一体化超滤净水装置处理地表水的试验研究.pdf

上海交通大学 硕士学位论文 一体化超滤净水装置处理地表水的试验研究 姓名：易兆青 申请学位级别：硕士 专业：环境工程 指导教师：张振家 20061201 一体化超滤净水装置处理地表水的试验研究 摘 要 一体化超滤净水装置处理地表水的试验研究 摘 要 超滤技术是一种高效分离技术，与传统的分离技术相比，具有操 作压力低、能耗小、运行简单、能有效截留细菌和病毒等优点，在水 处理领域得到广泛的应用 本课题采用内压式中空纤维超滤膜设计了 一种适用于分散型水处理的一体化超滤净水装置， 并利用该装置开展 净化地表水的试验研究 试验流程是地表水加药混凝后直接经过超滤膜过滤 考察比较了 三氯化铁、 聚合氯化铝以及聚合硅铁三种不同混凝剂混凝的效果以及 对超滤净水装置运行的影响，通过调整控制装置运行条件、优化装置 操作参数来实现净水装置稳定高效运行； 分析了净水过程中超滤膜污 染控制要点； 通过监测原水以及超滤部分产水水质指标来评价净水装 置对地表水中污染物的去除效果 试验结果表明： 投加混凝剂混凝后过滤能够有效降低膜表面的污 染；装置采用气压水反洗设计，使得装置经济且结构紧凑通过调整 反洗气压为 0.160MPa、反洗时间 30s、正冲时间 40s、正冲流量 6.5～ 7.1m3/h 能有效地将膜表面截留的污染物洗净； 产水量为 2t/h， 混凝剂 为三氯化铁，制水周期为 30min 条件下，装置运行稳定，运行 15 天 跨膜压差上升仅为 0.004MPa；产水量为 4t/h，制水周期为 10min 条 件下，装置运行稳定性较差；产水流量为 2t/h 时，混凝剂对跨膜压差 上升和比特征通量下降的程度影响大小依次为聚合氯化铝聚合硅铁 三氯化铁； 产水流量为 4t/h 时， 则依次为聚合硅铁聚合氯化铝 三 氯化铁；完整性测试表明中空纤维膜丝没有发生 “断丝” 现象； 混凝、 装置操作参数以及化学清洗对膜污染控制有较大的影响： 化学清洗采 用先酸液清洗后碱液清洗能够有效洗净膜表面的污染， 跨膜压差恢复 率为 99％以上；装置对地表水中的浊度去除率为 99.95％以上，总铁 的去除率 90％以上，TOC 的去除率在 31％～37％、UV254的去除率 在 48％～57％，对细菌的截留率达到 99.99%以上、对大肠杆菌的截 留率达到 100%。

