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  • 2022-04-22 13:49:26 发布

应对供水设施缺失的应急水处理技术研究

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'審齡1'..'嫁:考A曲义*ShanxiUniversi巧2015届硕±学位论文应对供水设施缺失的应急水处理技术妍究作者姓名唐珊指导教师刘海龙教授学科专业环境工程硏究方向水处理技术研究培养单位环境与资源学院学习年限2013年9月至2015年6月■,I;h—!II?避B;MI;irn興■smmmmm-止日_^^i一l五U年仕II匪八月m^^IIII克I.J 山西大学2015届硕±学位论文应对供水设施缺失的应急水处理技术研究作者姓名唐珊指导教师刘海龙教授学科专业环境工程研究方向水处理技术研究培养单位环境与资源学院学习年限2013年9月至20巧年6月二〇—五年六月 ThesisforMaster、deree,ShanxiUniversit,2015gyResearchofemerencwatertreatmenttechnoloft)rwaf:ergygysupplyfacilitiesdamagedStudentNameShanTangSuerv-isorProf.HailonLiupgMajorEnvironmentalEnineeringgSpecialtResie站chofWaterTreatmentyTechnologyDepartmentTheColleeofEnvironmentalgScienceandResourcesResearchr-Duation2013.092015.06June2015, 目录I中文摘要AbstractIll一第胃绪论11.1课题研究的背景与意义11丄1课题背景11丄2课题研究的目的与意文2123.国内外研究现状1.2.1管理方面31.2.2技术方面41.3研究内容与创新之处61.1研究内容6.3137..2创新之处第二章实验材料与实验方法929.1实验材料2丄1实验对象92丄2实验试剂92丄3实验设备102.2实验方法111112.2.强化泡凝实验一2.2.2强化混凝膜分离实验1113第H章强化混凝过程分析313.1强化混凝的概念3.2混凝机理分析131133.2.压缩双电层3.2.2电中和133.2.3吸附架娇1434.2.4网捕作用1.433影响混凝效果的因素1 3.3.1泡凝剂种类143.3.2海凝剂投量143.3.3pH143.3.4水温153.3.5水力《件153.4混凝剂的筛选153.4.1实验条件153.4.2PAC与Al2(S〇4)3的混凝效果对比163.5复合混凝剂的设计原理183.6复合混凝剂的制备183..61复合海凝剂对浊度的去除效果183.6.2复合混凝剂对UV254的去除效果213.7祸旋接触絮凝沉淀池的设计2431.7.反应器的选择设计243.7.2设计图纸243.8本章小结25一第四章混凝超滤处理模拟地表水的研究274.1膜分离技术27-工艺的选择4.2混凝超滤274一.3强化混凝超滤膜工艺的效果研究284一.3.1强化混凝超滤膜工艺对浊度的去除284一.3.2强化混凝超滤膜工艺对UV254的去除巧4一.3.3强化混凝超滤膜工艺对TOC的去除294一.3.4强化海凝超滤膜工艺对CODcr的去除304一.3.5强化混超滤膜工艺对细菌总数的去除的去除凝314.4本章小结31第五章反渗透膜组件改制335.1动力系统的改制33 5.2膜组件的改制机理巧5.3实验装置与测试方法345.3.1实验装置345.3.2测试方法345.4结果与讨论345.4.1膜组件改制对水体pH的影响345.4.2膜组件改制对水体TDS的影响355.4.3膜组件改制对水体中各离子的影响355.4本章小结巧第六章结论与展望396.1结论巧639.2展望参考5:献413致谢45个人情况及联系方式49承m书51学位论文使巧授权声明51 Con化ntsChineseAbstractItractIllAbsterntroduction1Chap1I1.1Researchbackgroundandsignificance11.1.1Researchbackground11.1.2Researchuroseandsinificance2ppg1.2Theresearchstatusathomeandabroad31.2.1Managementaspects31.2.2Technicalaspects41.3Theresearchcontentandinnovation61.3.1Theresearchcontent61.3.2Innovation7Chapter2Experimentalmaterialsandexperimentalmethods92.1Theexerimentalmaterials9p2.1.1Thesubects9j2.1.2Laboratoryreaents9g2.1.3Laboratoryeuiment10qp2mhod11.2Experimentet2.2.1Strengthencoagulationexperiments11-2.2.2Enhancedcoagulationmembraneseparationexperiment112.2.3Powersstem12y2.2.4Secialmembraneodule12pmChapter3Compoundcoagulantrocesssimulationresearchofsurfacewater…13p3.1Thenalsisofcoaulationmechnimlsis13aygasanay3anisml.2Thenlsisofcoaulationmechanasis13aaygy3.2.1Compressedelectricdoublelayer]33.2.2Electricalneutralization133sortonrin4.2.3Adpibdgig1 3.traeffect14.24Thep3.3Theinfluencefactorsofcoagulationeffect143.Coaulantte14.31gypt3.3.2Coagulandosage143.3.3H14p3.3.4Watertemerature15p3.3.5Hydraulicconditions153.4Screeninofcoaulants15gg3.4.1Experimentalconditions153.4.2Comarethecoaulationefe巧ofAICI3andAI2(S〇4)316pg3.5Thedefinitionofcoaulantaid18g3.6Therearationofcompoundcoagulant18pp3.6.1Turbidityremovaleffectofsurfacewaterbcomoundcoaulant18ypg3.6.2UV254removaleffectofsurfacewaterbycompoundcoagulant213.7Thedesinofvortexcoagulationreciitation25gpp3.7.1Theselectanddesignofthereactor253.7.2Designdrawings253.8Summaryofthischater26p■nChater4Coaulationmembranerocesssimulatior扮earchofsurfacewater27pgp4ranesearaio打chnolo.1Membpt化gy27se-ofcoulaionulafilaionechnolo4.2Chooagttrtrttgy27■4heheefed:ofcoalationultrafiltratio打memanetechnoo].3Researchofttgubrlgy8u-4.3.1Coaglationultrafiltrationmembranetechnologyonturbiditremoval28yu-4.3.2CoaglationultrafiltrationmembranetechnologyonUV254removal...29-4.3.3CoaulationultrafiltrationmembranetechnologyonTOCremoval30gu-4.3.4CoalationuitrafiltrationmembranetechnoloonCODremoval???"31ggycr-u4.3.5Coagulationltrafiltrationmembranetechnologyontotalnumberofbacteriaremoval32 4.4Summaryofthischater33pcterTherestructurinof35hareverseosmosismenbrancep5g5.1Therestructuringof化eowersstem35yp355omodulerestructurin.2Mechanismfmembraneg5.3Experimentaldeviceand化巧method365Exerimentdevice36.3.1p5t.3.2Testmehod365.4Theresultsanddiscussion..,..365.4.1MembranemodulerestructuringeffectsonwaterH36p542Membranemodulerestructuri打effectsonaterTDS37..gw5.4.3Membranemodulerestructuringeffectsontheion375mmarofhischaer39.5Suyttp???4Chater6Conclusionandprosect?????