粉末活性炭和超滤膜组合工艺深度处理上海水源水研究
【摘要】：
随着给水水源日益受到污染，传统的常规工艺已难以满足日益严格的饮用水水质标准，寻求新的饮用水处理工艺已成为给水领域最重要的研究课题。膜材料工业的发展以及超滤因其对浑浊度、病毒等颗粒物有良好的去除效果而日益受到关注。超滤膜被誉为21世纪的水处理技术，是替代传统的饮用水处理工艺的最佳选择之一。由于超滤膜的截留分子量较大，去除原水中的溶解性有机物的效果较低。为了提高膜处理去除有机物的效果，超滤膜可与混凝或粉末活性炭联用。投加粉末活性炭对提高有机物的去除率；粉末活性炭对膜过滤的阻力和通量等的影响是研究的重点。
本论文分别以上海市两大饮用水水源黄浦江和长江原水作为试验用水，研究常规工艺、粉末活性炭和超滤膜组合联用工艺的净水效果，膜通量的变化规律。并考察了PAC-UF工艺对典型内分泌干扰物一阿特拉津的去除效果。通过小试和中试试验研究，得到了有益的结论。
对于黄浦江原水，在不投加PAC的条件下，超滤膜对原水中的COD_(Mn)、UV_(254)和TOC的去除率分别仅为6.33％、4.1％和8.0％。投加PAC能够有效地去除水中的有机物，去除率随投加量的增加而提高，且存在一定的线性关系。在PAC投加量为22.0mg／L时，PAC-UF组合工艺对COD_(Mn)和UV_(254)的去除率分别为64.91％和49.27％。组合工艺出水中的浑浊度均低于0.15NTU。在PAC投加量为20mg／L时，该组合工艺能够使出水的致突变性明显降低。
研究首次发现，用该组合工艺处理黄浦江原水，在PAC投加量较低(小于10mg／L)的条件下，投加量的增加，膜通量没有明显的衰减，但当PAC投加量高于20mg／L时，PAC会对膜造成严重污染，吸附阻力增加，膜通量迅速衰减。因此，为保证出水水质和超滤膜的稳定运行，黄浦江原水必须强化前处理，降低水中溶解性有机物的浓度后才能采用此组合工艺。
论文首次采用PAC和超滤膜组合联用工艺去除水中典型农药类内分泌干扰物一阿特拉津，试验研究了该组合工艺的去除效果、机理和影响因素等。小试研究发现，PAC和UF联合使用对阿特拉津有明显地去除效果，在PAC投加量为20.0mg／L时，对阿特拉津的去除率为44.0％。水体中有机物的种类对水中阿特拉津的去除效果有一定的影响。组合工艺中试系统对典型农药类内分泌干扰物—阿特拉津有明显的去除效果。
首次采用上流式脉冲澄清池(UCR)作为PAC和超滤膜组合联用工艺的前处理，并通过改变UCR的运行工况和粉末活性炭投加点，优化了该组合工艺的处理效果，保证了超滤膜系统的稳定运行，为超滤膜应用于自来水厂的深度处理提供了设计和运行参数。针对长江水源水，在UCR前和超滤膜前分别投加5.0mg／L的PAC，并将超滤膜反冲洗出水中的PAC回流，UCR上升流速为4.0m／h，砂滤滤速为8.0m／h的条件下，系统处理效果最好，整个系统对COD_(Mn)、UV_(254)的去除率分别为67.04％和70.75％。
研究中还发现，当砂滤反冲洗时，砂滤出水的浑浊度会有所增加，在投加PAC时，浑浊度的增加有助于防止超滤膜的污染。
将常规处理和PAC—UF组合联用工艺用于以长江水为水源的吴淞水厂进行试验研究，结果表明，该工艺能够有效地保证出水水质，且超滤膜的过滤特性稳定。出水中有机物浓度随PAC投加量的增加而降低，且对超滤膜的污染不明显。值得注意的是，由于长江原水中的有机物浓度比较低，当PAC投加量大于10.0mg／L时，虽然PAC投加量的增加使COD_(Mn)、UV_(254)和DOC的去除率有所增加，但净去除量增加较少，因此对于长江原水，采用该组合工艺的PAC最佳投加量为10.0mg／L。
【关键词】：超滤 粉末活性炭 吸附 膜通量 饮用水 水源 阿特拉津
【学位授予单位】：同济大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2006
【分类号】：TU991.24
【DOI】：CNKI:CDMD:1.2008.016567
【目录】：
【学位授予单位】：同济大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2006
【分类号】：TU991.24
【DOI】：CNKI:CDMD:1.2008.016567
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- 摘要6-8
- ABSTRACT8-16
- 第1章 绪论16-43
- 1.1 饮用水处理技术16-20
- 1.1.1 饮用水常规处理技术16-17
- 1.1.2 饮用水深度处理技术17-20
- 1.2 膜分离技术在饮用水处理中的应用20-37
- 1.2.1 膜与膜分离技术21-24
- 1.2.2 几种常用分离设备24-27
- 1.2.3 水处理中常用的膜27-28
- 1.2.4 膜技术应用于饮用水处理存在的问题和发展方向28-30
- 1.2.5 超滤工艺在饮用水处理中的应用研究进展30-33
- 1.2.6 超滤膜污染的研究现状与进展33-37
- 1.3 水源水与饮用水中阿特拉津的研究进展37-40
- 1.3.1 阿特拉津在国外水环境中的分布37-38
- 1.3.2 阿特拉津在国内水环境中的分布38
- 1.3.3 饮用水处理工艺对阿特拉津去除研究进展38-40
- 1.4 研究目的和意义40-41
- 1.5 研究内容41-43
- 第2章 试验材料、方法和试验装置43-55
- 2.1 试验材料43-46
- 2.1.1 膜与膜组件43-44
- 2.1.2 超滤膜过滤方式44-46
- 2.2 主要测定项目和分析方法46-49
- 2.2.1 AOC的测定47
