题名在线混凝-超滤组合工艺处理微污物研究
作者宋婷婷
学位类别硕士
答辩日期2014-05
授予单位中国科学院研究生院
授予地点北京
导师赵长伟
关键词在线混凝-超滤 微污染物 膜污染 絮体特性 Inline coagulation-ultrafiltration micropollutants membrane fouling flocs characteristics
其他题名in-line coagulation-ultrafiltration process for treatment of micropollutants
学位专业环境工程
中文摘要      本文采用在线混凝-超滤组合处理工艺开展对微污染水的实验研究,系统深入地研究了混凝剂类型以及有机物的组成对在线混凝 -超滤组合工艺中膜污染的影响。取得创新性研究成果如下:
      1.研究考察了混凝剂种类和投加量对混凝过程中腐殖酸去除效果的影响并确定各自最佳混凝投加量,随后研究不同的混凝剂对在线混凝-超滤组合工艺中膜通量变化的影响。实验确定了最佳混凝剂类型和最佳投加量投加量为0.60mmol/L  AlCl3。通过考察混凝出水中絮体尺寸与结构并利用污染膜模型对膜污染过程进行分析,研究表明在线混凝-超滤组合工艺中的超滤膜污染主要受絮体特性的影响,而超滤膜的絮体膜污染机理主要为滤饼层阻力。
      2.研究蛋白质类物质-牛血清蛋白与腐殖酸共存时,有机物组成的变化对混凝-超滤组合工艺中膜污染的影响。BSA的存在,明显降低了混凝过程的絮体粒度,而且当 HA与  BSA的共存时,虽然破碎后絮体的恢复能力有所提高,但絮体的强度则有所降低,这可能是因为 BSA与   HA共存时,在疏水性相互作用下,HA会吸附疏水性有机物   BSA形成  HA-BSA聚合物,而且随着有机物配比的不同,HA与  BSA吸附程度也不同,HA-BSA聚合物的形成直接影响了后续的混凝过程的絮体特性。因此,BSA的存在阻碍了混凝过程。BSA的存在,对组合工艺中的膜通量和膜附近絮体的水动力学行为也存在不利的影响。当 HA单独存在时,膜通量衰减最轻,实验结束时,相对膜通量减小为0.8。而当 HA:BSA=1:3时的膜通量衰减情况要大于   HA:BSA=3:1时的膜通量衰减。当  BSA单独存在时,膜通量衰减最为严重,实验结束时,相对膜通量衰减为  0.6。通过分析膜附近絮体水动力学行为变化情况,可以看出,随着有机物组成中  BSA比例的升高,膜表面的低流速区域随运行时间延长向外扩张速度减小,而膜周围的絮体速度出现明显地衰减,说明膜表面的滤饼层作用减弱,浓差极化现象不断加剧。当单一投加  BSA时,膜表面的边界层厚度随时间没有出现明显的扩张,结合 SEM图片可以看出膜表面没有出现一定厚度的滤饼层,而膜周围的絮体速度则随着浓差极化现象的加剧而不断减小,初始的最大速度由 0.0034m/s降为   0.0018m/s。进一步分析流体的紊流度随时间变化情况,也可以看出,随着有机物组成中  BSA比例的升高,流体的紊流度随时间几乎没有增加,而当单一投加 HA时,流体紊流度随时间变化出现明显的增加趋势。因此,BSA的存在严重的降低了混凝的功效,阻碍疏松滤饼层的形成,从而使得在线混凝-超滤组合工艺的膜污染加剧,同时恶化膜表面的水力条件,而较差的水利条件进一步加剧组合工艺中的膜污染现象。
      3.研究考察了多糖类物质-褐藻酸与腐殖酸共存时,有机物组成的变化对混凝-超滤组合工艺中膜污染的影响。结果表明在混凝过程中,随着褐藻酸在有机物组成比例中的增加,由于褐藻酸的吸附架桥作用形成的絮体尺寸远大于单一投加腐殖酸时的絮体,且絮体的强度和可恢复性能也被改善,从而使得在线混凝-超滤组合工艺中,随着褐藻酸比例的增加,膜污染逐渐减轻,膜通量衰减由单一投加腐殖酸时的 0.8上升到  HA:SA=1:3时的  0.94。为进一步研究不同有机物组成条件下的絮体特性对膜表面水动力特性的影响,通过在线混凝-超滤 PIV实验,得出随着有机物组成中褐藻酸比例的增加,随运行时间的延长,膜表面的低速区域明显向外扩张,说明滤饼层厚度显著增加,且膜附近的紊流度急剧的升高,膜表面水动力条件显著改善。这主要是由于 SA存在条件下的絮体特性决定的。
英文摘要      In this  paper, it was investigated  that inline coagulation  –ultrafiltration for the treatment of  micropolluted raw  water, experiments  were carried  out to  investigate the  effect  of  the coagulant  type  and  the  organic  composition  on  the  membrane fouling in the inline coagulation-ultrafiltration. The main conclusion are as follows:
      1. The effect of coagulation species and dosage on removal efficiency of humic acid   (HA)   was   investigated  and   then   the   optimal   coagulants   dosage   were determined, whereafter,  the effect  of the coagulants  type on  the membrane flux  in the integrated  process were  investigated. The  experiments  determined the  optimal coagulants  specie and  dosage  were  AlCl3  and 0.60mmol/L,  respectivly.  Through measuring floc characteristic (size  and structure) and analysising membrane fouling model, it  can be determined that  ultrafiltration fouling was  mainly affected by  floc size and fouling mechanism was cake resistance on membrane surface.