*1pp6.1Theconclusion416.2TAherosect41ppReference43Acknowledment47gPersonalrofiles49pLetterofcommitment51Authorizationstatement53 中义摘要城乡饮用水存在水污染、水源不足、水源地安全保护措施薄弱和应急水处理技术薄弱等诸多问题。灾害或事故发生时,饮用不洁或者不适当的饮用水导致的失水现象和疾病状态往往造成比灾害和突发事故更可怕的后果。本文将在供水设施缺失情况下进行应急水处理技术研究,W模拟的地表水为实验对象,在常规水处理工艺一一一-(混凝沉淀过滤消毒)基础上探究凶强化混凝、膜分离(超滤反渗透)为核也技术的应急处理工艺对水体的处理效果一。混凝膜处理是蒋膜分离技术与混凝相结合的水净化技术,既有混凝作用去除有机物,改善了膜污染,又有腹的截留去除作用,能保证水质的安全稳定性。文中研究内容主要有混凝剂的设计制备,混凝沉淀反应器的设计,膜组件的改制,并对通过处理工艺的水质进行检测分析。制备出了泡凝剂,其中PAC和CPAM(1000万)投加比为20:1,优化了混凝效果。设计了代替传统混凝沉淀池的锅旋接触絮凝沉淀池,水体经过嵌入的开孔式池体与填料后水力条件发生改变,形成祸旋,;填料起到接触絮凝作用填料界面为水中颗粒脱稳后的聚集一、长大、形成絮体创造条件,效果好于般的絮凝反应器。对反渗透膜组件进行改制,改制后的膜组件增加了净水处pH值和电导率值,净水处2++2+S04\Na、K、Ca等离子的析出量减少,提高了出水水质,废水处与总出水处2’N+K+2+S〇、a、Ca等离子的析出量增加,减少了膜污染4、,对于控制膜污染方面的(+研究有着重要的作用。再利用强化混凝与膜处理系统超滤反渗透)的结合,形成一套在供水设施缺失的情况下的应急水处理集成工艺,提高原有处理工艺中砂滤处理效果,,加大处理系统的适用性为居民安全用水提供保障。关键词:应急水处理;强化混凝;絮凝沉淀器;超滤;膜组件I ABSTRACTThewaterol山tionwatershortage,weaksecuritandooremerencyp,ypgresonsecaabilitiesetccameintoexistence.Andinanemerencsituationpp,gy,drinkinguncleanwatercanleadtodehydrationanddiseasewhichcausedmoreterribleconsequencethandisa巧ersandincidentscaused.Thisarticlewillbestudiedinwatertreatmenteuimentorwatersulnetworkisqpppymissinandnoower.Testthesurfacewaterwhichbasedon出egp,conventionalwatertreatmentrocessescoaulationsedimentationfiltrationp,gskriUzatio打inuiredtoeffectoftheemerenctreatmentrocesswhichis,qgypwttt-ihenhancedcoaulaionmembranesearaionFRO.Enhancedg,p(U)-coaulationmembranesearationisacombinativet;echnoloofmembranegpgytreatmentcoagulation,bothcoagulationtoremoveorganicmatter,improvethemembranefoulingandthemembraneistheroleofremovinthe,gpollutions,toensurethesafetyandstabilityofwaterquality.Thecontentofthisaperincludetiherearationofmixedmudagentthethedesinofppp,gcoaulationandsedimentationreactorthedesinofmechanismwhichisg,gusedinrovidindynamicfor円Imtherestructurinofmembraneandpg,,g,debUedthewaterwhichassed.pPrearationofacoaulantwhichPACandCPAM1000millionpg,()dosingratioof20:1,optimizethecoagulationeffect.Afterthefillerhaslaedtheroleofcontactflocculationfillerinterfacetothedestabilizationofpy,particlesinwater;designedtoreplacethetraditionalscrollCoagulatingcontact日occulationsedimentationtanksedimentationtankthewater,embeddedintheopeningceremonywillformedvortexafterthecellbodyand化e日Herofhdraulicconditionschane出efilleris出eimortantroleofyg;pcontact日occulationand也ereareoodtoatankofatherinrowin,ggg,gg,forminbetterthan打ormalflocculationreactor.民estmcturinofthereverseggosmosismembranethemembranemoduleafterthereformincreasedthe,wateratHandconductivitvaluesandreducetheamountofwaterionspy,一—+ ̄^"amountatSCV、Na、K、Caimrovedwaterualitincreasethe,pqy;III ]-++2+wastewaterefluentat化etotalso、Na、K、0江lasmaamount,reducin*pgmembranefoulinforthestudfmembraneollutioncontrollasang,yoppyimortantrole,coaulationse出mentationfiltrationsterilizationinuiredtopg,qeffectoftheemergencytreatmentproceisswhichiswithenhanced-membraneseu-coaulationarationFRO.Enhancedcoalationg,p(U)gmembranesearationis过combinativebchnologofmembranetreatmentpycoaulationtx)aliedemerenctreatmentincaseofinteratedprocessgppgygwatersupplyfadlitiesmi巧ing,improvetheefectoftheoriginalprocessofmediumsandfilterrocessin虹crease化ealicabilitof也eroc的sinpg,ppypgsystem,andprovidesafetyguardforresidentstosafetywater.Keywords;EmerenctreatmentEnhancedcoaulationUltrafiltrationgy;g;;MembraneIV 第一章绪论第一章绪论1.1课题研究的背景与意义1丄1课题背景本课题的研究起于对国肉突发水污染事故中饮用水保障技术的思考。近些年,随""着社会经济和工业企业的发展,国内外突发水污染事故发生频繁。5.12的汉川地""""震,4.14的玉树地震,8.3的鲁甸地震和2011年日本海啸等各种自然灾害对城市给水系统、生态环境和基拙设施造成严重的破坏,给灾区人民带来沉重的灾难,也给国家带来严峻的考验。水是生命之源,在灾区抢救生命的工作仍在紧张进巧的时候,为灾区人民提供安全饮用水的工作在救灾中的重要性也备受重视。2005年松花江苯污染事件发生后一,哈尔滨各大超市饮用水被抢购空,家家户户开启了淘米水洗菜,洗完菜冲厕等多次利用的模式。由于这些水污染事件具有突发性、复杂性等特点,常常给居民生活用水带来严重困扰,政府在抢救水源的紧张工作中还必须瞻顾着居民用水。水污染事件和灾害中,饮用不洁或者不适当的饮用水导致的失水现象和健康危害往往造成比灾害和突发事故本身更严重的后果。饮用水安全是保障人群健康和实施可持续发展战略里亟待研究并解决的重大问12题。