【摘要】：隨著供水安全可靠性要求越發(fā)嚴(yán)格,超濾應(yīng)用增多。而限制超濾應(yīng)用的關(guān)鍵因素為膜污染�；炷龑�(duì)于減緩膜污染具有很好地實(shí)用性。其中,鋁鹽混凝劑為現(xiàn)階段廣為應(yīng)用的混凝劑,其鋁形態(tài)對(duì)混凝超濾過(guò)程的效能具有較大影響。本文研究了水中污染物的組成對(duì)膜污染的影響。在此基礎(chǔ)上對(duì)不同鋁形態(tài)條件下的混凝超濾過(guò)程加以研究,并確定不同鋁形態(tài)對(duì)膜表面濾餅層特性的影響。同時(shí)采用機(jī)械混凝變速沉淀工藝對(duì)不同鋁形態(tài)條件下的膜污染加以研究。無(wú)機(jī)顆粒膜污染能力較低且多為可逆污染,污染最重時(shí)第三周期末端比通量為0.876,顆�？倲�(shù)相近時(shí)粒度分形維數(shù)的減小致使膜污染加重。而有機(jī)物膜污染能力較強(qiáng)且多為不可逆污染,污染最輕時(shí)第三周期末端比通量為0.418。其中30-50kDa分子量范圍有機(jī)物膜污染能力最強(qiáng),10kDa分子量范圍內(nèi)有機(jī)物膜污染能力最弱。水中無(wú)機(jī)顆粒與有機(jī)物共存時(shí),無(wú)機(jī)顆粒吸附有機(jī)物使有機(jī)物濃度降低,同時(shí)有機(jī)物使無(wú)機(jī)顆粒自聚集作用減弱粒度分形維數(shù)較小。二者作用使膜污染增大但可逆性增強(qiáng),可逆污染從0.396增大至0.470。探究不同水溶液條件下鋁形態(tài)對(duì)混凝超濾過(guò)程的作用。發(fā)現(xiàn)不同鋁形態(tài)各有其使膜污染減緩最佳條件,故可確立不同鋁形態(tài)各自適用的水溶液條件。采用破碎重組過(guò)程優(yōu)化顆粒特性以控制膜污染,發(fā)現(xiàn)對(duì)于多種鋁形態(tài)均有任一階段更大的速度梯度不利于生成大而疏松的絮凝體。但由于絮凝體破碎重組使有機(jī)物去除率有所上升,故在中間聚合態(tài)鋁及膠體態(tài)鋁條件下,絮凝體破碎重組使膜污染減緩。對(duì)比不同鋁形態(tài)條件下結(jié)果,表明絮凝體破碎前及重組后中間聚合態(tài)鋁均能引起最低膜污染,三周期末端比通量分別為0.770及0.791。這是由于中間聚合態(tài)鋁形成的絮凝體雖然小而密實(shí),但其對(duì)50kDa各分子量范圍內(nèi)有機(jī)物的去除率均較高。建立粒度分形維數(shù)及二維分形維數(shù)與濾餅層孔隙分形維數(shù)關(guān)系并驗(yàn)證。首先,采用掃描電鏡圖像建立濾餅層特性分析方法,發(fā)現(xiàn)5000倍放大倍數(shù)掃描電鏡圖像最適于計(jì)算濾餅層特性,相對(duì)誤差小于5%。而后,采用Carman-Kozeny等式計(jì)算濾餅層孔隙率并與掃描電鏡圖像法孔隙率對(duì)比分析,確定掃描電鏡圖像法計(jì)算孔隙率確實(shí)可行。進(jìn)而利用掃描電鏡圖像法所得孔隙分形維數(shù)驗(yàn)證絮凝體對(duì)濾餅層影響模型。在此基礎(chǔ)上,確認(rèn)不同鋁形態(tài)條件下,減小的二維分形維數(shù)及增大的粒度分形維數(shù)有利于孔隙率更大的濾餅層形成。絮凝體破碎重組時(shí),膠體態(tài)鋁條件生成二維分形維數(shù)最小為1.803且粒度分形維數(shù)最大為1.005的絮凝體,其導(dǎo)致濾餅層孔隙率最大為7.183%。探究預(yù)混凝方式對(duì)膜污染的控制,確立在不同鋁形態(tài)條件下均有混凝超濾具有最低的不可逆膜污染,為最佳混凝超濾組合形式。但混凝沉淀超濾也具有其優(yōu)勢(shì),即總的膜污染最小。而后采用機(jī)械混凝變速沉淀反應(yīng)器進(jìn)行研究。在混凝過(guò)程最佳速度梯度組合59-48-17s~(-1)條件下,不同鋁形態(tài)條件下均有混凝超濾不可逆膜污染仍低于混凝沉淀超濾及微絮凝超濾的不可逆膜污染,與靜態(tài)試驗(yàn)一致。但隨著變速沉淀過(guò)程中動(dòng)態(tài)懸浮層的形成,混凝沉淀超濾較混凝超濾膜污染更輕。探究鋁形態(tài)在形成動(dòng)態(tài)懸浮層過(guò)程中的作用,膠體態(tài)鋁最有利于懸浮層的形成但其初始出水效果較好,顆粒數(shù)僅1013個(gè)/ml,懸浮層攔截能力較低。而中間聚合態(tài)鋁形成懸浮層能力處于中間,但其初始出水顆粒較多為1862個(gè)/ml,懸浮層攔截能力最高。采用污泥回流強(qiáng)化動(dòng)態(tài)懸浮層,發(fā)現(xiàn)不同鋁形態(tài)條件下污泥一次回流能使出水水質(zhì)進(jìn)一步優(yōu)化,而污泥二次回流會(huì)致使出水水質(zhì)惡化,尤其是溶解性殘余鋁高于0.2mg/L。對(duì)污泥回流強(qiáng)化混凝超濾過(guò)程的懸浮層累計(jì)機(jī)制進(jìn)行分析,發(fā)現(xiàn)同向混凝為主要累積機(jī)制。
【圖文】：

