文档介绍：摘要
摘要
随着饮用水水质卫生标准日趋严格,具备高效除污染效能的超滤技术在饮用
水处理中将拥有广泛的应用前景。但在天然水体富营养化现象尚不能有效控制的
背景下,藻类引起的膜污染会严重制约超滤净水工艺的推广。因此超滤膜处理高
藻水过程中膜污染特性及其控制研究对超滤技术在饮用水处理领域的推广应用具
有重要意义。针对这个问题,本论文以铜绿微囊藻作为天然高藻水的代表藻种,
开展了藻源膜污染物的表征及其膜污染特性研究、超滤膜藻源污染的影响因素研
究以及超滤膜藻源污染控制研究,并在此基础上结合天然高藻水进行了中试研究。
藻细胞及其胞外有机物(anic matter, EOM)是高藻水中主要的
膜污染物。本论文通过高速冷冻离心法实现了藻细胞和 EOM 的分离,并利用基
于比通量下降、膜污染可逆性分析和有机碳质量平衡的膜污染评价方法以及扫描
电镜和傅里叶红外光谱等表征技术对藻细胞和 EOM 引起膜污染进行了详细的分
析。实验结果表明:藻细胞和 EOM 都能引起严重的膜通量下降和不可逆膜污染。
为了进一步阐释 EOM 引发不可逆膜污染的机理,本论文考察了 EOM 的荧光特性、
分子量分布以及亲疏水特征,发现 EOM 由蛋白质类、多糖类和腐殖质类有机物
组成,以大分子和亲水性为主要特征。在此基础上,本论文通过预过滤、投加钙
离子以及 XAD 树脂预处理等方法改变 EOM 的特性,并通过超滤对照实验研究了
EOM 的性质对膜污染的影响。结果表明,EOM 中大分子组分(100kDa-µm)
对膜污染的贡献最大;在中性条件下 EOM 呈负电性,静电相斥作用会阻止其吸
附在膜表面上;EOM 的疏水组分更易于吸附在膜表面形成不可逆膜污染,而亲水
组分引起膜通量下降的能力远远大于疏水组分。此外,本论文还详细研究了溶解
型 EOM(dissolved EOM, dEOM)和附着型 EOM(bound EOM, bEOM)的性质和膜污
染作用,得出以下结论:bEOM 主要由蛋白质类有机物组成,以大分子和疏水性
为主要特征;而 dEOM 含有多糖类、蛋白质类以及腐殖质类有机物,具有较强的
亲水性。dEOM 在超滤过程中引起的膜通量下降比 bEOM 严重,但 bEOM 能引起
更为严重的不可逆污染。bEOM 和 dEOM 都能加重藻细胞引起的膜污染。就污染
机理而言,滤饼层污染是藻细胞和 EOM 引发超滤膜污染的主要机理,膜孔堵塞
和疏水吸附对藻源膜污染的形成也具有一定的贡献。
超滤膜藻源污染的影响因素研究表明:碱性条件对藻细胞和 EOM 引起的膜
污染都没有显著的影响,而酸性条件会导致藻细胞破裂及 IOM 的释放,加重膜污
染。无机颗粒污染物会减轻藻细胞引起的膜通量下降和不可逆膜污染,但它对
EOM 引起的膜污染没有明显的影响。天然腐殖质类有机物会同时加重藻细胞和
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哈尔滨工业大学工学博士学位论文
EOM 引起的膜通量下降以及不可逆膜污染。超滤膜的截留分子量越大,藻细胞和
EOM 引起的膜通量下降均越严重,但是膜污染的可逆性越好。亲水性超滤膜抗藻
源污染的能力强于疏水性超滤膜,疏水作用会促进藻细胞和 EOM 在膜表面吸附。
采用浸没式超滤膜处理高藻水时,缩短反冲洗周期和增大反冲洗流量都有利于膜
污染的控制;气水反冲洗会引起藻细胞的重新悬浮以及破裂,加重藻源膜污染控
制。
基于藻源膜污染的特性研究和影响因素研究的结果,本论文开展了高锰酸盐
强化混凝缓解超滤膜藻源污染试验研究。结果表明:混凝预处理能减轻藻细胞和
EOM 引起的膜通量下降和不可逆膜污染,但过量投加混凝剂亦不利于膜污染的控
制。KMnO4 强化混凝预处理均能明显减轻藻细胞和 EOM 引起的膜通量下降和不
可逆膜污染,降低污染物负荷和改善滤饼层结构是主要的膜污染缓解机理。高锰
酸盐复合药剂(Potassium posites,PPC)强化混凝和超滤组合工艺
处理引黄水库高藻水的参数优化研究表明:PACl 的最佳投量为 4mg/L,PPC 的最
佳投量为 。组合工艺中试试验的结果表明:PPC 强化混凝不仅能提高出
水的水质,还能有效缓解高藻水超滤过程中的膜污染现象。
本论文完成了高藻水超滤过程中膜污染物的表征及其膜污染特性研究,并提
出了适于高藻水处理的高锰酸钾强化混凝预处理和超滤组合工艺。本论文的研究
成果可以为季节性藻类爆发时超滤工艺水厂的运行提供技术支持。
关键词:超滤;高藻水;膜污染;胞外有机物;高锰酸盐;强化混凝.
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Abstract
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