中污染物的去除效果,同时研究了对不同分子量有机物的影响。结果表明,混凝剂的投加量在15~17.5mg/L时,窖水中以CODMn、UV254、NH3-N、浊度为主的污染物去除率分别为36%、49%、33%、83%,在结合了Zeta-电位与分型维数分析之后,得出网捕卷扫作用是聚合氯化铝去除污染物的主要机理;单独投加PAC对窖水中各个分子量区间的有机物均有一定的去除效果,且对100KDal分子量的有机物去除效果更加明显。其次,使用助凝剂HPAM复配PAC的强化混凝,研究HPAM的最佳投加量,以及HPAM与PAC投加顺序的问题。结果表明,PAC复配了HPAM的强化混凝所产生的絮体颗粒更加密实,沉淀速度也更快;当HPAM投加量为0.15 mg/L时,高分子长链型助凝剂强大的吸附架桥作用使得窖水中CODMn、UV254、NH3-N、浊度的去除率较单独投加PAC时分别提升了11%、6%、4%、12%;助凝剂的投加对有机物分子量影响十分均衡,对每个分子量区间上的有机物都有一定的去除;先投加PAC后加入3HPAM的投加顺序效果最好,能充分发挥高分子长链助凝剂的吸附架桥和网布卷扫作用;聚丙烯酰胺的复配能够在保障对窖水中污染物处理效果的同时,降低PAC的使用量,实验结果表明投加0.15mg/L的HPAM后,PAC的最佳投量从15~17.5mg/L降至10~12.5mg/L,而且对强化混凝去除污染物的效果影响不大。投加PAC/HPAM的强化混凝,研究不同初始pH对强化混凝的影响。结果表明,弱酸性的水环境有利于有机物的去除,而弱碱性的水环境对NH3-N和浊度的去除效果更佳。考虑到我国饮用水标准(6.5~8.5)以及改变原水pH的实际操作条件,对实验用水的pH不作调整,仍为窖水初始值的7.7。第三,通过投加粉末活性炭复配PAC/HPAM的强化混凝实验,研究粉末活性炭的投加量对窖水中污染物去除效果的影响,对不同分子量区间的有机物去除效果以及与PAC/HPAM的投加顺序问题。结果表明,粉末活性炭的加入,对有机物的去除效果明显,而对NH3-N和浊度去除率则影响甚微;实验得出粉末活性炭在PAC/HPAM前1min投加效果最好,最佳投量为20mg/L,出水的CODMn、UV254、NH3-N及浊度的去除率可分别提升至54%、66%、40%、97%,粉末活性炭强大的表面吸附能力是其去除有机污染物的主要机理;粉末活性炭的投加,对各个分子量区间的有机物均有一定的去除率,且对于5KDal分子量的小分子有机物,投加粉末活性炭后去除效果最佳。为研究微污染窖水在经过强化混凝与超滤联用处理后对污染物的进一步去除,以及对超滤膜性能的影响,实验以单独投加PAC、PAC/HPAM、PAC/HPAM/粉末活性炭三种强化混凝手段与超滤联用,窖水的CODMn、UV254、NH3-N、浊度的去除率最终为64%、72%、42%、99%。强化混凝与超滤联用后,不论错流还是死端流,超滤膜的通量降低幅度以及膜清洗后恢复状况都有明显的差别。其中:窖水直接通过超滤膜,对原水水质的去除效果不理想,超滤膜污染严重,单周期内膜比通量的下降幅度最大,清洗后膜通量恢复情况很差,十个周期后超滤膜的膜比通量低至0.03左右。投加PAC的强化混凝+超滤相比于直接超滤,最终膜比通量从0.03提升至0.2,通量下降程度有明显的改善。PAC/HPAM+超滤相比于PAC+超滤,最终膜比通量从0.2提升至0.6,混凝形成的致密泥饼层也使超滤膜反冲洗后通量恢复程度更好。而投加了粉末活性炭后,包裹了粉末活性炭的絮体较松散,附着在膜表面后更容易被反冲洗掉,对小分子有机物的去除效果也更加明显,最终膜比通量从0.6升至0.7左右,清洗后膜通量的恢复程度也最佳。
【关键词】：西北地区窖水 强化混凝 超滤 有机物分子量 膜性能
【学位授予单位】：兰州交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TU991.2
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-11
• 1 绪论11-20
• 1.1 课题的研究背景：11-12
• 1.2 强化混凝技术12-15
• 1.2.1 强化混凝对水处理的特点12-14
• 1.2.2 强化混凝水处理技术的研究进展14-15
• 1.3 超滤工艺15-17
• 1.3.1 超滤对饮用水处理的特点15
• 1.3.2 超滤水处理工艺的研究进展15-17
• 1.4 课题来源、目的及意义17
• 1.4.1 课题来源与资助项目17
• 1.4.2 课题研究的目的及意义17
• 1.5 课题的主要研究内容与技术路线17-20
• 1.5.1 研究的主要内容17-18
• 1.5.2 技术路线图18-20
• 2 窖水水质分析与实验材料、测量方法20-25
• 2.1 实验用水的采集与水质特征分析20-23
• 2.1.1 微污染窖水的采集20-21
• 2.1.2 原水水质21-22
• 2.1.3 原水中有机物分子量分布特点22-23
• 2.2 实验材料23-24
• 2.3 实验检测方法24-25
• 3 强化混凝对微污染窖水的处理25-46
• 3.1 实验材料和方法26-28
• 3.1.1 实验材料26
• 3.1.2 实验方法26-28
• 3.2 实验结果与讨论28-43
• 3.2.1 单独投加PAC的强化混凝对污染物去除效果的影响28-32
• 3.2.2 PAC复配HPAM的强化混凝对污染物去除效果的影响32-35
• 3.2.3 HPAM的使用对PAC投加量的影响35-36
• 3.2.4 PAC与HPAM投加顺序对强化混凝的影响36-37
• 3.2.5 原水pH对强化混凝的影响37-39
• 3.2.6 PAC/HPAM复配粉末活性炭强化混凝对污染物去除效果的影响39-42
• 3.2.7 粉末活性炭与PAC/HPAM投加顺序对强化混凝的影响42-43
• 3.3 本章小结43-46
• 4 强化混凝对不同分子量区间有机物的影响46-53
• 4.1 实验材料与方法46-48
• 4.1.1 实验材料46
• 4.1.2 实验方法46-48
• 4.2 实验结果与讨论48-51
• 4.2.1 单独投加PAC强化混凝对有机物分子量的影响48-49
• 4.2.2 PAC复配HPAM强化混凝对有机物分子量的影响49-50
• 4.2.3 PAC/HPAM复配粉末活性炭强化混凝对有机物分子量的影响50-51
• 4.3 本章小结51-53
• 5 强化混凝与超滤联用处理微污染窖水及其对膜性能的影响53-71
• 5.1 实验材料与方法53-55
• 5.1.1 实验材料53
• 5.1.2 实验方法53-55
• 5.2 实验结果与分析55-67
• 5.2.1 直接超滤对窖水水质及膜性能的影响55-58
• 5.2.2 PAC强化混凝与超滤联用对窖水水质及膜性能的影响58-61
• 5.2.3 PAC/HPAM强化混凝与超滤联用对窖水水质及膜性能的影响61-64
• 5.2.4 PAC/HPAM/粉末活性炭强化混凝与超滤联用对窖水水质及膜性能的影响64-67
• 5.3 本章小结67-71
• 结论71-73
• 致谢73-74
• 参考文献74-78
• 攻读学位期间的研究成果78

【参考文献】

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本文编号：1062437