本文關鍵詞：強化混凝—超濾處理微污染窖水及其有機物特性的研究

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【摘要】：為解決我國西北部干旱半干旱地區(qū)嚴重缺水的問題,我國推出實施的“121雨水集流工程”已基本得到了普及。當?shù)厝嗣駥⒂晁占A存,并廣泛用于灌溉、生產(chǎn)、人畜飲用等。集雨窖水作為當?shù)卮迕褡钪饕嬘盟畞碓?水質(zhì)的好壞直接關系著居民的身體健康。然而,近年間由于西北地區(qū)工業(yè)發(fā)展對大氣的污染,天然雨水在匯集入窖的過程中,雨滴在空中的凝結(jié)帶入了大氣中的污染物,在集雨面如屋頂、庭院、山坡、打麥場、砂石路面等受到二次污染,在貯入水窖后,窖壁或底泥中的微生物也會產(chǎn)生一定污染。又因當?shù)氐貐^(qū)經(jīng)濟的制約,農(nóng)藥化肥大量的使用,家庭畜禽類養(yǎng)殖廢水的隨意排放等外界因素,窖水水質(zhì)條件差的問題長期得不到解決。本課題在此背景下,以西北干旱半干旱地區(qū)農(nóng)村集雨窖水為研究對象,采用以聚合氯化鋁(PAC)為混凝劑,陰離子型聚丙烯酰胺(HPAM)為助凝劑,并復配以粉末活性炭的強化混凝手段對窖水進行處理,研究污染物的去除與有機污染物的特性;并聯(lián)用超濾工藝,探討單獨PAC、PAC/HPAM、PAC/HPAM/粉末活性炭的強化混凝聯(lián)用超濾處理窖水以及對膜性能的影響。西北干旱半干旱地區(qū)的窖水,受收集及貯存過程的環(huán)境影響,水質(zhì)條件差,泥沙含量多,其中濁度平均值為19.4NTU,CODMn為5.16mg/L,UV254為0.088 mg/L,NH3-N為0.64 mg/L,均超過分散式《生活飲用水衛(wèi)生標準》,呈現(xiàn)出微污染狀態(tài)。窖水中有機物分子量主要集中在100KDal和5KDal的區(qū)間范圍內(nèi),分布兩極化是西北地區(qū)微污染窖水有機物分子量分布的特點。在使用強化混凝處理微污染窖水的實驗中,首先使用單獨投加PAC對窖水進行處理,考察PAC投加量對水中污染物的去除效果,同時研究了對不同分子量有機物的影響。結(jié)果表明,混凝劑的投加量在15~17.5mg/L時,窖水中以CODMn、UV254、NH3-N、濁度為主的污染物去除率分別為36%、49%、33%、83%,在結(jié)合了Zeta-電位與分型維數(shù)分析之后,得出網(wǎng)捕卷掃作用是聚合氯化鋁去除污染物的主要機理;單獨投加PAC對窖水中各個分子量區(qū)間的有機物均有一定的去除效果,且對100KDal分子量的有機物去除效果更加明顯。其次,使用助凝劑HPAM復配PAC的強化混凝,研究HPAM的最佳投加量,以及HPAM與PAC投加順序的問題。結(jié)果表明,PAC復配了HPAM的強化混凝所產(chǎn)生的絮體顆粒更加密實,沉淀速度也更快;當HPAM投加量為0.15 mg/L時,高分子長鏈型助凝劑強大的吸附架橋作用使得窖水中CODMn、UV254、NH3-N、濁度的去除率較單獨投加PAC時分別提升了11%、6%、4%、12%;助凝劑的投加對有機物分子量影響十分均衡,對每個分子量區(qū)間上的有機物都有一定的去除;先投加PAC后加入3HPAM的投加順序效果最好,能充分發(fā)揮高分子長鏈助凝劑的吸附架橋和網(wǎng)布卷掃作用;聚丙烯酰胺的復配能夠在保障對窖水中污染物處理效果的同時,降低PAC的使用量,實驗結(jié)果表明投加0.15mg/L的HPAM后,PAC的最佳投量從15~17.5mg/L降至10~12.5mg/L,而且對強化混凝去除污染物的效果影響不大。投加PAC/HPAM的強化混凝,研究不同初始pH對強化混凝的影響。結(jié)果表明,弱酸性的水環(huán)境有利于有機物的去除,而弱堿性的水環(huán)境對NH3-N和濁度的去除效果更佳。考慮到我國飲用水標準(6.5~8.5)以及改變原水pH的實際操作條件,對實驗用水的pH不作調(diào)整,仍為窖水初始值的7.7。第三,通過投加粉末活性炭復配PAC/HPAM的強化混凝實驗,研究粉末活性炭的投加量對窖水中污染物去除效果的影響,對不同分子量區(qū)間的有機物去除效果以及與PAC/HPAM的投加順序問題。結(jié)果表明,粉末活性炭的加入,對有機物的去除效果明顯,而對NH3-N和濁度去除率則影響甚微;實驗得出粉末活性炭在PAC/HPAM前1min投加效果最好,最佳投量為20mg/L,出水的CODMn、UV254、NH3-N及濁度的去除率可分別提升至54%、66%、40%、97%,粉末活性炭強大的表面吸附能力是其去除有機污染物的主要機理;粉末活性炭的投加,對各個分子量區(qū)間的有機物均有一定的去除率,且對于5KDal分子量的小分子有機物,投加粉末活性炭后去除效果最佳。為研究微污染窖水在經(jīng)過強化混凝與超濾聯(lián)用處理后對污染物的進一步去除,以及對超濾膜性能的影響,實驗以單獨投加PAC、PAC/HPAM、PAC/HPAM/粉末活性炭三種強化混凝手段與超濾聯(lián)用,窖水的CODMn、UV254、NH3-N、濁度的去除率最終為64%、72%、42%、99%。強化混凝與超濾聯(lián)用后,不論錯流還是死端流,超濾膜的通量降低幅度以及膜清洗后恢復狀況都有明顯的差別。其中:窖水直接通過超濾膜,對原水水質(zhì)的去除效果不理想,超濾膜污染嚴重,單周期內(nèi)膜比通量的下降幅度最大,清洗后膜通量恢復情況很差,十個周期后超濾膜的膜比通量低至0.03左右。投加PAC的強化混凝+超濾相比于直接超濾,最終膜比通量從0.03提升至0.2,通量下降程度有明顯的改善。PAC/HPAM+超濾相比于PAC+超濾,最終膜比通量從0.2提升至0.6,混凝形成的致密泥餅層也使超濾膜反沖洗后通量恢復程度更好。而投加了粉末活性炭后,包裹了粉末活性炭的絮體較松散,附著在膜表面后更容易被反沖洗掉,對小分子有機物的去除效果也更加明顯,最終膜比通量從0.6升至0.7左右,清洗后膜通量的恢復程度也最佳。
【關鍵詞】：西北地區(qū)窖水 強化混凝 超濾 有機物分子量 膜性能
【學位授予單位】：蘭州交通大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TU991.2
【目錄】：

