颗粒活性炭-纳滤对二级出水中条件致病菌的去除效能及膜污染机制

作     者：梅筱禹 

作者单位：北京建筑大学 

学位级别：硕士

导师姓名：孙丽华;张炯

授予年度：2023年

学科分类：083002[工学-环境工程] 0830[工学-环境科学与工程（可授工学、理学、农学学位）] 08[工学] 

主      题：二级出水 条件致病菌 纳滤 颗粒活性炭 膜污染 

摘      要：城市污水厂二级出水中含有大量的条件致病菌,其再生回用会对人体健康和公共卫生安全构成严重威胁。本研究采用颗粒活性炭（Granular Activated Carbon,GAC）、生物活性炭（Biological Activated Carbon,BAC）两种过滤单元与纳滤（nanofiltration,NF）组合对污水厂二级出水进行深度处理,评价二级出水采用直接NF、GAC-NF和BAC-NF三种处理工艺对水中三种条件致病菌（军团菌、铜绿假单胞菌和鸟分枝杆菌）、大肠杆菌和有机物的去除效果,分析不同组合工艺的膜污染机制,并探讨水中污染物与膜之间界面作用能对膜污染机制的影响。试验结果表明,在最佳滤速条件下三种处理工艺均可对二级出水中条件致病菌实现完全去除;GAC过滤和BAC过滤能够强化NF对水中DOC、UV和荧光类有机物（微生物代谢副产物类和腐殖酸类有机物）的去除效果,相较于直接NF和GAC-NF,BAC-NF组合工艺对DOC、UV、微生物代谢副产物类和腐殖酸类有机物的去除效果最佳,去除率分别为85.2%、74.5%、76.2%和82.0%;水中条件致病菌与大肠杆菌、DOC之间均有显著相关性,可以通过强化水中大肠杆菌和有机物的去除,达到提高不同组合工艺对条件致病菌削减的目的;BAC表面生物膜细菌中的假单胞菌、气单胞菌、硝化螺旋菌和不动杆菌占比最高,上述细菌对条件致病菌的生长繁殖起抑制作用;生物膜真核微生物中的线虫和轮虫占比最高,这两种微生物能通过捕捉的方式实现对水中条件致病菌的削减。GAC过滤和BAC过滤两种预处理方式均可以有效改善NF的膜污染状况,BAC-NF较二级出水直接NF和GAC-NF膜比通量最高,膜污染总阻力和膜污染指数最低;膜污染特征曲线表明二级出水直接NF为滤饼层污染,GAC-NF和BAC-NF先发生中间堵塞之后形成滤饼层污染;其中,BAC-NF以膜孔中间堵塞污染为主,膜污染程度最轻;BAC-NF形成的滤饼层更薄更疏松,水力冲洗后滤饼层几乎被去除,有效缓解了膜污染。通过x DLVO理论分析了膜进水中有机物与膜之间、膜进水中有机物与膜表面有机物之间的相互作用能,发现BAC-NF组合工艺相较于直接NF和GAC-NF,污染后膜表面的疏水性最弱,膜表面Zeta电位值最大;BAC出水中有机物与膜表面、以及膜表面有机物之间的总界面作用能最大,受到的排斥力最大;该工艺在过滤初期,水中有机物不容易到达膜表面,膜污染程度最轻;在过滤中后期,水中有机物与膜表面有机物之间很难产生粘附,形成的滤饼层最疏松。综上,BAC-NF组合工艺可以有效去除二级出水中的条件致病菌,并可以缓解膜污染,从而实现保障再生水回用安全的目的。