世界卫生组织(WHO)调查表明,全球有亿人因为饮用被污染的水导致患病,全世界有80%的疾病和50%的儿童死亡都与饮用水水质不良有关。随着我国科技的发展、社会的进步W及环境问题的突出,城乡饮用水存在水污染、水源不足、水源地安全保护措施薄弱和应急能力低等诸多问题一。城乡供水系统作为个开放系统,具有暴露性,洪搜、旱灾、台风、地震等自然灾害和供水管线、供水设施等配水系一一些人为的蓄意破坏都极易对其造成损害统故障W及,段时间内都无法提供符合卫生局水质安全要求的饮用水,致饮水水质的卫生条件恶化,对社会的稳定性造成影响。山西省是我国缺水最严重的省份之一,人均用水量只达全国平均水平的四分之一,并且山西工业企业密集,属于煤矿大省,长期的煤矿开采导致水资源污染严重,且污废水的处理工艺落后,形成较普遍的地表水污染并影响到地下水,使饮用水水源也受到污染。多年来山西省初生儿致畴率持续处于全国前列,污染严重程度可见一斑。水处理水平低且缺乏应对突发水污染事故能力使山西省用水安全受到普遍关注。山西省主要的供水水源是黄河水和汾河水,输水管道过长且流经工业企业密集1 应对供水设施缺失的应急水处理技术研究一区,污染控制困难,排污监控烦琐。旦现有的主要水源发生突发水,水质变化大污染事故,将很难找到足够代替的水源,控制不当甚至会造成下游给水系统的破坏。令人担忧的是由于受到认识水平,、监测能力和处理水平的制约对突发水污染事故没有充分认识,更缺乏妥善的处理对策,对突发水污染事故防控的预案和措施均准,000备不足。加强应对突发水污染事故能力,提高水质安全保障措施关系到3万人民群众的生命安全和生产生活,应对。面对山西省的水处理和水危机控制能力现状突发污染事故是山西省用水安全的核也问题,亟待展开系统工作。开展突发性污染的可能性、物质组成特性、高效降解机理和控制工艺的系统研究,将大幅提高水质安全性保障能力,减少水源性现代疾病,,降低相关社会成本,提高人民健康水平促进和谐社会建设,因而非常必要且紧迫。1丄2课题硏究的目的与意义饮用水安全关系到人民群众的健康,是评判国家实现城市化能否健康发展的重要依据。近几年,国内外的突发水污染事故频繁发生,加之现在突发水污染事故报道的公开性,人们生活水平提高,人民群众对饮用水安全的关注性与要求也与日剧增,应急水处理相关内容已经引起国家与政府的高度重视。应急安全供水不同于平一,时的工作平常水源比较稳定,工作人员可W根据水源水质W及用水要求确定个?。适宜的、可y长期试用的处理流程,建立出相应的基础设施和供水设施等但由于一突发水污染事故的复杂、不可预测性与紧急性,旦爆发,影响范围广,给周围城市的生活、生产带来影响,我们必须快速高效的对此突发性状况提供有效的处理方法。因此,在水源地水质污染和供水设施破坏等突发状况下,结合所能获得的水源水质情况,包括突发性污染的可能性、污染物质组成特性、控制工艺等选择适当的备用设施具有重要意义。饮用水安全和高效、可靠、经济的饮用水处理技术是全人类必须的生存基础。国外在应急水处理技术上的专项研究颇少,尚未建立健全完善的法律法规,在应对突发一水污染事故时,般根据污染物质和水质的不同采取相应的处理措施,并且处理方法大多也是基于原有的水处理工艺。国内也开展了应急预案,各级政府企业大多都开展了应急预案,城市建立了应急避险场所,但更多的是着重于管理方面,应急水处理技术方面的研究颇少,缺乏有效的应急水处理措施。给甜水企业也设立了相应的应急预案,但大多缺乏系统性、集成性及高效性的应对突发状况的水处理技术,且国内对于应急水处理技术的研究一般都针对于水源地突发状况。突发水污染事故可分为水源一地污染和供水设施缺失两种情况,水源地污染般为工厂泄露、人为投毒、交通事故2 第一章绪论等灾害下导致某种污染物质流入或投入;供水设施缺失分为施工、地震等外围因素和使用违章导致的水处理设备或电力系统出现问题,水处理系统处于不健全或雍疾状态,本文在供水设施缺失情况下设计研究对应的水处理工艺,从而建立完善的应急管一理体系和综合预案,对于水厂本身的运行管理、政府部口在行业内的进步推广应用,具有重大的现实意义。本课题通过对突发污染事故导致供水系统遭到破坏这种应急情况下进行研究,在常规水处理工艺上进行改进,并根据不同的需水量要求设计了相应的水处理系统,完善现在国内面对突发状况时的水处理工艺。而且本工艺适应性强、稳定性好,一出水水质好,可!^^实现集成化,形成简捷的、体化的处理系统,属于水处理关键设各,可^>1、(广泛应用于突发性污染事件应急处理自来水深度净化和中水回用等领、域;可研发水厂生活小区、办公楼、办公室乃至家庭等不同规模的水质高效净化。系统,满足多种水质净化要求1.2国内外硏究现状1.2.1管理方面11.2丄国外管理方面国外对应急体系的研究较早,欧美发展国家针对自身情况,对突发性水污染的应急体系研究起于上世纪W70年代,建立起了比较完善的应急预警和f理体系,之后各国有不同程度的发展一。日本处于地震多发地带,在1950年左右就开始建立了W。系列应急避难场所,应急供水设施完善世界卫生组织在1971年颁发了《自然灾害应急工作卫生指南》,从地震、洪淺、旱灾、泥石流、雨雪冰冻等自然灾害方面列出了其各自的应急技术方案,并对医疗卫生、食品、应急供水等灾后救援工作进行了研究。美国于1988年对俄亥俄河上的水质预警系统进行了改进完善,给之后各国家的水质预警系统提供了技术参考,在1993年颁布了《化学品事故排放》管理计w''ti划。9.11事件发生后,对于水源地可能产生新的威胁,研究学者们提出了新的信息传递系统W及给水一一、监控管理的新措施巧同年,美国学者针对河流研发W出W应急信号响应作为目的的应急水处理系统。法国建立了包含自动检测仪与自动监测站的水质预警监测系统;从1997年开始,国际上多璃河流域上的9个国家对多瑶河流域进行了海上石油突发事故的系统建立,拥有快速的信息传递与污染物辨别P一1能力。2009年,研究学者们给亚美尼地区的河流提供了套关于水污染状况的预W。警监测系统,此系统通过对水质的实时监测及时预警此外,许多其他国家也提出3 应对供水设施缺失的应急水处理技术研究了不同类型的水污染突发事故下的应急对策,截止至今,西方国家已建立了比较完善的应急评估一、预警、管理系统,与此同时,各国颁布了系列法律法规和设立了相关水质化构,为国际上应急体系的完善运行提供了基础依据。1.2丄2国内管理方面相比于国外来说,国内在应急水管理方面的研究内容与国外相似,但起步较晚。19502003如日本于年开始建立的应急避难场所,我国在遭遇频繁自然灾害事故后于一在北京建立了第个应急避难场所,包揽了供水设施,食品及医疗卫生等设施,一M为我国第个综合规划避险场所。近些年,由于水污染事件报道频繁及应急的需要,国内环保部口颁布了一系列的规定,国内学者对应急水处理的研究报道日益增多,一应急水处理体系成为近年的研究热点之。李福仁等人于2002年研究探讨了突发污染事故的污染特点后提出了包含应急监测和响应系统的应急水处理体系的设置规范口W。2003条:例2006年并年国家相关法律部口颁发了有关公共突发卫生方面的应急,且环保总局颁布了国家在突发环境事故后的应急预案标准,要求各级政府企业都建,备用水源清单立各自的应急预案,应急预案根据规模的大小明确了应急供需水量,一期间设置包含了生活、生产、消防等供水系统。这,张闻波、霍庭秀、汤颖等学者分别对突发性水污染事故管理方面进行了研究,从法制建设,系统预警,信息传’UiW递等方面进行了阐述。张勇通过中国与比欧美等发达国家应急体系的对比,阐tW述了体系中风险评估、信号传递、管理和控制措施方面的区别。1.2.2技术方面1.2.2.1国外技术方面在国外,相对于应急管理上的研究,对应急水处理技术上的研究颇少,在面对突发水污染事故时,通常根据水质及污染物质的不同而采取相应的应急处理措施,缺少系统一体性,且大多基于水厂原有的处理过程。1.2.2.2国内技术方面2006年,崔福义、张晓健等根据污染物种类引发出水厂对突发水源地污染相关技术措施上的思考,全面分析应急水处理时针对不同污染物我们应该要满足的条件4’11^1^科及所用的技术措施。2007年,周克梅通过对南京长江水源污染物的调查,主要有油类,重金属,农药等污染物质,根据对应的污染物质提出相应的技术措施(活性炭吸附沉淀,气浮,絕凝,氧化还原等),为国内的应急水处理技术的研究提供ifq技术基础;张悦等汇总2009前全国多家相关单位的应急供水技术,总结成了《城》市供水系统应急净水技术指导手册,根据突发水污染中水质条件与污染物质的特4 第一章绪论征把应急水处理技术分为五大类:1、污染物质为金属、非金属离子时,主要采用技术为化学沉淀;2、污染物质为有机物等可吸附物质时,主要采用技术为吸附技术;3、污染物质为藻类等环境诱发类物质时,主要采用氧化还原、吸附、沉淀等多种技术综合组合技术,主;4、主要污染物质为微生物等致病菌时要采用技术为强化消毒;tW5、污染物质为氧化还原物质时,主要采用技术为氧化还原技术。张晓健在此基础PW上添加了当污染物质具有可挥发性的时候,主要采用吹脱技术。(1)化学沉淀化学沉淀法是指向含有隶、铅、铜、粹、六价络、硫、氯、氣、神等含重金属的废水中投加某种化学药剂,该药剂会与水体中某些物质发生化学反应,并生成溶P1一1解度低的某些盐类,最终沉淀下来,W降低水体中送些物质含量的种方法。"马萌等将通过投加饱和澄清石灰水的化学沉淀法,对处理水中化的去除率为6+〇[巧化5/〇和Cr的去除率为30%。