- 2.2.2 阿特拉津的测定47-49
- 2.3 试验流程及装置49-55
- 2.3.1 黄浦江原水试验流程及装置49-50
- 2.3.2 长江原水试验流程及装置50-53
- 2.3.3 PAC和UF联用去除阿特拉津试验流程与装置图53-55
- 第3章 PAC和UF联合使用处理黄浦江原水试验研究55-95
- 3.1 试验水质56-64
- 3.1.1 黄浦江原水水质56-59
- 3.1.2 黄浦江原水分子量测定59-64
- 3.2 粉末活性炭性能试验64-69
- 3.2.1 粉末活性炭微孔分布的测定64-67
- 3.2.2 粉末活性炭对有机物吸附等温试验67-68
- 3.2.3 粉末活性炭吸附速率试验68-69
- 3.3 PAC和UF联合使用处理黄浦江原水试验结果及分析69-93
- 3.3.1 对COD_(Mn)的去除效果69-71
- 3.3.2 对UV_(254)的去除效果71-76
- 3.3.3 在投加PAC的条件下,各处理单元有机物分子量分布变化76-77
- 3.3.4 对浑浊度的去除效果77-78
- 3.3.5 对氨氮的去除效果78-79
- 3.3.6 对铁和锰的去除效果79-81
- 3.3.7 对TOC的去除效果81-83
- 3.3.8 Ames试验83-88
- 3.3.9 对农药类物质的去除88-89
- 3.3.10 对消毒副产物的去除效果89-92
- 3.3.11 其它指标的去除效果92-93
- 3.4 本章小结93-95
- 第4章 PAC和UF联用处理长江原水试验研究95-132
- 4.1 试验水质95-97
- 4.2 PAC和UF联用处理长江原水试验结果及分析97-105
- 4.2.1 对COD_(Mn)的去除效果98-99
- 4.2.2 对DOC的去除效果99-100
- 4.2.3 对UV_(254)的去除效果100-101
- 4.2.4 SUVA值的变化101-102
- 4.2.5 对其它水质指标的去除效果102-105
- 4.3 UCR、PAC和UF联用处理长江原水试验结果及分析105-131
- 4.3.1 混凝剂投加量和PAC投加量的确定105-107
- 4.3.2 对COD_(Mn)的去除效果107-112
- 4.3.3 对UV_(254)的去除效果112-120
- 4.3.4 对浑浊度的去除效果120-122
- 4.3.5 对金属离子的去除效果122-127
- 4.3.6 对氨氮的去除效果127-128
- 4.3.7 对农药类物质的去除效果128-130
- 4.3.8 对消毒副产物的去除效果130
- 4.3.9 对AOC的去除效果130-131
- 4.4 本章小结131-132
- 第5章 UF深度处理地表水膜通量变化与膜污染控制132-149
- 5.1 超滤膜深度处理黄浦江水的膜通量变化与膜污染分析132-139
- 5.1.1 过滤速率对膜通量的影响132-134
- 5.1.2 PAC投加量对膜通量的影响134-135
- 5.1.3 砂滤反冲洗对超滤膜通量的影响135-136
- 5.1.4 黄浦江深度处理中超滤膜的反冲洗方式和方法136-138
- 5.1.5 微污染黄浦江处理可行性分析138-139
- 5.2 超滤膜深度处理长江水的膜通量变化与膜污染分析139-143
- 5.2.1 过滤速率对膜通量的影响139-141
- 5.2.2 PAC投加量对膜通量的影响141-143
- 5.3 强化前处理对超滤膜处理长江原水过滤特性的影响143-146
- 5.3.1 UCR上升流速改变对膜通量的影响143
- 5.3.2 无砂滤时膜通量的变化143-145
- 5.3.3 长江试验膜清洗145-146
- 5.4 PAC与超滤膜联用工艺的污染及原因分析146-148
- 5.5 本章小结148-149
- 第6章 PAC-UF组合工艺对阿特拉津去除效果的研究149-165
- 6.1 吸附等温线模型150
- 6.2 阿特拉津的吸附等温线150-157
- 6.2.1 不同初始浓度条件下阿特拉津的吸附等温线150-153
- 6.2.2 温度对PAC吸附阿特拉津的影响153-154
- 6.2.3 有机物对PAC吸附阿特拉津的影响154-157
- 6.3 阿特拉津的吸附动力学157-159
- 6.3.1 初始浓度对阿特拉津吸附速率的影响157-158
- 6.3.2 本底溶液对阿特拉津吸附速率的影响158-159
- 6.4 PAC和UF组合工艺对阿特拉津的去除效果159-163
- 6.4.1 超滤膜对阿特拉津的去除效果159-162
- 6.4.2 PAC和UF联合工艺对阿特拉津的去除效果162-163
- 6.7 本章小结163-165
- 第7章 结论与建议165-168
- 7.1 结论165-167
- 7.2 建议167-168
- 参考文献168-174
- 致谢174-175
- 个人简历 在读期间发表的学术论文与研究成果175
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| 【参考文献】 | ||
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| 【共引文献】 | ||
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| 【二级参考文献】 | ||
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| 【相似文献】 | ||
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