混凝—微滤工艺膜污染机理及动态数学模型研究

作     者：罗东平 

作者单位：北京交通大学 

学位级别：硕士

导师姓名：王锦

授予年度：2013年

学科分类：08[工学] 0815[工学-水利工程] 

主      题：混凝 微滤 腐植酸 膜污染 预混凝条件 改进增量分析模型 比阻 

摘      要：随着水源水质恶化与饮用水标准的日益严格,混凝-微滤工艺作为微污染源水处理的一项新技术引起了人们的广泛关注。本研究通过混凝-微滤工艺处理模拟微污染水源水,分析了两种铁盐混凝剂三氯化铁(FC)和聚合硫酸铁(PFS)在不同混凝剂投加量(0.1、0.2、0.4、0.6mmol/L)和混凝pH值(4.5、5.5、6.5、7.5)条件下,混凝凝聚体的特性规律,以及不同微滤速度(真空抽吸泵转速20r/min、50r/min)条件下混凝凝聚体特性与膜污染之间的关系,并从微观角度提出并验证了膜污染的动态数学模型。主要结论如下： (1)对于PFS、FC两种不同混凝剂,投药量为0.2-0.6mmol/L时,随着pH由4.5增大到7.5,PFS和FC混凝凝聚体Zeta电位分别由10mV和20mV降低到-40mV和-35mV左右。当pH为5.5时,两种混凝剂Zeta电位均接近等电点。投药量为0.1mmol/L时,随着pH由4.5增大到7.5,PFS和FC混凝凝聚体Zeta电位分别由-7mV和-17mV降低到-35mV和-30mV左右。 (2)对于PFS与FC两种不同混凝剂,在pH4.5～5.5电性中和机理作用下,低投药量(0.1～0.2mmol/L)时混凝效果较好,形成的滤饼层比阻较小,归一化比通量下降慢,膜污染较轻;在pH6.5～7.5卷扫混凝条件下,高投药量(0.4～0.6mmol/L)时混凝效果较好,形成的滤饼层比阻小,归一化比通量下降较慢,膜污染较轻。 (3)对于PFS与FC两种不同混凝剂,膜污染减轻最优投药量范围为0.2-0.4mmol/L,pH为5.5-6.5,此时对应凝聚体的颗粒粒度较大,分形维数较高,形成的滤饼层比阻较低。 (4)对于PFS、FC两种混凝剂,在不同pH值条件下,相比于20r/min,真空抽吸泵转速为50r/min时抽吸速度较快,微滤膜渗透通量大,膜表面形成滤饼层更易压缩,加重了膜污染,出水效果略低于低抽吸速率。 (5)铁盐混凝能够有效提高腐植酸去除率,改善出水水质。而PFS混凝比FC混凝形成的凝聚体颗粒粒度大,出水效果好。 (6)建立了改进增量分析模型,并且计算模拟所得比阻值与实验测定所得的比阻值在同一数量级,比阻增长规律一致,说明该模型能够很好的预测混凝-微滤工艺膜表面滤饼层比阻的变化,并且能够从微观角度动态分析滤饼层的形成过程,深入理解膜污染机理。