郭燕妮把化学沉淀法根据投加的化学剂不同分为氨氧化物沉淀法、铁氧体沉淀法、难溶物沉淀法进行了综述总结,研究羡明针对不同污染水体添加对应的化学剂,化学沉淀法具有处理效果快、成本低、操作简单等显psi著特点。张建国和胡小芳通过添加聚合氯化铅(PAC)与H氯化铁混凝剂,对含P4’25错和错的废水进行处理,,结果表明对二者的去除处理效果该方法具有可行性l化学沉淀法因为处理效果显著、经济便宜等特点而被广泛应用,但是该工艺由于引进新物质,易导致二次污染。(2)活性炭吸附由于活性炭的多孔性结构,比表面积大,因此是吸附中常用物质。水中溶质分一子被粉末活性炭吸附是个特别复杂的过程、,是由分子间力静电引力和化学键力^11所形成的物理、化学及其离子交换吸附共同作用的结果。20世纪我国就开始研究活性炭吸附技术,并且取得了很突出的成果。傅金样等利用粉末活性炭应急处理受到苯厳污染的水源水,对其中苯酪实现了很好的去除效率在2005年发生的松花苯泄露污染事件中,活性炭吸附技术为居民生活用水的保瞎起到了至关重要的作用,同样的案例有1999年湖南双峰因交通事故导致苯乙氛中毒、2004年广西凌江粗苯流入、2005年重庆苯泄漏事件。2008年王旭和罗斌等学者针对突发性石油污染在原有PS1常规工艺基础上提出活性炭吸附,在原有工艺基础上进行研发改进。蒋晓风等探究粉末活性炭对甲醒、乐果、苯等有机物,结果显示粉末活性炭对甲醇达不到理想P9的去除效果,但是对甲酸外的其他有机物有较好的去除效果L(3)氧化还原5 应对供水设施缺失的应急水处理技术研究氧化还原技术指通过往水体中投加还原剂、氧化剂或改变外界条件,使水中污一染物质与其发生氧化或者还原反应。江传,从而达到对污染物质的去除的种技术、春对氧化技术中超声氧化臭氧氧化和湿式氧化的研究进展进行了概况,结果表明P01氧化法具有污染少、速率快等优点。Gordon等研究了在酸性条件下,亚硫酸与铁Pwq盐对受污染水体中亚氯酸盐去除效果,去除效果好。(4)强化消毒强化消毒技术是指添加两种或者两种W上消毒剂,连续投加或者分时分段投加一等不同投加方式下是每种消毒剂都能发挥其消毒优势,使水体达到消毒效果的种P81技术。该技术可W提高消毒效果,减少消毒副产物的生产。强化消毒方式有氯化法+氯胺法、臭氧+氯化法、氯化法+UV等。陈超比较了预氯化法后再投加氯胺的消毒工艺与传统氯化法工艺,结果表明前者的杀菌灭毒效果好,且消毒副产物的生成3’34Pl量大大减少,有益于人民健康。(5)吹脱一吹脱法般是针对可挥发性有机污染物、可溶解气体,指的是通过气体通入水体中,使水体中可挥发性物质和可溶解性气体转移到空气中,W达到对污染物质的P5去除1。张伟探究了当水源中遭受挥发性有机物污染时,吹脱法在该应急状况下的去除效果,建立了曝气吹脱的模型,完善了我国应急水处理技术。W上应急水处理技术都是针对水源地水受到污染的情况下的应急措施。但是,:突发事故情况下,造成的供水影响可W大致分为两类水源地水质污染和供水设施pg破坏。因此,研究适用于自然灾害等导致供水设施破坏造成饮用水安全的应急处一理工艺,是水处理工作者需要迫切解决的个重大课题。1.3硏究内容与创新之处1.3.1研究内容本深题针对饮用水安全保障的实际需求,研发用于控制突发水污染事件、提升污染物快速控制水平的关键设备和系统化集成工艺,设计供水设施缺失情况下水处理系统,til完善现在国内面对突发状况时的水处理工艺。一一一本深题tu地表水为实验对象,在常规水处理工艺(混凝沉淀过滤消毒)基拙上探究W强化混凝-、膜分离(超滤反渗透)为核也技术的应急处理工艺对水体的处理效果。强化混凝具有投入资金少、处理效果好、日常维护简单等优点。本研究方向从混凝剂的选择、制备和混凝参数的确定等方面研究混凝工艺,从而实现水6 第一章绪论、。体中的颗粒物有机物的初级去除,减少后续处理工艺的负担,并且减少膜污染并对混凝反应器进行设计,通过将穿孔式锅旋反应器与接触絮凝结合,实现了对混凝沉淀反应器的设计改进。再对膜组件进行改制,从动力系统与膜构造两个方面进行改制,动力选择机械力(无电)和电泉(有电)两套动力系统,通过磁场对膜的+一特性进行变化。再利用强化分离系统与膜处理系统(超滤反渗透)的结合,形成蒼在水处理设备或供水管网缺失的情况下的应急水处理集成工艺,改善原有处理工艺中砂滤处理后的处理效果,加大处理系统的适用性,为居民安全巧水提供保障。1.3.2创新之处(1)对混凝剂和混凝反应器进行设计,再利用强化分离系统和膜处理系统的结合,改善原有处理工艺中砂滤处理盾的处理效果,加大处理系统的适用性,为居民安全用水提供保障。2’(2)对膜组件进行改制,改制后的膜组件净水处有着抑制、废水处有着促进S〇4、++2+Na、K、Ca等离子的析出,提高了出水水质。,减少了膜污染7 应对供水设施缺失的应急水处理技术研究8 第二章实验材料与实验方法第二章实验材料与实验方法2.1实验材料2丄1实验对象一突发状况下,当水源地与供水管网遭到破坏时,般采取就近取河流細泊水库等相对洁净的水。因此本课题在调研水源复杂时的实验水体为自配地表水,原水的配制采用太原市市政管网的清洁自来水,用高岭王配制其浊度,用化Imol/L的NaOH溶解腐植酸,并用滤纸过滤。经过配制之后,水样的H,腐植酸配制水中有机物p-8-值为7.5之间,浊度为12.016.0NTU之间,有机物的紫外吸光度(UV254)为j0-.30.5cm之间。反渗透膜组件改制的实验水体为市政管网的清洁自来水。2丄2实验试剂、-实验过程中用到的药品规格厂家见下表21:2-表1实验药品规格及参数表序号药剂名称m1高岭±分析纯(天津市化学试剂H厂)2腐植酸分析纯(天津市科密欧化学科技有限公司)3聚合氯化铅(PAC)有效成分Al2〇3巧.5%,分析纯4Al2(S〇4>3分析纯5NaOH分析纯阳离子聚丙稀醜胺6MIB分析纯(CPA,分子量1000万)7CPAM(500万)分析纯阴离子聚丙婦醜胺8g分析纯(APAM,分子量1000万)9APAM(500万)分析纯10甲基横酸70%11NajCOa分析纯12NaHC〇3分析纯13KC1分析纯14分析纯9 应对供水设施缺失的应急水处理技术研究15MCk分析纯g16CaCl2分析纯17NaF分析纯18KN0分析纯319侃28〇4分析纯20乙醇分析纯21漠百里酷蓝分析纯22超纯水一2 ̄3蒸饱水2.1.3实验设备-2实验中所用到的仪器及其型号见下表2:表2-2实验仪器及其型号表序号仪器名称仪器型号-1离子色谱戴安IC90-2紫外-可见分光光度计UV21()()Spectrophotometef便携式TDS仪3快速电导仪8-4磁力揽拌器71磁力加热揽拌器5六联揽拌仪ZR4-6型自动攪拌仪6电子天平上海精平11487pH计上海雷磁PHS-3C8万用电炉四联9电热恒温鼓风干燥箱天津宏诺-1011S-10超声波清洗器KS300011离必机TDL50离也沉淀器12浊度仪HACH2100NTURBIDMETER13蠕动累雷弗BT100L-累B--14皮力.N.Q.SDP125100115PP棉深圳滤康10寸5um与lym16活性炭柱深圳滤康颗粒性活性炭柱17超滤膜0.01IXm滤猛中空纤维式10 第二章实验材料与实验方法ULP-18反渗透膜181250-VCPH19总有机碳分析仪岛津TOC2.2实验方法2.2.1强化混凝实验(1)混凝剂的选择在保持揽拌时间、湿度、pH、有效混凝剂量相同的情况下,通过对比PAC和硫酸铅两种混凝剂对实验水体中浊度和有机物的去除效果,确定适合的混凝剂与投加量。(2)复配混凝剂的选取制备由于错的残留会危害人民的健康,且通过无机海凝剂与有机混凝剂的游合,可>,11^在提高混凝效果的同时减少混凝剂的用量,并扩大混凝剂的试用范围可1^^较大范围的运用到应急处理工艺上。本课题选择CPAM、APAM几种市场常见的几种巧凝剂作为助凝剂使用,并对比其与混凝剂的不同投配比时对是实验水体浊度和有机物的去除能力,从而得到较适的复配混凝剂用于应急处理工艺上,减少后续工艺的处理负担和污染。(3)混凝实验的性质测定Z民4-6六联揽拌仪上进行烧杯静态实验在,水样体积为1L。揽拌的程序加混凝剂;250r/min,Imin;加助凝剂:250r/min,Imin;慢揽:40r/min,15min;沉淀:Or/min,30min。沉淀后从液面中间位置水开关处取水进行各种指标分析。UV-2使用100紫外分光光度计测量混凝前后的有机物含量(UV254),使用浊度仪-VCPH仪测定TOC测量混凝前后的浊度,部分水样利用TOC。平行重复实验兰次,取平均值选择配制出合适的漏凝剂。(4)渦旋式接触絮凝沉淀池的设计通过将穿孔式祸旋反应器与接触絮凝结合实现了对混凝沉淀反应器进行设计改进,嵌入的穿孔式池体为水体产生祸旋提供条件,填料为絮凝反应提供接触介质和一改变水力条件。,(^提高对水中污染物的去除效果的个反应器2一.2.2强化混凝膜分离实验一(1)强化分离超滤;W强化混凝实验确定的参数为基础,将配置的原水通过祸旋式接触絮凝沉淀池,n的一出水进入到超滤膜里,,W比/mi速度通过超滤膜研究强化混凝超滤对地表水11 应对供水设施缺失的应急水处理技术研究的去除效果。待过膜稳定后取水进行各种指标分析,平行重复五次,取平均值。UV-2使用100型光度计测量混凝前后的有机物含量(UV254),使用浊度仪测量混--凝前后的浊度,使用上海雷磁PHS3C测量阳,部分水样利用TOCVpH仪测定TOC。与DOC,部分水样测量COD(c,酸性重络酸钟法)和细菌总数(平板计数法)(2)反渗透膜组件改制:为了进一步提高出水水质及其稳定性,将超滤后的出水进行反渗透处理,对反渗透膜组件进行改制。