超濾處理高藻水過(guò)程中膜污染特性及控制研究.pdf

1、隨著飲用水水質(zhì)衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)日趨嚴(yán)格,具備高效除污染效能的超濾技術(shù)在飲用水處理中將擁有廣泛的應(yīng)用前景。但在天然水體富營(yíng)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(huì)嚴(yán)重制約超濾凈水工藝的推廣。因此超濾膜處理高藻水過(guò)程中膜污染特性及其控制研究對(duì)超濾技術(shù)在飲用水處理領(lǐng)域的推廣應(yīng)用具有重要意義。針對(duì)這個(gè)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(chǔ)上結(jié)合天然高藻水進(jìn)行了中試研究。
　　藻細(xì)胞及其胞外有機(jī)物(Extracellular organic matter,EOM)是高藻水中主要的膜污染物。本論文通過(guò)高速冷凍離心法實(shí)現(xiàn)了藻細(xì)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(jī)碳質(zhì)量平衡的膜污染評(píng)價(jià)方法以及掃描電鏡和傅里葉紅外光譜等表征技術(shù)對(duì)藻細(xì)胞和EOM引起膜污染進(jìn)行了詳細(xì)的分析。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:藻細(xì)胞和EOM都能引起嚴(yán)重的膜通量下降和不可逆膜

3、污染。為了進(jìn)一步闡釋EOM引發(fā)不可逆膜污染的機(jī)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(zhì)類、多糖類和腐殖質(zhì)類有機(jī)物組成,以大分子和親水性為主要特征。在此基礎(chǔ)上,本論文通過(guò)預(yù)過(guò)濾、投加鈣離子以及XAD樹脂預(yù)處理等方法改變EOM的特性,并通過(guò)超濾對(duì)照實(shí)驗(yàn)研究了EOM的性質(zhì)對(duì)膜污染的影響。結(jié)果表明,EOM中大分子組分(100kDa-0.45μm)對(duì)膜污染的貢獻(xiàn)最大;在中性條件下EOM呈負(fù)電性,靜電相斥作用會(huì)

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(yuǎn)遠(yuǎn)大于疏水組分。此外,本論文還詳細(xì)研究了溶解型EOM(dissolved EOM,dEOM)和附著型EOM(bound EOM,bEOM)的性質(zhì)和膜污染作用,得出以下結(jié)論:bEOM主要由蛋白質(zhì)類有機(jī)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(zhì)類以及腐殖質(zhì)類有機(jī)物,具有較強(qiáng)的親水性。dEOM在超濾過(guò)程中引起的膜通量

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

6、它對(duì)EOM引起的膜污染沒有明顯的影響。天然腐殖質(zhì)類有機(jī)物會(huì)同時(shí)加重藻細(xì)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(xì)胞和EOM引起的膜通量下降均越嚴(yán)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(qiáng)于疏水性超濾膜,疏水作用會(huì)促進(jìn)藻細(xì)胞和EOM在膜表面吸附。采用浸沒式超濾膜處理高藻水時(shí),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(huì)引起藻細(xì)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(jié)果,本論文開展了高錳酸鹽強(qiáng)化混凝緩解超濾膜藻源污染試驗(yàn)研究。結(jié)果表明:混凝預(yù)處理能減輕藻細(xì)胞和EOM引起的膜通量下降和不可逆膜污染,但過(guò)量投加混凝劑亦不利于膜污染的控制。KMnO4強(qiáng)化混凝預(yù)處理均能明顯減輕藻細(xì)胞和EOM引起的膜通量下降和不可逆膜污染,降低污染物負(fù)荷和改善濾餅層結(jié)構(gòu)是主要的膜污染緩解機(jī)理。高錳酸鹽復(fù)合藥劑(Potassium permanganate composites,

8、PPC)強(qiáng)化混凝和超濾組合工藝處理引黃水庫(kù)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(yàn)的結(jié)果表明:PPC強(qiáng)化混凝不僅能提高出水的水質(zhì),還能有效緩解高藻水超濾過(guò)程中的膜污染現(xiàn)象。
　　本論文完成了高藻水超濾過(guò)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(qiáng)化混凝預(yù)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(shí)超濾工藝水廠的運(yùn)行提供技術(shù)