超濾處理高藻水過程中膜污染特性及控制研究.pdf

1、隨著飲用水水質衛(wèi)生標準日趨嚴格,具備高效除污染效能的超濾技術在飲用水處理中將擁有廣泛的應用前景。但在天然水體富營養(yǎng)化現(xiàn)象尚不能有效控制的背景下,藻類引起的膜污染會嚴重制約超濾凈水工藝的推廣。因此超濾膜處理高藻水過程中膜污染特性及其控制研究對超濾技術在飲用水處理領域的推廣應用具有重要意義。針對這個問題,本論文以銅綠微囊藻作為天然高藻水的代表藻種,開展了藻源膜污染物的表征及其膜污染特性研究、超濾膜藻源污染的影響因素研究以及超濾膜藻源污染控制

2、研究,并在此基礎上結合天然高藻水進行了中試研究。
　　藻細胞及其胞外有機物(Extracellular organic matter,EOM)是高藻水中主要的膜污染物。本論文通過高速冷凍離心法實現(xiàn)了藻細胞和EOM的分離,并利用基于比通量下降、膜污染可逆性分析和有機碳質量平衡的膜污染評價方法以及掃描電鏡和傅里葉紅外光譜等表征技術對藻細胞和EOM引起膜污染進行了詳細的分析。實驗結果表明:藻細胞和EOM都能引起嚴重的膜通量下降和不可逆膜

3、污染。為了進一步闡釋EOM引發(fā)不可逆膜污染的機理,本論文考察了EOM的熒光特性、分子量分布以及親疏水特征,發(fā)現(xiàn)EOM由蛋白質類、多糖類和腐殖質類有機物組成,以大分子和親水性為主要特征。在此基礎上,本論文通過預過濾、投加鈣離子以及XAD樹脂預處理等方法改變EOM的特性,并通過超濾對照實驗研究了EOM的性質對膜污染的影響。結果表明,EOM中大分子組分(100kDa-0.45μm)對膜污染的貢獻最大;在中性條件下EOM呈負電性,靜電相斥作用會

4、阻止其吸附在膜表面上;EOM的疏水組分更易于吸附在膜表面形成不可逆膜污染,而親水組分引起膜通量下降的能力遠遠大于疏水組分。此外,本論文還詳細研究了溶解型EOM(dissolved EOM,dEOM)和附著型EOM(bound EOM,bEOM)的性質和膜污染作用,得出以下結論:bEOM主要由蛋白質類有機物組成,以大分子和疏水性為主要特征;而dEOM含有多糖類、蛋白質類以及腐殖質類有機物,具有較強的親水性。dEOM在超濾過程中引起的膜通量

5、下降比bEOM嚴重,但bEOM能引起更為嚴重的不可逆污染。bEOM和dEOM都能加重藻細胞引起的膜污染。就污染機理而言,濾餅層污染是藻細胞和EOM引發(fā)超濾膜污染的主要機理,膜孔堵塞和疏水吸附對藻源膜污染的形成也具有一定的貢獻。
　　超濾膜藻源污染的影響因素研究表明:堿性條件對藻細胞和EOM引起的膜污染都沒有顯著的影響,而酸性條件會導致藻細胞破裂及IOM的釋放,加重膜污染。無機顆粒污染物會減輕藻細胞引起的膜通量下降和不可逆膜污染,但

6、它對EOM引起的膜污染沒有明顯的影響。天然腐殖質類有機物會同時加重藻細胞和EOM引起的膜通量下降以及不可逆膜污染。超濾膜的截留分子量越大,藻細胞和EOM引起的膜通量下降均越嚴重,但是膜污染的可逆性越好。親水性超濾膜抗藻源污染的能力強于疏水性超濾膜,疏水作用會促進藻細胞和EOM在膜表面吸附。采用浸沒式超濾膜處理高藻水時,縮短反沖洗周期和增大反沖洗流量都有利于膜污染的控制;氣水反沖洗會引起藻細胞的重新懸浮以及破裂,加重藻源膜污染控制。

7、>　　基于藻源膜污染的特性研究和影響因素研究的結果,本論文開展了高錳酸鹽強化混凝緩解超濾膜藻源污染試驗研究。結果表明:混凝預處理能減輕藻細胞和EOM引起的膜通量下降和不可逆膜污染,但過量投加混凝劑亦不利于膜污染的控制。KMnO4強化混凝預處理均能明顯減輕藻細胞和EOM引起的膜通量下降和不可逆膜污染,降低污染物負荷和改善濾餅層結構是主要的膜污染緩解機理。高錳酸鹽復合藥劑(Potassium permanganate composites,

8、PPC)強化混凝和超濾組合工藝處理引黃水庫高藻水的參數(shù)優(yōu)化研究表明:PACl的最佳投量為4mg/L,PPC的最佳投量為0.6mg/L。組合工藝中試試驗的結果表明:PPC強化混凝不僅能提高出水的水質,還能有效緩解高藻水超濾過程中的膜污染現(xiàn)象。
　　本論文完成了高藻水超濾過程中膜污染物的表征及其膜污染特性研究,并提出了適于高藻水處理的高錳酸鉀強化混凝預處理和超濾組合工藝。本論文的研究成果可以為季節(jié)性藻類爆發(fā)時超濾工藝水廠的運行提供技術