①对膜动力系统进行更改,采用两套动力模式,当电力系统正常的情况下,采用水累提供过膜动力;当电力系统擁痕情况下,采用活塞提供的机械力作为过膜的动力。②在保证通水量,原水水质,水温W及膜相同的情况下,对比反渗透膜改制前后水体水质的变化,用水样的TDS,pH值,离子量来表征结果,TDS采用便携式TDS仪测定,离子用离子色谱分析,pH值用pH计测量。12 第三章强化混凝过程分析第H章强化混凝过程分析3.1强化混凝的概念很早前,混凝就在我国民间开始使用,对于水进行简易处理。经过多年发展,一工艺一一混凝已成为我国水处理工艺中不可缺少的部分,传统水处理(混凝沉淀一过滤消毒)中海凝剂就起着最基础阶段,对水体的浊度和有机物有着良好的去除效果。为了提高传统混凝中的有机物的去除效果,1965年美国水行业协会对强化混凝已经有了基础理论,Eobasonzwald.Ti和K卫d在1999年明确提出了强化混凝的概念:通过泡凝剂投加量的増加或者水体pH值的改变W及水力条件的控制改变,提高了混凝剂的对有机物和浊度的去除效果,增加了混凝剂的有效巧用率。目前水研究学者把强化混凝定义为通过优化筛选混凝剂和混凝影响因子的拴制,使污染物的去除达到最大化,处理后的水质有害物质含量低,减少后续工艺的处理负担和汚染状况,消毒中产生的消毒副产物少量化,这些污染物有浊度、有机物、混凝剂残留量、总有机碳等。3.2混凝机理分析海凝是W形成絮体的中也单元分析,主要包括混合和絮凝两个阶段。从明朝开一始就已经有用混凝剂明奶处理水,水酌海凝机理直是水研究工作者的研究热点,、但由于在不同水体混凝剂下体现出不同的混凝剂机理,经过科研工作者的不断研(。究探讨,总结出四种混凝剂机理压缩双电层,吸附架桥,电性中和,网捕作用)3.2.1压缩双电层皮缩双电层是在DLVO理论上提出的,认为胶体颗粒间的作用力主要为静电斥力和范德华力。混凝剂投加到水体后,水体中与混凝剂带着相反电荷的离子增加,胶体颗粒表面的扩散层压缩,胶体间的排斥势能减少,C电位降低,随着混凝剂量的增加,排斥势能减小直到最小值,此时的电位为临界电化胶体颗粒处于脱稳的(。,临界状态,胶体颗粒可继续碰撞凝聚再投之混凝剂,直到C电位为零根据DLVOW’43理论,此时混凝效果最隹。压缩双电层机理适合用于无机盐的去除分析。32.2电中和.电中和作用主要是指胶体颗粒表面的电荷与溶液中离子、胶体颗粒及高分子上的官能团发生吸附电中和作用,当发生吸附电中和时,胶体颗粒之间的距离减少,13 应对供水设施缺失的应急水处理技术研究范德华力增加,胶体颗粒间产生聚集沉淀,电中和后水与颗粒之间的界面也会发生变化,水的化学性质发生改变。混凝剂的电中和作用强于压缩双电层作用,实际运用多,混凝剂的电荷数越大,此作用表现越明显,所W国际上对三价铅盛与H价铁盐的应用较多。3.2.3吸附架桥吸附架桥主要是指高分子的絮凝作用机理。胶体颗粒与胶体颗粒之间并不直接接触,高分子絮凝剂有较长的支链和较多的裸露在外的官能团,有些胶体颗粒上的官能团能与高聚合物上的官能团反应,随之此高聚合物的其他官能团在溶液中与其一。他胶体颗粒上的官能团反应,聚合物在此聚凝的过程中就起着个架桥的左右吸swi附架桥适合高聚合物裸露官能团越多,颗粒浓度高的溶液。3.2.4网捕作用混凝剂投加到水体中时,会发生水解,产生水解氮氧化物。水解氨氧化物有H维结构,可对周围的细小颗粒物质和离子起着卷扫网捕作用,形成絮状体,随着絮状体的增大下沉,法到对污染物的去除。当水体较为洁净时,要体现出网捕作用就需要较大混凝剂投加量,反之减少一实际应用过程中,混凝剂不仅限于种机理,四种机理相互联系,对于不同水一质海凝剂的种类与投加量不一样,着重体现出的机理不样。3.3影响混凝效果的因素3.3.1混凝剂种类混凝剂种类没有固定的优劣,对于不同水样适用的海凝剂不同。混凝剂有无机、有机、复合三种,无机混凝剂主要是侣盐、铁盐等无机盐系列,存在久远。有报道铁盐比铅盐的混凝效果好,直接添加混凝剂时,铅盐对有机物的去除比铁盐好,也有报道有机混凝剂单独使用时效果没有单独使用无机混凝剂好等等。3.3.2混凝剂投量,海凝剂投入到水体中时,混凝的四种机理是相互联系的我们由机理可W得到一一一混凝剂不是投加越多越好,对于某水体在阶段有个最佳投量。混凝剂的投加量直接影响到水体的处理效果,Robet、Gil、Stusrt等很多学者证明了随着混凝剂量的增加一,水中有机物的去除率增加。也有很多学者证明当海凝剂投加到定量时,随着混凝剂的増加,水体会出现复稳,导致混凝效果变差。3.3.3Hp41 =第章强化混凝过程分析H对有机混凝剂的影响不大,但是影响无机混凝剂混凝效果的关键因素,不同p一一—地条件下混凝剂的形态不样,混凝剂的效果不样。如PAC最佳pH为59,-AlS〇H为67.8。强化混凝可通过改变混凝剂的阳值从而提高混凝效2(4)3最佳p果11,^用。,但沉淀后出水要调9{^于后续处理3.3.4水温水温变化会对水的物理化学性质产生影响,有报道说会影响水的粘度,且低温时,颗粒间的布朗运动与混凝剂的水解作用减弱,抑制了水体的凝聚沉淀。Kang通过自动成像系统观察了水温对混凝动力学的影响,得到低温时抑制了水体的混凝效44里[]〇3.3.5水力条件一水力条件对混凝效果影响极大,混凝般分为H个阶段(快攒、慢攪、静置),快揽的目的是为了海凝剂与水体在短时间内充分海合,使胶体脫稳开始凝聚,但又不宜过于剧烈,快攒要求在几十秒到两三分钟就完成,不宜时间太长據慢攒的目的一-是为了不破坏大的絮状体又能给絮体的形成提供碰撞机会,此过程般820min;静一置是将絮巧体沉淀下来,静置时间越长,沉淀效果越好,但是耗费大,般沉淀时间为20-40min。3.4混凝剂的筛选PAC界于无机混凝剂与有机高分子混凝剂之间,是我国应用最广泛的混凝剂,而Al2(S〇4)3在国外应用较多。本课题研究PAC和Al2(S04)3两种混凝剂对地表水去除效果。3.4.1实验条件(1)实验水体:实验水体为自配地表水,原水的配制采用太原市市政曾网的清洁自来水,用高岭±配制其浊度,用O.lmol/L的NaOH溶解腐植酸,并用滤纸过滤,W腐植酸配制-水中有机物。实验水体水质见表31:表3-1实验水体水质-i项目浊度(NTU)pHUV234(cm)范围---12.016.07.0义50.3Q.5(2)混凝剂投量:混凝剂投量溶液中含Al2〇3量计算,经文献调查及经验值,本实验混凝剂投量15 应对供水设施缺失的应急水处理技术研究选取-l6mg化。(3)水力条件:水力条件对'混凝效果影响极大,本实验采用的是快速混合、慢速絮凝和静置沉淀H个阶段-。本实验水力条件见表32:表3-2实验水力条件表项目第一阶段第二阶段第王阶段作用混凝剂和水体充分混合絮凝沉淀揽拌力度250r/min40r/minOr/min时间2minISmin3Qmin3.4.2PAG与Ak(S〇4)3的混凝效果对比水中有机物的去除一般是水处理的要点,有机物的大量存在对水体有害,也会导致消毒副产物产生量増加,损害人体健康,UV254可W代表水体中腐殖类的有机物,浊度是饮用水中最直观一、最重要的指标之。本实验用UV254和浊度表征比较PAC与Al2(S〇4)3的去除效果。PAC与Al2(S〇43对地表水浊度和有机物去除效果分别见图)--31、32。—PAC0.8*'''1III1111234156混凝剂投量(m/L)g图3-1PAC与A地表水浊度去除效果l2(S〇4)3对16 第H章强化混凝过程分析^o.ieJ0—如口W)23'^ ̄'-0—U.U已〇-QI■.I■IIIIIII123456擺凝剂投量(mg/L)图3-2PAC与AI对地表水UV254去除效果2巧化)33-1-由图,6m/L可知混凝剂投量(WAk化浓度计)在lg的范围内时,PAC与AS0对浊度的去除效果都是先随混凝剂投量的增加而提高一W4)3,但达到某值时,随着泡凝剂投量的增加而效果减弱,送是因为混凝剂的投加后会与水中带着相反电荷的胶体颗粒发生电中和作用,随着投量的增加,胶体颗粒会带上异性电荷,发生复稳,W致混凝效果减弱。PAC在投量为3mg/L时效果最佳,余浊为0.87NTU,AkS〇3-4)3在.5m/L时效果最隹余浊为01(g.94NTU。且由图3中PAC与Al2S〇(4)3余浊值变化趋势来看,在处理此实验水体此实验条件下,PAC比Al2(S〇4)3的除浊效果好,最佳浓度为3mg化,主要是由于倍盐主要是W超锅聚合物起着混凝作用的,3+Al2(S〇4)3的主要存在形式是无机离子A1,而PAC是W各种不同的哲侣聚合物存在—的,混凝速率快,所W般PAC较Al2S〇。(4)3的去除效果好-由图32可化混凝剂投量WA-l2〇3浓度计)在l6mg/L的范围内化PAC与Al2(S化)3对UV254的去除效果都是随混凝剂投量的增加而提高(与梁聪等学者报道一的随着混凝剂投量的增加有机物的去除率增加相。在混凝剂投量为-致)l2.5m/Lg范围内时,随着混凝剂投量的增加UV254的去除效果显著提高,在25m.g化之后,虽然仍处于提高的趋势但提高缓慢,效果不明显,是因为这段混凝的机理是电中和,过量增加对UV254的去除效果不明显。PAC对UV254的去除率最高可达85.7%,Al2(S〇4)3对UV254的去除率最高可达85.2%,在此实验条件下,二者对UVw的去除效果区别不大,海凝剂投量为3mg/L时,UV254的去除效果就基本可W了。-3-由图1、32综合分析,选用PAC为混凝剂,投量为3mg/L时,对该水体的去17 应对供水设施缺失的应急水处理技术研究除效果较佳。