pacuf工艺中pac对膜污染及净水效能的影响研究

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1、国内图书分类号：TU991.2学校代码：10213国际图书分类号：628.162密级：公开工学博士学位论文PAC/UF工艺中PAC对膜污染及净水效能的影响研究博士研究生：邵森林导师：李圭白教授申请学位：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：2015年12月授予学位单位：哈尔滨工业大学ClassifiedIndex:TU991.2U.D.C:628.162DissertationfortheDoctoralDegreeinEngineeringIMPACTSOFPOWDEREDACTIVATEDCARBONONTHEHYBRIDPOWDEREDACTIVATEDCARBO

2、N/ULTRAFILTRATIONPROCESSCandidate：SenlinShaoSupervisor：Prof.GuibaiLiAcademicDegreeAppliedfor：DoctorofEngineeringSpeciality：MunicipalEngineeringAffiliation：SchoolofMunicipalandEnvironmentalEngineeringDateofDefence：December,2015Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology摘要摘要粉末活性炭/超滤（PA

3、C/UF）工艺结合了超滤和PAC吸附的优点，可高效去除水中的病原微生物和微量有机物，保障饮用水的生物安全性和化学安全性。同时，该工艺占地面积小，运行灵活，可有效应对季节性和突发性水质污染。因此，PAC/UF工艺切合我国目前饮用水处理的实际需要，可广泛应用于老水厂升级改造和新水厂建设。但是，在该工艺的应用过程中发现，PAC与超滤膜相互接触，PAC会对超滤的运行维护产生很大影响。这严重妨碍了PAC/UF工艺的推广使用。因此，有必要深入研究PAC投加对PAC/UF工艺的影响机制。本论文首先考察PAC作为一种吸附剂，对超滤膜污染物质的吸附特性；然后考察PAC作为一种颗粒物，与有机物对超滤膜的复合污

4、染；进而研究PAC在超滤膜表面沉积的问题；最后通过中试实验，考察PAC投加对PAC/UF工艺除污染效能（有机物、氨氮和嗅味物质）的提升作用。实验考察PAC对模型污染物（Aldrich腐殖酸、牛血清蛋白和海藻酸钠）和天然有机物中主要膜污染物质（通过“三维荧光光谱-平行因子分析法”鉴定）的吸附特性。结果发现，PAC对模型污染物的吸附效能为：腐殖酸>牛血清蛋白>海藻酸钠；松花江水源水中蛋白质类荧光物质是主要的膜污染物质，PAC对蛋白质类荧光物质有较好的吸附效果（去除率为54.5%）。由于PAC能吸附一定量的膜污染物质，所以PAC预吸附可以一定程度上缓解膜污染。通过对比不同条件下超滤膜污染和腐殖酸

5、（代表性有机物）的透过率来讨论腐殖酸与PAC的复合污染（水中Ca2+离子浓度为分别0和0.5mmol/L）。结果表明，尽管PAC自身的膜污染可忽略不计，但是当PAC和腐殖酸一起形成滤饼层时，存在显著的复合污染。复合污染随着PAC投加量的升高而加剧，随着PAC粒径的增大而减轻。PAC滤饼层可以抑制腐殖酸的逆向扩散，增加腐殖酸的透过率；腐殖酸的透过率随着PAC粒径的增大而降低。当水中存在0.5mmol/LCa2+离子时，PAC与腐殖酸的复合污染的主要机理是“空间位阻效应”；而当水中无Ca2+离子时，除了“空间位阻效应”外，“抑制逆向扩散作用”也在复合污染中扮演重要的角色。实验中利用模型污染物考

6、察PAC在超滤膜表面沉积的影响因素和作用机理。实验结果发现，PAC自身在超滤膜表面沉积量较小，但是在PAC/UF工艺的实际运行中，PAC在超滤膜表面的沉积量显著增加。其中，有机物和Ca2+离子在PAC的沉积中起到关键作用。对于腐殖酸，PAC的沉积量随着膜表面沉积腐殖酸的量-I-哈尔滨工业大学工学博士学位论文的增加而增加，随着PAC粒径的增大而减小。通过XDLVO理论的分析表明，吸附腐殖酸之后，PAC与超滤膜之间的引力减弱（PAC的沉积量减少），即PAC的沉积并不是因为腐殖酸改变了PAC与超滤膜之间的相互作用。进一步的实验表明，PAC在超滤膜表面沉积的主要原因是沉积在超滤膜上的腐殖酸，它可以

7、填充PAC与膜以及PAC与PAC之间的缝隙，增加PAC与超滤膜以及PAC之间的界面作用面积，从而增加了它们之间的吸引力。PAC/UF工艺可以有效去除浊度（出水浊度0.041NTU）和有机物（去除率~50%）。当PAC停留时间为大于6d时，PAC/UF工艺也可以有效去除~3mg/L氨氮。PAC/UF工艺可以在间歇曝气条件下运行，曝气间隔可根据PAC的沉降速率选取；相对于连续曝气，间歇曝气可节约能耗0.085kW·h/m3。