強化混凝-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)文獻的基礎(chǔ)上，基于強化混凝工藝和動態(tài)膜工藝的研究現(xiàn)狀和應用前景，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，提出了強化混凝.動態(tài)膜污水處理工藝處理受污染河水的設想。首先根據(jù)目標河流的污染現(xiàn)狀進行混凝劑的篩選和混凝條件的優(yōu)化，在此基礎(chǔ)上進行動態(tài)膜反應器適用的附著基材的篩選，并對在恒壓和恒流兩種運行工況時該工藝對污染物的去除效果、混凝，動態(tài)膜的形成及過濾機理進行探討，在此基礎(chǔ)上對影響該工藝的因素，錯流速度、通量

2、和出水壓力進行研究，分析其對運行過程的影響。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南市窯頭大溝的受污染河水進行了研究。由于淄博市豬龍河受污染河水直接進入淄博市南郊污水處理廠進行強化混凝處理后排放，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的影響進行混凝劑的篩選，并考察了無機混凝劑和有機絮凝劑復配對污染物去除的影響、表面負荷對出水水質(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)受到比較嚴重污染的濟南市窯頭大溝河水，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種基材進行研究，考察它們的清水膜通量及對過濾性能的影響，并進行了經(jīng)濟

7、性的比較。研究結(jié)果表明篩絹（140目）由于自身阻力小、運行過程中水頭增加較慢，且運行中形成的動態(tài)膜較穩(wěn)定，無脫落現(xiàn)象發(fā)生，是合適的基材。無紡布和篩絹作為兩種類型的材質(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)膜反應器的造價。 3.恒壓運行時強化混凝.

8、動態(tài)膜的形成及過濾機理。在恒壓運行方式下，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運行時通量隨時間的變化，運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測動態(tài)膜的形成時間，并運用典型膜污染機制-濾餅堵塞模式、完全堵塞模式、標準堵塞模式、中間堵塞模式及典型模式的聯(lián)合模式進行動態(tài)膜形成及過濾機理的預測。 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-標準堵塞模式、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。篩絹作為混凝-動態(tài)膜的形成基材時，在4cm WHD和8 cm WHD運行時混凝，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.恒流運行時強化混凝，動態(tài)膜的形成及過濾機理。恒流運行時動態(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。而恒流運行時混凝一動態(tài)膜的過濾機理可通過運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制，濾餅堵塞模式、完全堵塞模式、標準堵塞模式和中間堵塞

11、模式及聯(lián)合模式進行分析。 5.恒壓運行時反應器的運行特性。針對濟南市窯頭大溝的受污染河水，在不同出水壓力時考察反應器對濁度、有機物、TP及TN的去除效果和進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五種壓力下運行時反應器運行30 min后出水濁度均能達到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器運行結(jié)果表明4 cm WHD運行時15 min后，出水濁度一直穩(wěn)定在4 NTU以下。8 cm WHD運行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，反應器對TP去除效果較好，運行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)果表明隨著運行時間的延長，出水中的中值粒徑D50隨著運行時間延長而降低，動態(tài)膜對于顆粒物的截留能力逐步形成。 6.恒流運行時反應器的運行特性。分別以無紡布和篩絹作為混凝-動態(tài)膜的形成基材，研究運行過程中對濁度、有機物、TP及TN的去除及運行過程中出水水頭和通量的變化。 無紡布為膜基材時反應器運行結(jié)果表明，運行50 min時，出水濁度降至5NTU，標志著動態(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)，達到在65％以上；對于TP在運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％。反應器運行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行。 篩絹為膜基材時反應器運行結(jié)果表明在進水濁度較高時混凝-動態(tài)膜反應器運行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。在進水COD濃度為112 mg/L時，在運行最初階段，COD去除率在40％，隨著運行時間的延長，COD去除率增至50％以上；而對于TP的去除率，在運行起始階段TP的去除率達到88％以上，運行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)膜反應器運行影響因素的研究。對影響混凝-動態(tài)膜反應器運行的主要因素（錯流速度、通量和出水水頭）進行了研究，考察在不同錯流速度和膜通量下

17、，反應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