3.5复合混凝剂的设计原理当只单独使用某种混凝剂不能达到理想的混凝效果时,通过往里面添加某种物质从而使得混凝条件改变,制备出复合混凝剂,优化混凝效果。有机混凝剂有较长的分子链,,,可W在多个胶体颗粒之间形成架桥加速颗粒的沉降无机混凝剂的分tw。子量小,吸附架桥能力弱,早在四十年前,有机混凝剂就己经开始应用于净水行业但是有机混凝剂在效果—般采、稳定性和成本上较无机泡凝剂的竞争优势弱,所W用无机盐作为混凝剂,有机高分子絮凝剂作为助凝剂,二者复合使用。本实验中原一水浊度低,单独使用某中泡凝剂,水中胶体颗粒较少,难W形成沉降性能好的絮体,所W选用的是阳离子型聚丙稀爾胺(CPAM,分子量分别为1000万和500万的)和阴离子型聚丙稀酌胺(APAM分子量分别为1000万和500万的)作为助凝剂与PAC,进行复配。3.6复合混凝剂的制备,在此实验条件下经试验,无机絕凝剂PAC对Ab(S〇4)3混凝效果相对好点,从对浊度和UV254的去除效果分析,PAC的投加量选择为3mg/L。本实验在混凝剂3mg/L范围附近及低于此范围内添加助凝剂,,W减少无机混凝剂的投量降低成本,优化混凝效果。实验中的助凝剂分别为阳离子型聚丙帰巧胺(CPAM,相对分子质量为1000万和500万)和阴离子型聚丙稀醜胺(APAM,相对分子质量为1000万和500万)四种助凝剂。3.6.1复合混凝剂对浊度的去除效果、1、、2.、、3m/本实验中混凝剂选用的是PAC,投量分别为1.0.52.053.0.5gL,助凝剂为CPAM(相对分子质量分别为1000万和500万)和APAM(相对分子质量、分别为1000万和500万)四种,投量为0、0.05化1、化15mg/L四种浓度,在六联攒拌仪上进行静态烧巧实验--。实验结果见下图;图33是PACCPAM(1000万)对地表水浊度去除效果3-4是PAC-CPAM(500万)对地表水浊度去,,图除效果图3-5-APAM000万--是PAC(1)对地表水浊度去除效果36是PACAPAM(500,图万)对地表水浊度去除效果。18 第王章强化混凝过程分析—-000Om1/L.6CPAM(1万)g].—0-CPAM(1000万0.05m/L)g1-5CPAM10000.1mg/L^备(万)---1.4VCPAM"000万(U5/L)mlgl\^-V0.6^0■.5■■??■IIIIII1.01.52.02.53.03.5擺凝剂投量伽g/L)图3-3PAC-100万)对地表水浊度去除效果CPAM(0—CPAM500Omg/L(万)16—-■0CP000AM5万).05m/L(g"1---5ACPAMOO0^C万).1mg/L—-mVCPAMOQ万〇./15LJIC)gI4:::0.6II■■?II1■I?I?1.01.52.02.53.03.5混凝剂投量m/L(g)-4-图3PACCPAM(500万)对地表水浊度去除效果19 应对供水设施缺失的应急水处理技术硏究--1-.511HAPAM"000万Om/L)g--?0APAM1000万0.05mg/L()---A1.4APAM"000万0.1m/L)g—-■APAM0000JIV"万)5mg/L輪0.7I'■■III■■■■■I1.01.52.02.53.03.5混凝剂投量(mg/L)-35-图PACAPAM(1000万)对地表水浊度去除效果APAM口00万)Om/Lg1-—-1.60APAMCOO万0.05m/L)g.-A-APAM500万O.lm/L()g1_-5琴^--mgVAPAM巧00万0./LI15)IV0-.71■■''?1IIII,II1.01.52.02.53.03.5混凝剂投量恤/Lg)3-6AC-APAM地表水浊度去除效果图P(500万)对由图3-3可知,随着混凝剂投量的增加,出水浊度值降低,除浊率升島,CPAM(1000万)投加量为化15mg/L时效果最化当PAC投加量达到3/.0mgL,除浊效果最好,余浊值为0.61NTU,除浊率高达96%。CPAM(1000万)投加量为O.lmg/L时,效果次之,当PAC投加量达到3.0mg/L,除浊效果最好,余浊值为化64NTU,除浊率为95%。当CPAMOOOO万般加量为0时,效果最差,余浊值最低为0.87NTU。由图3-4可知,随着混凝剂投量的増加,,出水浊度值先降低后增加除浊率先升高再降低。当CPAM(500万)投加量为〇.15mg/L时效果最好,PAC投加量达到20 第H章强化混凝过程分析3.0mg/L,除浊效果最化余浊值为0.675NTU,之后随着PAC投加量的増加余浊值増加。CPAM(500万)投加量为O.lmg/L时,效果次么当PAC投加量达到2.5mg/L,除浊效果最好,余浊值为化825NTU。当CPAMC500万)投加量为0时,效果最差,余浊值最低为0.87NTU。由图3-5可知,随着混凝剂投量的增加,出水浊度值先降低后增加,除浊率先升高再降低。当APAMC1000万)投加量为O.lmg/L时效果最好,PAC投加量为2.5mg/L,除浊效果最好,余浊值为0.78NTU,么后随着PAC投加量的増加余浊值增加。APAM(1000万)投加量为0.15mg/L时,效果次之,当MC投加量法到3mg/L,除浊效果最好,余浊值为0.79NTU。当APAM(1000万)投加量为0.05mg/L化效果最差,余浊值最低为化88NTU,且混凝效果趋势不稳。由图3-6可知,随着混凝剂投量的增加,出水浊度值先降低后増加,除浊率先升高再降低。当APAM(500万)投加量为O.lmg/L时效果最好,PAC投加量为2.5mg/L,。APAM除浊效果最好,余浊值为0.75NTU,之后随着PAC投加量的増加余浊值増加(500万)投加量为0.15mg/L时,效果次之,当PAC投加量达到3mg/L,除浊效果最好,余浊值为0.79NTU。APAM(500万)投加量为0.05mg/L时,效果较差,余浊值最低为0.86NTU。-33到图3-6CPAM000综合分析图实验结果,对该水体,混凝过程中当(1万)投加量为〇.15mg/L时效果最好,当PAC投加量达到3.0mg/L,除浊效果最好,余浊0.61NTU96%。因为值为,除浊率高达高分子絮凝剂有较长的支链和较多的裸露在外的官能团,有些胶体颗粒上的官能团能与高聚合物上的官能团反应,随之此高聚合物的其他官能团在溶液中与其他胶体颗粒上的官能团反应,助凝剂PAM的加入増强了混凝剂的吸附架桥作巧,分子量越大,架桥能力越好。3.6.2复合混凝剂对UVw的去除效果-UVW代表腐殖类的有机物-000254可,实验结果见下图:图37是PACCPAM(1--万)对地表水UV254的去除效果,图38是PACCPAM(500万)对地表水UV254去除效果---,图39是PACAPAM(1000万)对地表水UV254去除效果,图310是PAC-APAM(500万)对地表水UV254去除效果。21 应对供水设施缺失的应急水处理技术研究——CPAM0■1000方Omg/L'16()-^CCPAMyOOO万)0.05mg/L-—^―CPAM1000万O(.lmg/L)r-V\乂0-.061.■?I■■IIIIII11.01.52.02.53.03.5混凝剂投量(mg/L)3-7-图PACCPAM(万)对地1000表水UV254去涂效果0-.161CPAMCOO万Om/L)g-0-CPAM500万0.05in/L()g一^CPAM5000.1/L(万)、哗-0.--14VCPAM500万0.15mg/LI()-n可310\g。。。;1■■?III■'1II1.01.52.02.53.03.5擺凝剂投量脚/Lg)-PAC-万图38CPAM(500)对地表水UV5去除效果2422 第H章强化混凝过程分析一*-APAM1000方Omg/L()Q巧-C^APAM10000.05m/L(万)g?-A-APAM1〇〇〇〇Jm/L(万)g--msV/L-APAM"000万ai5014l)4:.10\1■■■■IIIIII21.01.5.02.53.03.5混凝剂投量脚g/L)--万图39PACAPAM(1000)对地表水UV254去除效果APAM(500万)Omg/L0-1日-0-APAMOO0^万.05m/L)g]--■AAPAM5000(万.1m/L)g——yAPAM500万0.l5mg/L()014r^、0-.06〇1.01.52.02.53.03.5姬凝剂投量(mg/L)3-10AC-APAM万)对地表水UVw图P(500去齡效果3-7---由图、38、39、310可知,随着混凝剂投量的增加,出水UV254降低,PAC投加量为-/l2.0mgL范围内时,随着投量的增加出水UV254浓度显著降低,PAC投加量为2.0mg/L或大于它时,随着投量的增加出水UV254降低但趋势缓慢。PAC投加量为-l2.5mg化范围内时,加了助凝剂的对UV254去除的效果要远好于没加助凝剂的。PAC投加量为2.5mg化或大于它化四种助凝剂的四个不同浓度对UV254的去除效果区别不大,当助凝剂投加量为0.15m/L的时候对UV254的去除效果最好。由四个图g综合分析可知,当CPAMCIOOO万)投加量为0.15m/L时g,出水UV254浓度最低。23 应对供水设施缺失的应急水处理技术研究M-CPAM(500万)和APA(500万)在助凝剂投加量为0.050.15mg/L范围内化随一着助凝剂浓度的增加。