浸沒式超濾膜處理含藻水及膜污染控制研究.pdf

1、由于工業(yè)的迅速發(fā)展，飲用水水源污染日益嚴重，尤其是富營養(yǎng)化現(xiàn)象頻繁發(fā)生，使得目前水廠普遍采用的常規(guī)飲用水處理工藝面臨嚴峻的挑戰(zhàn)。如何有效的去除富營養(yǎng)化水體中的藻細胞及其分泌物已成為保障供水安全的關鍵性問題之一。
　　采用超濾膜技術去除藻細胞及其分泌物是富營養(yǎng)化水體處理技術研究的新方向。深刻理解藻細胞及其胞外分泌物生長代謝的基本規(guī)律和特征是尋找實用性水處理技術和正確應用超濾膜技術的基礎。論文以實驗室培養(yǎng)的銅綠微囊藻（Microcys

2、tis aeruginosa，M. aeruginosa）作為研究對象，從以下5個方面論證超濾膜處理含藻水的可行性：1.通過定性和定量分析揭示了銅綠微囊藻細胞及其分泌物隨時間變化的基本規(guī)律和特點；2.對比研究了超濾（UF）和粉末炭超濾（PAC/UF）生物反應器對含藻水的處理效果和跨膜壓差（Trans-membrane Pressure，TMP）變化及其機理；3.探討了膜反應器的主要運行參數(shù)以及原水水質對聚氯乙烯（Polyvinylchl

3、oride，PVC）超濾膜處理含藻水的影響；4.通過中試試驗研究了浸沒式超濾膜處理受污染水源水的效果；5.研究了不同清洗劑對受污染膜的清洗效能與機理。
　　通過對實驗室培養(yǎng)的銅綠微囊藻及其胞外分泌物進行研究證實，銅綠微囊藻細胞濃度隨生長時間的增加逐漸增大，在穩(wěn)定期達到最高值后又逐漸降低。在生長對數(shù)期和穩(wěn)定期時，銅綠微囊藻細胞的等電點在 pH4~5之間，隨著 pH值的增大電負性不斷加強。研究還發(fā)現(xiàn)，在不同生長階段胞外分泌物的主要成分

4、均為親水性的大分子物質（大于30kDa）。在對分泌物的重要組成物質（碳水化合物、蛋白質和藻毒素）進行分析后發(fā)現(xiàn)，其濃度均隨藻細胞的生長繁殖逐漸增加。隨著時間的變化，碳水化合物與溶解性有機碳（Dissolve Organic Carbon，DOC）比值逐漸降低，而蛋白質與DOC的比值以及蛋白質與碳水化合物的比值均呈增加的趨勢。
　　通過對比 UF和PAC/UF生物反應器處理含藻水的效果發(fā)現(xiàn)，UF能夠去除全部的藻細胞，但對胞外有機物的

5、去除效果不明顯，從而造成嚴重膜污染；相比 UF工藝，PAC/UF生物反應器可明顯減緩 TMP的上升速率，同時提高DOC、UV254和MC-LReq的去除率（分別為10.9±1.7％、27.1±1.7%和40.8±4.2%）。但是，PAC對膜處理碳水化合物和蛋白質等大分子有機物的效果幾乎沒有改變。UF反應器中對有機物的去除機理主要包括膜截留、生物降解和污染層強化截留作用，PAC/UF反應器中的生物作用優(yōu)于UF工藝。實驗還發(fā)現(xiàn)，由于PAC降

6、低了反應器內的光照強度，從而導致 PAC/UF反應器中碳水化合物和蛋白質的生成量下降；雖然光照強度對反應器中MC-LReq影響不明顯，但PAC的吸附作用使其濃度大幅降低。
　　通過改變 PVC超濾膜反應器處理含藻水的運行參數(shù)（通量、曝氣量和反洗條件等），研究了 TMP隨時間變化的規(guī)律。通量對膜污染的影響隨藻細胞濃度的增加而增大；雖然膜污染程度隨氣液比的增加不斷降低，但綜合考慮其它因素認為在本實驗條件下最適宜的氣液比為12:1。隨著

7、 pH值的提高，污染物與膜表面的負電性逐漸增強，同時高分子量物質所占比例不斷增加，使得TMP上升速度不斷下降。實驗同時證實，相比 K+和Al3+，Ca2+對膜污染的緩解效果更加明顯。推斷認為，Ca2+能更有效地促使水中有機物絡合生成大分子物質。藻細胞和腐殖酸間的協(xié)同作用，造成了更加嚴重的膜污染。
　　從實際工程改造角度出發(fā)，通過中試實驗研究了浸沒式超濾膜以混凝沉淀作為預處理工藝過濾受污染水的效果。不受原水水質影響，超濾膜出水中濁度

8、始終低于0.1NTU，且完全去除原水中的藻細胞。由于混凝預處理作用，超濾出水中有機物指標基本達到國家飲用水標準。在長期（40天）運行時，膜反應器始終保持高通量運行（不低于40L/m2/h）。實驗結束后采用300mg/L NaClO溶液對膜進行清洗，通量恢復率達到93.6%。
　　為了進一步了解藻及其胞外分泌物對膜污染的影響，系統(tǒng)地研究了不同化學藥劑（NaOH溶液，NaClO溶液，HCl溶液，EDTA溶液）對被含藻水污染后的超濾膜清

9、洗效果。結果表明，100mg/L NaClO溶液對不可逆污染的清洗效果最佳（88.4±1.1%）。衰減全反射傅里葉轉換紅外光譜（ATR-FTIR）也證實NaClO溶液能夠幾乎去除全部的污染物質（如碳水化合物類和蛋白質類物質）。然而，雖然證實500mg/L NaOH溶液能夠去除 PVC膜表面的部分污染物，但是其對不可逆污染的去除率僅為1.5±1.0%。通過掃描電子顯微鏡（ Scanning Electron Microscope，SEM）