• 摘要4-6
• Abstract6-11
• 1 緒論11-20
• 1.1 課題的研究背景：11-12
• 1.2 強化混凝技術12-15
• 1.2.1 強化混凝對水處理的特點12-14
• 1.2.2 強化混凝水處理技術的研究進展14-15
• 1.3 超濾工藝15-17
• 1.3.1 超濾對飲用水處理的特點15
• 1.3.2 超濾水處理工藝的研究進展15-17
• 1.4 課題來源、目的及意義17
• 1.4.1 課題來源與資助項目17
• 1.4.2 課題研究的目的及意義17
• 1.5 課題的主要研究內(nèi)容與技術路線17-20
• 1.5.1 研究的主要內(nèi)容17-18
• 1.5.2 技術路線圖18-20
• 2 窖水水質(zhì)分析與實驗材料、測量方法20-25
• 2.1 實驗用水的采集與水質(zhì)特征分析20-23
• 2.1.1 微污染窖水的采集20-21
• 2.1.2 原水水質(zhì)21-22
• 2.1.3 原水中有機物分子量分布特點22-23
• 2.2 實驗材料23-24
• 2.3 實驗檢測方法24-25
• 3 強化混凝對微污染窖水的處理25-46
• 3.1 實驗材料和方法26-28
• 3.1.1 實驗材料26
• 3.1.2 實驗方法26-28
• 3.2 實驗結(jié)果與討論28-43
• 3.2.1 單獨投加PAC的強化混凝對污染物去除效果的影響28-32
• 3.2.2 PAC復配HPAM的強化混凝對污染物去除效果的影響32-35
• 3.2.3 HPAM的使用對PAC投加量的影響35-36
• 3.2.4 PAC與HPAM投加順序?qū)娀炷挠绊?/span>36-37
• 3.2.5 原水pH對強化混凝的影響37-39
• 3.2.6 PAC/HPAM復配粉末活性炭強化混凝對污染物去除效果的影響39-42
• 3.2.7 粉末活性炭與PAC/HPAM投加順序?qū)娀炷挠绊?/span>42-43
• 3.3 本章小結(jié)43-46
• 4 強化混凝對不同分子量區(qū)間有機物的影響46-53
• 4.1 實驗材料與方法46-48
• 4.1.1 實驗材料46
• 4.1.2 實驗方法46-48
• 4.2 實驗結(jié)果與討論48-51
• 4.2.1 單獨投加PAC強化混凝對有機物分子量的影響48-49
• 4.2.2 PAC復配HPAM強化混凝對有機物分子量的影響49-50
• 4.2.3 PAC/HPAM復配粉末活性炭強化混凝對有機物分子量的影響50-51
• 4.3 本章小結(jié)51-53
• 5 強化混凝與超濾聯(lián)用處理微污染窖水及其對膜性能的影響53-71
• 5.1 實驗材料與方法53-55
• 5.1.1 實驗材料53
• 5.1.2 實驗方法53-55
• 5.2 實驗結(jié)果與分析55-67
• 5.2.1 直接超濾對窖水水質(zhì)及膜性能的影響55-58
• 5.2.2 PAC強化混凝與超濾聯(lián)用對窖水水質(zhì)及膜性能的影響58-61
• 5.2.3 PAC/HPAM強化混凝與超濾聯(lián)用對窖水水質(zhì)及膜性能的影響61-64
• 5.2.4 PAC/HPAM/粉末活性炭強化混凝與超濾聯(lián)用對窖水水質(zhì)及膜性能的影響64-67
• 5.3 本章小結(jié)67-71
• 結(jié)論71-73
• 致謝73-74
• 參考文獻74-78
• 攻讀學位期間的研究成果78

【參考文獻】

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本文編號：1062437