CPAMOOOO万)和APAM,水体UV254的去除率基本保持致-(1000万)在助凝剂投加量为化050.15mg/L范围内时,随着助凝剂浓度的增加,水体UVw的去除率提高。同剂量同浓度下,CPAM(1000万)比CPAM(500万)对有机物的去除效果好,,,这是因为有机高分子作为混凝作用时分子质量越大支链越长自由功能团越多,吸附架桥能力越强,对有机物的去除效果越好。同分子量下CPAM比APAM对UV254的去除效果化原因是原水中有机物主要是由腐植酸配置-而成的,腐植酸中含有含有大量COOH,CPAM的加入,増加了混凝中的电中和作用,所队选用CPAM(1000万)与PAC进行复配。3.7滿旋接触絮凝沉淀池的设计3.7.1反应器的选择设计常规的絮凝设备采用机械揽拌或者水力攒拌,提供絮凝所需要的水力条件。结构简单,但絮凝效果差、絮体形成不稳定、占地面积大。本文将池体设计为穿孔式祸旋反应器,化径上小下大,利用填料作载体起到接触絮凝的作用,填料所起作用主要有两处一,其是与穿扣式池体共同创造水力条件,水流经过不同池孔,运动时流向、流速发生复杂、丰富的变化,形成祸流,在流经填料空隙及在填料中运动时形成奈流祸旋,颗粒物杂质在祸流作用下碰撞、粘结、长大;其二为提供载体界面,颗粒脱稳并在载体界面粘结一、相互接触并长大,形成大尺度的絮体达到,并在定尺度时,通过水流冲刷或者重力沉降。该工艺具有混凝效率高,,出水水质好对水量、水质变化的适应能力强,运行方便等特点。3.7.2设计图纸-祸旋接触絮凝沉淀池的设计图见图311。24 第兰章强化混凝过程分析麵二i&、.季:图3-n滿旋接触絮凝沉淀池的设计图图中;1为进水管,2为电机+减速机,3为出水沿,4为揽拌器,5为絮泥反应装置,6为填料,7为多孔板,8为沉淀池,9为排泥管图3-11说明:污水和絮泥药剂通过进水管1进入絮泥反应器5里,通过电机2带动揽拌器4的揽拌使污水从絮泥反应器5的壁孔里出来和填料6进行充分反应和分解从而使胶状颗粒物和难溶解颗粒物W污泥的形式通过多孔板7沉淀到污泥池8中,最后污泥通过污泥管9排泥,上清液通过出水沿3出水。3.8本章小结本章W模拟的地表水为实验对象,通过改变PAC和AWS04)3两种混凝剂的投加量,通过烧杯静态实验得到对实验水体混凝效果好的混凝剂与投加量。在试验确定混凝剂种类与投加量的基础上,减小混凝剂的投量,规划混凝剂的投量范围,每个投量上固定混凝剂的投加量,,得到最佳投配比改变不同助凝剂的投加量,优化海凝效果。(,1)经试验在此实验条件下,无机混凝剂PAC与Al2(S04)3混凝效果相对好点,PAC的投加量选择为3mg/L。25 应对供水设施缺失的应急水化理技术研究(2)本实验在混凝剂3mg/L范围附近及低于此范围内添加助凝剂,减少无机混凝剂的投量,降低成本,优化混凝效果,混凝剂PAC的投加量为0、l、2、2.5、3、3.5mg/L。(3)混凝剂的每个投加量上投加不同助凝剂与不同浓度,经试验结果得到当PAC的投加量为3mg/L,CPAMOOOO万)投加量为0.15mg/L时,出水有UV254浓度和余浊都是最低,混凝效果最好。(4)有机高分子作为助凝剂时,分子量越乂,对UVz?的去除效果越好,送是因为有机高分子作为混凝作用时,分子质量越大,,支链越长自由功能团越多吸附架桥能力越强。(5)通过将穿孔式祸旋反应器与接触絮凝结合,实现了对混凝沉淀反应器进行设计改进。26 第四章混凝一超滤处理模拟地表水的研究第四章混凝一超滤处理模拟地表水的研究4.1膜分离技术膜处理技术己经成为了解决当代环境问题的高新技术,在水处理行业中,膜分一离技术存在已有30余年,1987年美国建立了第个W膜技术为终端处理技术的水处理厂tW。膜处理技术靠的是物理方法去除水体中有机物、颗粒物质、离子、微生物,现在主要使用的膜技术有微滤膜(MF)、超滤膜(UF)、纳滤膜(NF)和反渗透(RO)-。Oum膜微滤膜的过滤精度为.llO,污染物质的分离主要靠的是筛分作用,-中水的回收率高达99%。超滤膜的过滤精度在0.0010.1um,污染物质的分离机理跟微滤膜相似,中水的回收率%%作用。纳滤膜的过滤精度介于超滤与反渗透膜之间一,污染物质的分离靠的是筛分、溶解、扩散作用,般会损失近30%的自来水。反渗透的过滤精度为一0.0001urn,主要靠的是溶解、扩散作用,般会损失近60%的自来水。在选揮膜时,应满足下列要求:①膜的机械强度好;②膜的截留性能好;⑤膜的材质对截留物质的吸附性差;④溶剂和小分子物质的透过速率快;⑤膜的材质稳定;⑥膜易再生,可清洗重复使用。4-.2混凝超滤工艺的选择超滤技术可有效去除水中胶体颗粒、微生物、有机物和蛋白质。W超滤为核也W技术的工艺是近年来净水行业的热口技术,广泛用于城市净水中。P.Lipp等人将超滤膜和常规工艺进行比较一:超滤次性王程投资较传统工艺高,用电也高,但是药剂消耗少,占地面积小,运行简易,总运行成本低,而且超滤的出水水质要比传统工艺的好、稳定,对微生物和浊度的去除效果显著,出水水质好。考虑到对人民未来水质的要求,超滤为高性价比选择1965年,美国Amicon公司研发出中空349一mtl纤维超滤膜,法国于1988年第个建立了超滤给水厂,处理水量达240/d。之后很多国家加入膜处理技术,把超滤膜技术当做核也技术的水处理厂越来越多,到20世纪,全球建立了A八十家超滤给水厂,进入21世纪,超滤的应用趙来越多,我国对超滤膜技术的研发开始于20世纪70年代初。超滤膜生产技术发展的越来越好,sqf成本越来越低,为超滤膜的应用奠定了基础。据报道,由于有机物是膜污染的主要影响因子,原水直接进入超滤膜,有机物一的去除效果不理想。因此在原水进入超滤膜前,般都会对水进行预处理。董秉直27 应对供水设施缺失的应急水处理技术研究-膜等人采用混凝(超滤)工艺对微污染原水进行处理,结果表明在超滤膜前对原水SDtl先进行混凝预处理-,可W有效控制膜污染。沈智育等人用混凝超滤工艺处理污水处理厂二级出水,研究发现对TOC、TN、TP、浊度、和UV254的去除率效果好。张二飞等人用泡凝-超滤工艺处理含油废水,结果表明对石油和COD是处理效果非-CPAM常好。本课题通过往水体中添加AlCl3(1000)复合混凝剂,[^^降低水中污染物的含量,改善膜进水的性质,再将水通过超滤膜,检测过膜么后的TOC、浊度、COD。、细菌总数、UV254。43强化混凝一超滤膜工艺的效果研究-实验水体为自配的模拟地表水,实验水质见表41:表4-1原水水质表水质指掠pH水温浊度UV254TOCCODcr细菌总数°_imm(0(NTU)(cm)/L)/L)(CFU/mL)(g(g------8-变化范围.08.511.712.713.216.50.43412.6530.81561930.46812.8232.1均值8.312.313.80.45912.73311874一.3.1强化混凝超滤膜工艺对浊度的去除W强化混凝实验确定的参数为基础.,将配置的原水(浊度均值为138NTU)通过混凝沉淀反应器,出水进入到超滤膜里,WlL/min的速度通过超滤膜,每半小时一次水样共取六小时-取,分析水样水质41。,得到的浊度系数见图^强化混凝出水-?一强化混凝-超滤出水-1.2-A0.8口z0-君.6-0.4-0.2..■■.■?1IIIII0123456时间(h)28 第四章混凝一超滤处理模拟地表水的研究-图4-1强化混凝超滤工艺对浊度的去瞭效果图--由图41可知,水样通过强化混凝后,出水浊度值为化911.16NTU,均值4-NTU1,经过超滤膜后浊度值大大降低1.2.0NTU0.905,.22NTU,出水,为均值为0,78,远优于饮用水标准中浊度值不髙于1NUT的标准且从图中可W除浊率达.8%,看出,水过超滤膜后所测出水的浊度值稳定。一4.3.2强化混凝超滤膜工艺对UV254的去除'i一〇-原水UV254均值为.459cm混凝42。,强化超滤膜工艺得到的UV254系数见图-□一强化混凝出水|-—--0.076?混凝超滤出水八I阻\/V八-0.068\T心中.化4V;0-含.060□0-.0560-.0巧* ̄- ̄_0 ̄.048?J■■■???I1IIII0123456时间(h)-4-超滤工艺对UV图2强化混凝254的去除效果图—i---由表41、图42可知,7K样通过混凝反应器后,出水UV254为0.0600.076cm,'-ii-0经过混凝-.068cm均值为,超滤后,出水UV254为0.0480.050cm,均值为0.0484'icm-,混凝超滤对UV254的去除率达30%,且从图中可W看出,水过超滤膜后所测出水的UV254值稳定。4一T0C.3.3强化混凝超滤膜工艺对的去除TOC代表水中总有机物,与UV254起着相辅相成的作用,原水TOC均值为一-12.73m/L3。g,强化混凝超滤膜工艺得到的TOC系数见图429 应对供水设施缺失的应急水处理技术研究强化擺凝出水-I强化混凝超滤出水1:::6-.56-a-4^.6-夏.3〇.^6-.25_-9'■■■?IIIIIIII0123456时间(h)图4-3强化混凝-超滤工艺对TOC去除效果图由图4-3可知,水样通过混凝沉淀池后,出水TOC均值为6.66mg/L,经过超滤膜后TOC为6.03mg/L,去除效果不明显。4一.3.4强化混凝超滤膜工艺对CODc的去除rCODc采用酸性重絡酸钟氧化法所得一,原水COD混凝rcr均值为31m/Lg,强化超滤膜工艺得到的CODc-r系数见图44。