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工学博士学位论文
三种预处理技术对超滤膜污染的影响及其
机理研究
博士研究生:刘婷
导师:陈忠林教授
申请学位:工学博士
学科:市政工程
所在单位:市政环境工程学院
答辩日期:2011 年 6 月
授予学位单位:哈尔滨工业大学
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Dissertation for the Doctoral Degree in Engineering
EFFECT OF THREE PRETREATMENT
METHODS ON FOULING OF
ULTRAFILTRATION MEMBRANE AND
INVOLVED MECHANISMS
Candidate: Liu Ting
Supervisor: Prof. Chen Zhong-lin
Academic Degree Applied for: Doctor of Engineering
Speciality: Municipal Engineering
Affiliation: School of Municipal and
Environmental Engineering
Date of Defence: June, 2011
Degree-Conferring-Institution: Harbin Institute of Technology
摘要
摘要
近年来,超滤膜在水处理中的应用价值得到了广泛认可。而超滤膜在净水
过程中,自身会不可避免地受到污染。如何在保证水质的前提下降低膜污染,
是膜技术领域研究的重点和难点。预处理技术具有降低膜污染的潜能,本研究
中选取了具有较强实用性、可操作性和成本优势的三种预处理技术——混凝预
处理、吸附预处理和氧化预处理,选择常用试剂为代表,研究了采用不同预处
理技术及不同运行方式时,浸没式超滤膜的运行效能,重点考察了三种预处理
技术对膜污染的影响及其机理。
采用硫酸铝为混凝剂,在中性pH值条件下,研究发现预混凝-超滤系统在常
规最佳混凝剂投量下对水中UV254和溶解性有机碳(DOC)的去除率分别达到
82%和 67%。混凝预处理还能够有效降低膜污染,在恒定膜通量 10 L/(m2h)条件
下,系统运行至 280 小时后,无混凝预处理的超滤系统跨膜压差比有混凝预处
理的超滤系统高出 。原水中含有少量颗粒物(浊度 8~10NTU)并不会
影响有机物的去除效果和膜污染程度,混凝剂的投量由有机物的浓度决定。
尽管省略絮凝过程的微絮凝-超滤系统缩短了工艺流程,不影响膜的出水水
质,但在 10L/(m2h)的膜通量下运行 250 小时后,微絮凝-超滤系统的跨膜压差
比常规混凝-超滤系统高出 11kPa。原因是微絮凝过程产生了体积百分比约占
50%的尺寸在 20μm以下的微絮体,这部分絮体更容易造成膜污染。尽管减量投
药可减少药剂的投加和絮体污泥的生成,对UV254的去除率仅降低了 8%,但对
DOC的去除率降低了 20%。当运行 300 小时后,减量投药混凝-超滤系统的跨膜
压差比常规最优投量混凝-超滤系统高出 10kPa。原因是此时絮凝速率降低,絮
凝阶段末期絮体的平均尺寸降低了约 25%,絮体分形维数从常规最优投量下的
增加到 ,均对降低膜污染不利。将混凝剂在混合和絮凝阶段二次投加
的新型投药方式明显降低了膜污染,当运行 330 小时后,二次投药混凝-超滤系
统的跨膜压差比常规单次投药混凝-超滤系统低了 16kPa。原因是二次投药下平
衡时絮体平均尺寸提高了近 25%,分形维数从单次投药的 降低至 ,同
时膜的内部污染程度明显减轻。这可能由于新生成的混凝剂水解产物具有不同
的表面特性,使最终形成的絮体过滤性能得到改善。
研究发现粉末活性炭预吸附对提高超滤系统去除有机污染物的效能作用显
著,去除率随着粉末活性炭投量的增加而显著提高,尤其对于超滤膜几乎无法
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哈尔滨工业大学工学博士学位论文
截留的中小分子有机物去除能力很强,50mg/L 粉末活性炭的投量对乙草胺和异
丙甲草胺两种目标污染物的去除率分别达到了 85%和 90%左右。
粉末活性炭在低投量下对膜污染的影响不明显,而在高投量下