該種方式污染物會(huì)累積于膜的表面，因此膜更易于受到污染，通常用于實(shí)驗(yàn)室對(duì)膜污染機(jī)理研究的過(guò)程中。如圖1-1（b）所示，錯(cuò)流過(guò)濾又稱(chēng)橫向過(guò)濾，是料液平行于超濾膜進(jìn)行流動(dòng)而濾過(guò)液垂直于超濾膜流動(dòng)的一種過(guò)濾方式，該種方式平行于膜表面流動(dòng)的料液提供一定的剪切力可以部分去除易于沉積于膜表面的污染物，因此更能穩(wěn)定運(yùn)行較長(zhǎng)工藝周期，實(shí)際超濾工藝中多采用該種過(guò)濾方式，當(dāng)然實(shí)驗(yàn)室小試及中試也常有采用。由于錯(cuò)流過(guò)濾為實(shí)際超濾工藝過(guò)程中常采用方式，關(guān)于膜工藝優(yōu)化常以錯(cuò)濾過(guò)率反應(yīng)器進(jìn)行研究。Madaeni 等[66]研究發(fā)現(xiàn)臨界通量隨著錯(cuò)流速率的增大而增大，這有利于更長(zhǎng)時(shí)間穩(wěn)定的運(yùn)行超濾工藝。Chang 等[67]進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)在料液中污泥顆粒粒徑過(guò)大時(shí)不宜增大錯(cuò)流速率，這是由于較大污泥顆粒易于被錯(cuò)率速率引發(fā)的膜表面剪切力所打碎，而較小的污泥顆粒反而易于沉積于膜表面，引發(fā)嚴(yán)重的膜污染。盡管錯(cuò)流速率的變化對(duì)超濾膜污染有著一定的控制作用，，但不能使膜污染完全避免，因此膜清洗過(guò)程勢(shì)在必行。因此關(guān)于膜清洗過(guò)程對(duì)膜污染的影響也是膜工藝優(yōu)化中一部分非常重要的內(nèi)容。Liu 等[68]采用三種不同的化學(xué)清洗劑

研究技術(shù)路線(xiàn)圖
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類(lèi)號(hào)】：TU991.22

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2660534