外循环连续过滤—超滤组合工艺处理松花江水的中试研究

发布时间：2020-08-09 04:53

【摘要】：近年来,随着我国水环境污染的日益加重和饮用水标准的不断提升,传统饮用水处理工艺难以满足现代饮用水的安全需求,以超滤为核心的第三代饮用水处理工艺应运而生并迅速发展。然而,目前我国对超滤的应用多数只是与传统工艺的简单结合,工艺流程复杂繁琐,过于依赖化学药剂,尚未充分利用超滤技术的优势。本论文以松花江原水为处理对象,采用新型的外循环连续过滤装置作为膜前预处理工艺,开展外循环连续过滤-超滤组合工艺的中试研究,为以超滤为核心的短流程、低药剂的绿色净水工艺的开发提供技术参考和支持。首先,研究不同运行参数对连续过滤工艺运行效能的影响并进行优化。结果表明,增大滤层厚度,降低滤速和延长洗砂周期均能不同程度地提高连续过滤的处理效果;滤层水头损失的增长随滤速的提高而加快,但过高的滤速又会使水头损失出现下降现象;洗砂周期对水头损失无明显影响,6h以内的洗砂周期均能有效控制滤层污染;洗砂强度为16和20L/(m2·s)时的反冲洗效果相当,在第8min基本完成脏砂的清洗;连续过滤的运行工况确定为:滤层厚度1.0m,滤速4m/h,洗砂周期6h,洗砂强度16L/(m2·s),洗砂持续时间8min。然后,利用超滤小试系统研究不同运行参数对超滤工艺运行效能的影响。结果表明,降低膜通量,增加反冲洗水头,延长反冲洗时间和缩短过滤时间均能不同程度地降低膜污染速率;而运行参数的改变对超滤的处理效果没有或仅有轻微影响;参考超滤小试实验结果,超滤中试系统的运行工况确定为:膜通量20 L/(m2·h),反冲洗水头3.5m,反冲洗时间2min,过滤时间120min。此外,利用超滤小试系统进行组合工艺与直接超滤的运行对比发现,组合工艺对CODMn、UV254和氨氮的去除率比直接过滤分别高出9.97%、7.02%和33.84%,且超滤膜污染速率远低于直接超滤。连续过滤预处理能不同程度地提高对有机物和氨氮的去除效果,并有效缓解超滤膜污染。最后,考察组合工艺在最佳工况下长期运行的处理效能和膜污染特性。结果表明,组合工艺对浊度、CODMn、UV254、DOC和氨氮的去除率分别为99.75%、32.21%、17.12%、15.27%和70.77%;针对以中小分子有机物为主的松花江原水,组合工艺对有机物的截留效果较差;而由于连续过滤和超滤在长期运行下均形成一定的微生物降解作用,组合工艺对氨氮的去除效果稳定优异;虽然组合工艺对微生物的去除效果显著,但出水微生物指标尚未满足饮用水标准;组合工艺对以胶体或颗粒态为主的Al、Fe、Mn去除效果优异,而对以离子态为主的Mg、Ca无明显去除效果;运行期间,超滤膜前期污染较缓慢,15天后污染速率加快,最终在第50天跨膜压差增长至50.3k Pa,达到膜污染上限;故在本实验条件下,组合工艺的超滤膜化学清洗周期约为50天;三维荧光分析表明,腐殖酸类有机物和色氨酸类蛋白质是超滤膜处理松花江水主要的不可逆污染物;连续过滤预处理主要通过去除松花江原水中的较大颗粒物、大分子有机物和色氨酸类蛋白质,从而有效缓解超滤膜污染。针对松花江原水,外循环连续过滤-超滤组合工艺在最佳工况下的长期运行效能较为良好,出水水质大部分能满足饮用水标准,超滤运行稳定且污染速率较低。比起直接超滤,以连续过滤作为膜前预处理的短流程超滤组合工艺在处理效能和膜污染控制上更具明显优势,对以超滤为核心的短流程、低药剂绿色净水工艺的研究和开发具有一定的参考意义。
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TU991.2
【图文】：

结构示意图,连续过滤,滤罐,砂床

“反粒径”分布理念，开发出一种新型的颗粒移动床连续过滤装其最佳运行条件。尽管我国对连续过滤技术的研究逐渐增多，但实处理生产的情况仍然较少，且目前基本只用于小城镇生活污水和某污废水的处理[57-60]。续过滤的原理与优缺点国内外大多数的连续过滤设备都是以 DynaSand 连续过滤器为参考开发，因此本节以 DynaSand 连续过滤器为例，介绍连续过滤的工naSand 连续过滤器结构如图 1-1 所示。原水通过进水管进入滤罐布水器均匀分配后在砂床内进行上向流过滤，过滤出水从滤罐顶部过程中，石英砂滤料被逐渐污染，且下层石英砂污染程度比上层大滤罐最底部的空气提升泵将下层被污染的石英砂气提输送至顶部清洗。脏砂在提砂管内经过不断碰撞和摩擦，与污染物得到有效的在洗砂器内经过滤出水的冲刷被清洗干净，冲洗废水从废水管排落回砂床顶部。整个过程在滤罐内不断循环，实现了过滤和反冲洗。

连续过滤,超滤,外循环,中试装置

保证了过滤的连续稳定运行，因此可称为外循环连续过滤。与目前常见的内循环连续过滤装置相比，外循环连续过滤装置的管件和设备布置较简单，且大部分设置于滤罐外部，安装检修方便。反冲洗仅采用水力冲洗的方式，不需要气洗，能耗相对较低。此外，清洗柱由透明的有机玻璃制成，可以直观地考察脏砂在清洗柱内的清洗程度，从而及时调整反冲洗参数。2.2.2 超滤中试系统超滤中试系统主要包括超滤膜组件、高位水箱、膜供水泵、反洗阀和压力传感器等。超滤膜组件采用内压式中空纤维膜，膜材质为 PVC 合金，公称孔径 0.01μm，截留分子量 50kDa，有效膜面积 40m2。超滤采用恒通量、死端过滤的方式，过滤出水经膜供水泵输送至膜组件进行超滤后，超滤出水被压送至处于高位的水箱内。超滤反冲洗采用重力流反冲洗的方式，当膜需要反冲洗时，反洗阀开启，高位水箱内的水通过重力作用向下流动，对超滤膜进行反冲洗，反洗废水从排水管排出。重力流反冲洗依靠重力对膜进行反冲洗，不需要反洗水泵，一定程度上降低了能耗。压力传感器每隔 20s 采集跨膜压差数据并传输至 PLC 系统进行记录。

小试装置,超滤,玻璃纤维膜,新世纪

目及方法质指标实验水银温度计；携式 pH 计；（DO）：HACH-HQ30d 型便携式溶解氧仪；HACH-2100N 型浊度仪；盐指数（CODMn）：酸性高锰酸钾滴定法；有机碳（DOC）：Multi N/C 2100S 型总有机碳分析用 0.45μm 玻璃纤维膜过滤；紫外分光光度法，T6 新世纪型紫外可见分光光度用 0.45 μm 玻璃纤维膜过滤；NH4+-N）：纳氏试剂分光光度法，T6 新世纪型紫外定前水样先采用 0.45 μm 玻璃纤维膜过滤；图 2-2 超滤小试装置

【参考文献】