相关产水水质达到或者优于 《生活饮用水卫生标准》 本研究为类似净水装置设计、 推广以及工程实践提供了一定的参 考和设计依据 关键词：超滤、一体化装置、内压式中空纤维超滤膜、混凝、地表水、 膜污染 ABSTRACT Ultra-filtration (UF) as a new and high efficiency separation technology, has been applied widely in water treatment, for its advantages of low operating pressure, energy saving, easy running, and bacteria cut-off. In this experiment an integrative UF filtration apparatus is designed which uses the Inside-out hollow fiber ultra-filtration membranes and is suitable for the decentralized water purification, and the performance of apparatus on purification of surface water is studied The treating process comprises of coagulation and ultra-filtration. It compares the coagulation efficiency of Ferric Chloride, Poly-Aluminum Chloride and Poly Silicon Iron and their effects on the filtration process. By adjusting operational condition, and optimizing operating parameters, it achieves stable operation of water purification apparatus. By measuring water quality indexes of raw water and UF filtrate, we evaluate the apparatus removal efficiency of pollutants in surface water. The experiment results show that: coagulation before filtration has a good effect on lowering down membrane fouling; the apparatus uses compressed air as backwash dynamical source which makes it economical and integrative; by properly adjusting the air pressure(0.160MPa),backwashing time(30s),flush time (40s),flushing flow(6.5m3/h),the pollutants on the membrane surface can be removed effectively; by adjusting water making cycle(30min), flow(2t/h), it can improve stability; when the product flow is 2t/h, effect of coagulant on trans-membrane pressure and specific flux is Poly-Aluminum Chloride Poly Silicon Iron Ferric Chloride successively; when the product flow is 4t/h, effect of coagulant on trans-membrane pressure and specific flux is Poly Silicon Iron Poly-Aluminum Chloride Ferric Chloride successively; there is no “wire-breaking” of hollow fiber membrane in the integrity test; coagulation, operating parameters and chemical cleaning can have good effect on the control of membrane fouling, in which acid liquor cleaning before alkali liquor cleaning can effectively clean the fouling on the membrane surface, the trans-membrane pressure recovery percentage is above 99% ; the apparatus has high removal efficiencies of turbidity(99.9%), total Fe(90%), bacteria(99.99%), coliform(100%)and has certain removal rates of TOC(31%~37%)、 UV254(48%~57%), etc, thus the quality of UF filtrate reach or exceed the standard prescribed in” Sanitary Standard for Drinking Water”. The testing result provides some referential value for the designing and promoting of the similar apparatus for water purification and engineering practice. Keywords: Ultra-filtration (UF), integrative apparatus, Inside-out hollow fiber UF membranes, coagulation, surface water, membrane fouling 学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进 行研究工作所取得的成果。

除文中已经注明引用的内容外， 本论文不包含 任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果 对本文的研究做出重 要贡献的个人和集体， 均已在文中以明确方式标明 本人完全意识到本声 明的法律结果由本人承担 学位论文作者签名： 易兆青 日期： 2006 年 12 月 28 日 上海交通大学 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规 定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电 子版，允许论文被查阅和借阅本人授权上海交通大学可以将本学 位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影 印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文 保密□，在___年解密后适用本授权书 本学位论文属于 不保密□√ （请在以上方框内打“√”） 学位论文作者签名： 指导教师签名： 易兆青 张振家 日期： 2006 年 12 月 28 日 日期：2006 年 12 月 28 日 上海交通大学硕士学位论文 绪论 - 1 - 第一章 绪 论 1.1 我国地表水资源 水资源是人类生产和生活不可缺少的自然资源， 也是生物赖以生存的环境资 源。

地球上 71％的表面都被水覆盖我国水资源总量不少，淡水资源总量为 2.8 万亿立方米，居世界第六位，但人均水资源量很少，人均水量只相当世界人均占 有量的 1/4，在世界 149 个国家中排名 110 位我国 600 多个城市中，400 多个 城市存在供水不足问题，全国城市总缺水量为 60 亿立方米，每年因水资源匮乏 影响的工业产值高达 2300 亿元[1] 水资源短缺可分为以下三种情况： 资源型缺水：水资源时空分布严重不均如我国 90％的地表水分布在南方 地区，而西部和北方的一些地区水储量很少，2006 年重庆发生特大旱情，而广 东、湖南等省份却发生严重的洪涝灾害 污染型缺水：虽然水资源丰富，但因污染而不能充分利用由于经济的迅速 发展，很多生活污水和工业废水未经处理就直接排入江河湖泊，给地表水源带来 了极大的污染2004 根据 1300 条河流 3200 多个监测断面的水质资料，对 13 万 公里河流水质进行了评价，全年期水质总体状况是：Ⅰ类水河长占 6.3%，Ⅱ类 水河长占 27.2%， Ⅲ类水河长占25.9%， Ⅳ类水河长占12.8%， Ⅴ类水河长占6.0%， 劣Ⅴ类水河长占 21.8%，50 个湖泊中，水质符合和优于Ⅲ类水的湖泊有 18。