文档介绍：摘要
摘要
在饮用水水质标准越加严格的大背景下,常规工艺对净水厂生产废水处理
利用的弊端日渐突出,特别是回用中微生物累积造成的健康安全风险不容忽
视。膜技术作为公认的高效除浊、除菌工艺,越来越多的受到人们的关注,应
用的领域也越加宽泛,但是对于净水厂生产废水处理还处于起步阶段,很多的
问题还需进一步研究。本文采用外压浸入式超滤处理净水厂生产废水,研究了
污染物去除效能及超滤运行参数优化,探讨了净水厂生产废水对系统过滤模式
和反冲洗方式的影响,提出了气水延时反冲洗方式。结合生产废水特点,研究
了超滤处理生产废水膜污染构成及形成过程,分析了运行工况、预处理和化学
清洗对膜污染防治的影响。对膜丝破损后的出水健康安全风险进行评价,提出
工艺优化方案,为外压浸入式超滤应用于净水厂生产废水处理提供了理论和技
术支撑。
净水厂生产废水水质波动性较大,但是超滤对浊度、细菌、颗粒数以及铁
的去除率几乎达到 100%,出水浊度低于 ,大于 2μm 的颗粒数小于 1 个
/mL,细菌多次检验均未检出,铁含量小于 。对 UV254 以及耗氧量的
去除率在 35%和 40-85%,出水水质满足饮用水标准。由于膜孔径较小,对浊度
的去除效果明显,生产废水浊度和运行参数的变化都没能影响膜出水浊度,对
进水浊度具有很高的抗冲击负荷能力,膜出水浊度在 以下,对浊度的
去除效能稳定。
研究了超滤处理净水厂生产废水中膜污染构成及形成过程,建立了恒通量
下的不可逆阻力模型,并根据此模型对系统运行模式进行了优化。结果表明进
水浊度较低时,当过滤时间超过 30min,运行初期的不可逆阻力是系统稳定后
的 倍,且在后续稳定运行中,会使不可逆阻力增加一倍。当过滤周期为
27min 时,膜污染速率稳定且产水率高达 %;当进水浊度较高时,反冲洗
恢复率的降低使得不可逆阻力升高,当反冲洗恢复率低于 80%时,不可逆阻力
增加 40-85%,总阻力增加 48-97%。对高浊度净水厂生产废水膜阻力变化率研
究发现,当 TMP 超过 时,膜阻力变化率增加 5 倍,1min 内膜阻力可
增加 ×10-6m-1。处理高浊度净水厂生产废水以恒定末期 TMP 为
的方式运行时,膜污染速率最稳定。
为使系统在不同浊度下获得高于 90%的反冲洗恢复率,对膜阻力形成机理
进行了分析,并对气水延时反冲洗方式进行了优化。结果表明,最佳气水延时
反冲洗方式为气洗 40s,水洗 20s,其中水洗强度为 L/(),气洗强度由
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哈尔滨工业大学工学博士学位论文
不同浊度形成的膜阻力确定。当进水浊度小于 70NTU 时,膜阻力以膜自身阻力
为主,最高占总阻力的 57% ,滤饼层阻力几乎可以忽略,气洗强度为
65L/();当进水浊度在 70-232NTU 之间时,膜阻力中滤饼阻力和膜自身阻
力并重,两者合占总阻力的 85%,气洗强度为 143L/() 。当进水浊度大于
232NTU 时,膜阻力以滤饼阻力为主,占总阻力的 51% ,气洗强度为
190L/()。
考察了不同混凝剂对出水有机物去除以及减缓膜污染效果的影响。在有机
物去除方面,PAC> 铝盐> 铁盐,当 PAC 投加量为 30mg/L 时,去除率达
%;在减缓膜污染方面,铝盐、铁盐和 PAC 对膜通量衰减速度:铁盐<铝盐
<PAC,当 FeCl3 投加量为 15mg/L 时,通量衰减速率最缓,比不添加混凝剂的
衰减速度减缓了 43%。
采用蒙特卡罗法,以系统出水颗粒数为指标,对出水健康安全风险进行了
分析和评价。结果显示,出水中颗粒数在五个不同范围内的分布均符合对数正
态分布函数,参数分别为(11,6)、(46,9)、(87,16)、(529,91)、(800,85)。出水
颗粒数小于 20 个/mL 时,50%的累积概率风险值在 10-6 数量级,低于最大可接
受年风险水平一个数量级,健康安全风险值低;出水颗粒数在 30-60 个/mL 之
间时,与最大可接受年风险水平处于同一数量级,超过最大可接受年风险的累
积概率为 %,健康安全风险值适中;当出水中颗粒数量在 60-120 个/mL
时,超过最大可接受年风险的累积概率为 %,健康安全风险值高;出水颗
粒数量在 300 个/mL 以上时,终生健康风险值在 10-2 级,高出最大可接受风险
两个数量级,健康风险值极高,应及时对膜丝进行修补。
关键词:净水厂生产废水;超滤;健康安全评价;膜污染