粉末活性炭改善超滤膜过滤性能的研究

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1、工程硕士学位论文粉末活性炭改善超滤膜过滤性能的研究作者姓名闫新秀工程领域环境工程校内指导教师伍健东副教授校外指导教师王彩虹高级工程师所在学院环境与能源学院论文提交日期2015年3月ImprovementofultrafiltrationmembraneperformancebypowderedactivatedcarbonADissertationSubmittedfortheDegreeofMasterCandidate：YanXinxiuSupervisor：A.P.WuJiandongSeniorengineer.WangCaihongSouthChinaUniversit

2、yofTechnologyGuangzhou,China分类号：X703学校代号：10561.学号：201221018274华南理工大学硕士学位论文粉末活性炭改善超滤膜过滤性能的研究作者姓名：闫新秀指导教师姓名、职称：伍健东副教授申请学位级别：硕士学科专业名称：环境工程研究方向：污染控制与环境修复技术论文提交日期：2015年3月16日论文答辩日期：2015年3月19日学位授予单位：华南理工大学学位授予日期：2015年4月30日答辩委员会成员：主席：胡勇有委员：周建民、卢桂宁、任源、吴纯德摘要超滤（UF）技术在水处理中的应用价值得到了广泛认可，但运行中也存在着易形成膜污染和对溶解性

3、有机物去除效果差的不足，如何在提升出水水质的前提下有效的减轻膜污染，是膜技术领域研究的重点和难点。粉末活性炭（PAC）因其特殊的孔隙结构，对水中的溶解性有机物、藻毒素、残留农药等都有较好的去除效果。因此，在超滤膜池内投加PAC构成一体式PAC-UF工艺，既能发挥PAC去除有机物的效果，也保证了UF膜对颗粒物的完全截留。但由于PAC粒径、孔隙结构等性质的不同，不仅显著影响其去除效果，而且在是否减缓膜污染的问题上也一直存在争议。本文以聚氯乙烯（PVC）中空纤维超滤膜为研究对象，采用三种不同粒径（50μm、3μm、0.2μm）的PAC构建一体式PAC-UF组合工艺，考察常规PAC-UF

4、（PAC投加量≤60mg/L）和高浓度PAC-UF（PAC浓度为50g/L）两种组合工艺在不同运行方式下，PAC粒径对工艺处理效果及对膜污染的影响。论文所得主要结论如下：1、采用Boehm滴定法和BET比表面积仪表征了PAC的表面官能团、物理结构特征，并采用静态吸附实验考察PAC粒径变化对腐殖酸（HA）的吸附性能的影响，结果表明：PAC的粒径的改变显著影响了其孔隙结构，但并未明显改变其表面化学性质；减小PAC粒径可以提高其对HA的吸附容量和吸附速率；PAC可以有效地吸附UF膜难于截留的小于30K分子量组分的有机物，3种粒径PAC对HA吸附性能的差异主要体现在对相对分子质量在30~

5、100K有机物的吸附上。2、考察不同运行参数下，PAC粒径对PAC-UF工艺处理效果以及膜污染的影响。结果表明：膜池内投加PAC可以有效地缓解膜污染，PAC吸附容量的增加可以进一步的提高出水水质和减轻膜污染；集中式投加易造成PAC的孔道阻塞，难于维持对后续进水中有机物的吸附，连续式投加是PAC-UF工艺最有效的投加方式；通过改善PAC的吸附环境并抑制滤饼层的形成，增大曝气量和连续式曝气可以提升系统的有机物去除率和减轻膜污染，但随着PAC粒径的减小，过高曝气量（≥0.5L/min）和连续式曝气对改善膜污染的效果减弱；浊度与PAC和HA共存时会对UF产生复合膜污染，膜面形成了较为密实

6、的滤饼层，有机物的去除率有所提升，但显著加剧了膜污染。而随PAC粒径的减小，浊度对膜污染的影响逐渐减小；投加PAC缓解膜污染的主要原因是PAC对有I机物的吸附去除，吸附饱和的PAC会加剧膜污染。3、分别采用聚合氯化铝PACl混凝剂和臭氧O3氧化剂作为预处理方式，考察预处理对PAC-UF工艺处理效能的影响，结果表明：PACl（4mg/L）与PAC不仅在有机物不同分子量组分的去除上具有协同互补作用，而且PAC对混凝具有助凝的作用；预混凝能有效的减轻HA引起的膜通量下降，降低污染负荷和改善饼层结构是混凝预处理缓解膜污染的主要机理。研究发现预臭氧强化PAC-UF工艺不仅能提高工艺出水的水

7、质，还能有效的减轻膜污染，臭氧对有机物结构形态的改变、PAC吸附效能的体现以及膜面饼层的结构是影响臭氧+PAC-UF工艺膜污染的主要机制。4、考察PAC粒径在启动和不同运行参数下对HCPAC-UF工艺的处理效果（UV254、+-DOC、NH4-N和NO2-N）和跨膜压差TMP的影响。结果表明：当PAC粒径为0.2μm时，会抑制微生物的生长。不同PAC粒径下的高浓度PAC-UF系统对UV254和DOC的3去除效果差别不大，但粒径减小可以显著地提高膜的抗污染能力。曝气量（0.15m/