      2.  the  effect  of   composition  of  humic  acid  (HA)   and  the  Polysaccharide substance-alginate(SA)on the  membrane fouling  in the  integrated process  were investigated  .The results  showed  that due  to  the  Adsorption bridging  role  of the alginate ,the  flocs size  greater than  the HA flocs,  the strength and  the recoverable performance were also improved, so as to the  membrane fouling was mitigated with the  increasing  of  the  proportion  of  the  alginate  in   the  integrated  process.  The normalized  permeate flux  (J/J0)  rised to  0.94 from  0.8.  The PIV  experiment  was were carried  out  to investigate  the hydrodynamic  performance around  the  hollow fiber  membrane.  The  results  showed  that  the  low  flow  velocity   was  gradually expanded  and  the  turbulence   was  improved  with  the  running  time  due  to   the different flocs performance.
      3. the effect of composition  of humic acid (HA) and the proteins-bovine serum albumin(BSA)on the membrane fouling in the integrated process were investigated . The results showed that the flocs  size was obviously decreased due to the BSA, and when  the  HA   and  BSA  were  coexistent,  although   the  broken  flocs’  recovery capability  was improved,  the  flocs’ strength  were decreased  due  to the  HA-BSA polymer  in the  hydrophobic  interaction. And  the sorption  ability  for the  HA and BSA was  different with  the organics  composition. The  HA-BSA polymer effected the  flocs  characteristics  in  the  coagulation  process.  So  the  BSA  obstructed  the coagulation. The BSA also effected  the membrane flux and the flocs  hydrodynamic performance. The  only HA had the  least membrane fouling  ,and the J/J0   decreased to  0.8.  However,  the  only  BSA  had  the  most  membrane  fouling   ,and  the  J/J0 decreased  to  0.6.  the flocs  hydrodynamic  performances   were  also  changed,  the expansion velocity  of the low  flow velocity filed  and the flocs velocity  around the membrane were  decreased with  the increasing  of BSA,  which illustrated  the cake layer  was  decreased and  the  concentration  polarization  was  aggravated.  and the turbulence intensity  was  not obvious  increasing with  the  running time  due to  the existence of the BSA . So the presesnce of  BSA seriously degrades the efficiency of the coagulation  and the formation of  the cake layer  and the hydraulic  condition on the membrane surface.
公开日期2015-07-08
内容类型学位论文
源URL[http://ir.rcees.ac.cn/handle/311016/15732]  
专题生态环境研究中心_环境水质学国家重点实验室
推荐引用方式
GB/T 7714
宋婷婷. 在线混凝-超滤组合工艺处理微污物研究[D]. 北京. 中国科学院研究生院. 2014.
个性服务
查看访问统计
相关权益政策
暂无数据
收藏/分享
所有评论 (0)
暂无评论
 

除非特别说明,本系统中所有内容都受版权保护,并保留所有权利。


©版权所有 ©2017 CSpace - Powered by CSpace