一^强化混凝出水巧-一-强化混凝I超滤出水]J巧-'SoJo-i8.5-0I'''IIIIIIIII0123456时间(h)-图4-4强化混凝超滤工芭对COD的去除效果图cr-由图44可知-,水样通过强化混凝后,出水CODr为19.823m/Lcg,均值为30 第四章混衡一超滤处理模拟地表水的研究20-.9m/L,经过超滤膜后COD为〇8m//Lc.1.2L,均值为化%m,过膜grgg后去除效果好且稳定。4一.3.5强化混凝超滤膜工艺对细菌总数的去除的去除一细菌采用平板计数法,原水细菌值为187CFU/mL,强化混凝超滤膜工艺得到-5的细菌系数见图4。强化混凝出水—?一强化混凝-超滤出水80_ED'U60-豁.巧接40-费.20- ̄ ̄- ̄ ̄?——?0? ̄?????■■''■I?IIIIIII0123456时间(h)-图4-4强化混凝超滤工艺对细菌总数的去除效果图由图4-4可知-,水样通过强化混凝后,出水细01120CFU/inL菌平均值为1,均值为109CFU/mL,经过超滤膜后细菌总数除了偶尔能测出来,基本都为OCFU/mL,超滤膜对细菌的去除效果非常好。4.4本章小结本章W模拟的地表水为实验对象,按照烧杯实验所得的混凝参数将原水通过混-凝沉淀池-,随后出水通过超滤膜,得到混凝超滤工艺对原水的处理效果。由图41-4-5可到知,强化混凝超滤工艺对细菌的去除率近100%,对浊度的去除率达98.4%,COD。的去除率为96.8%,对TOC的去除率为52.6%,UV254的去除率为89.4%。经试验可得到强化混凝-超滤工艺对模拟地表水污染物质的处理效果显著,出水水质好一且稳定-,且操作简单。为了保证进步的出水水质,本课题在强化混凝超滤膜基础上,展开后续反渗透膜处理的研究。31 应对供水设施缺失的应急水处理技术研究32 第五章反渗透膜组件改制第五章反渗透膜组件改制一为了进.步提高出水水质及其稳定性,对反渗透膜组件进行改制将超滤后的出水进行反渗透处理。5.1动力系统的改制一一般水处理工艺都不能正常运行无电情况下,在应急时,传统处理手段,般都是选择砂石、活性炭靠重力作用对水进行直接过滤后饮用,但这样处理后水质较难达标,对微生物、小分子物质等的去除效果不好,为了保证水质的质量和系统的稳定运行,,过,,需对其粗滤后再进行精细过滤精细过滤器的孔枉小滤阻力大单靠重力的作用很难过滤,必须对其进行加店。为了满足人们用水需求,本课题对应急水处理系统的膜动力系统进行更改,对膜动力系统进行更改,采用两套动力模式,当电力系统正常的情况下,采用水系提供过膜动力;当电力系统雜疾情况下,采用活塞提供的机械力作为过膜的动力。此活塞最大可W提供IMPa的压力,将活塞加入到超滤膜之后,反渗透膜之前位置处,利用活塞提升产生的正负压力为膜系统提-0供过水的动力。反渗透膜的压为差为0.2.5MPa左右,超滤过滤压力差小,达到O.lMPa即可塞提供动力塞加入到超滤膜之后,反渗透膜之前位置处,,用活,将活。超滤膜之后与反渗透膜前接上单向阀,确定水的流向当活塞往上提起的时候,活塞内部形成负压,通过,依靠单向阀控制水的流向,开始进水活塞提供的动力,水经过棉、活性炭柱、超滤膜,,活PP,最终进入到活塞空腔里当活塞往下压的时候一定压强时。该塞内压强増大,增大到,活塞内的水通过反渗透膜,达到出水饮用系统在野外无电力情况下可W很好解决供水问题,可做成车载,便于携带运输,还可广泛应用到军事训练、巧外露营等领域。5.2膜组件的改制机理V''pa'ermeriven于1945年发现磁化水可W抑制锅炉中水垢的形成后,磁化水'开始走进我们的视野,磁化水得到了很好的开发研究。黄征青、黄光斗等人通过改变水体pH值、离子、磁场强度、水的流速等条件得到磁场处理水体时的最佳条ssfi一H-ihamAlh件。atQatani通过将两块带异性磁极平行放在个圆形管道,让水流过P41wn圆形管道,研究磁场对水体水质的影咱。HongeiYag、Ronald等很多学者人研Pq究了磁场对水体黏度、水体张力、电位、晶体性质等的影响。研究还发现磁场对 喧对供水设施缺失的应急水处理技术研究水体的作用具有记忆效应,可W保存几小时甚至数天。迄今为止,磁处理设备广泛应用于防垢、除垢、杀菌、医学等方面。但是尚未看到相关报道说磁作用于反渗透一膜上,膜污染直困扰着反渗透膜的使用磁体改制成新型,本课题将反渗透膜利用膜组件,研究其离子通透性、过膜通量等处理性能和防污防垢效果。5.3实验装置与测试方法本课题将研究在在保证通水量,原水水质,水湿W及膜相同的情况下,对比反渗透膜上加磁与不加磁,加磁时磁场强度变化后的净水与废水水样,用水样的TDS值妍值,离子量来表征结果,通水量为0.3L/min,净水与废水的水量比为1:2,’水体温度为12.5C。,原水为太原市政管网的自来水5.3.1实验装置将反渗透膜覆盖上不同磁场一,通过反渗透膜的水体对磁感线进行切割的个装置。磁铁的磁场强度有OmT,lOmT,70mT,400mT。5.3.2测试方法经水累将储水桶里的太原市政管网的自来水输送到反渗透膜中,水流速为0一.3L/min230min150l,净水与废水比为1:,每隔取次样,共取五次,每次取m,用于TDS、pH、离子的测量。(1)TDS值的测量TDS为溶解性总固体,单位是mg/L.代表的是1L水中的溶解性固体,除特定水体外一,般来说,TDS越高,表示水体电导率值越高,它和电导率存在相通的关=系,二者关系系数为:2iis/cml巧S。TDSTDS仪测采用便携式,测量方便,操作简单,本研究用TDS值代表溶液中电导率值。(2)H值的测量p用雷磁pH计测反渗透膜净水出水与废水出水的地值。(3)各种离子的测量’2+2+++‘2采用离子色谱,对水中的Ca、Mg、Na、K、F\Cr、N03、S〇4进行测量。5.4结果与讨论5.4.1膜组件改制对水体班的影响H5-测量水体通过反渗透膜后的净水与废水出水水质,得到的p值如表1所示。34 第五章反渗透膜组件改制5-表1净水和废水出水处pH结果表磁场强度OmTlOmT7QmT400mT净水出水pH6.186.346.546.86废水出水pH8.5088.60^^5-由表1可知,随着膜组件中磁场强度的增加,净水出水pH值增加,这与李东56[]一魁等人研究得出的在定磁场强度下,磁场强度越强,作用时间越长,水中pH值一增加结论相致。这是因为在磁场作用下,水的黏度、氨键作用力、水分子团簇和长链的极化发生变化’,C〇2的排出量増加,水中跋酸平衡体系的hc〇3水解能力变强,生成2?‘C〇3与0H,水中pH值增加,磁场强度越大,送些改变越大。废水出水pH值在lOmT,70mT,400mT^个磁场强度中,随着磁场强度的増加pH值増加,但在无磁场作用下,pH值稍有差异,有可能是lOmT的磁场强度太弱,与无磁场区别一不明显所W仍需细化磁场强度进。,步验证5.4.2膜组件改制对水体TDS的影响-。测量水体通过反渗透膜后的净水与废水出水水质,得到的pH值如表62所示单位(mg/L)表-2S结果5净水和废水出水处TD表磁场强度OmTlOmT70mT400mT净水出水TDS12131213废水出水TDS487^^^5-2可知由表,随着膜姐件磁场强度増加,净水出水处TDS值看不出明显变化规律,废水出水处TDS值増加,表示该出水处电导率值变大。原因可能是磁场改变了溶液的物理化学性质,磁场强度越强,离子与水分子、水分子与水分子之间的作用力减弱地越明显,大分子团簇变成小分子团簇,水中溶解性颗粒物增加,即TDS值升高。5.4.3膜组件改制对水体中各离子的影响2+2++测量水体通过反渗透膜后的净水出水处、废水出水处的Ca、Mg、Na、+-2-、F、-、K、Cr、NO3SO4值分别如表5354所示。-3表5净水出水处各离子结果表(mg/L)磁场强度F ̄2-++2+CrN03SO4NaKMg02.571.912.684.520.020.501.34。TOmT35 应对供水设施缺失的应急水处理技术研究 ̄ ̄0^S^4^40^0^U7TlOmT02.32.130010.%1.05,。T.761.9024.70mT02.951.832.083.970.000.471.00T400mT ̄表54废水出水处各离子结果表/L)(mg-++2+-2N2+磁场FCrNOSOaKMCa34g强度 ̄ ̄ ̄ ̄ ̄^132.7050.103^76.30心^6^UmTl0.4964.9312.33134.5058.400.1238.6477.10ia?mtTlO??0.5174.9114.08138.7066.420.1540.0482.107Uml0.巧80.5414.16145.3069.500.1740.2193.90j。。T400mT由表5-3cr浓可知,反渗透膜净水出水处,r基本检测不出,度随着磁场强度的’増加而增加,N03变化看不出明显变化规律,在lOmT处巧得的NCV值最低,80户、++2+^+Na、K、Ca浓度随着磁场强度的増加而减小,Mg看不出明显变化规律,在lOmT70mT一处与处所得的值致。所测的阴离子总电荷数为,阳离子总电荷数为这表明2’++2+随着磁场强度的增加,净水处S〇4、Na、K、Ca浓度值减小。-4可知F浓NCV由表5,反渗透膜废水出水处,度随着磁场强度的增加而增加、,2’++cr看不出明虚变化规律,浓度都是在磁场强度为lOmT时最小,S〇4、Na、K、2+2+Mg、Ca浓度随着磁场强度的增加而减小。2’+由于净水出水处与废水出水各离子的变化趋势有异,如净水出水处S〇4、Na、K+2+2‘++2+、Ca浓度随着磁场强度的増加而减小,废水出水处SO4、Na、K、Ca浓度随着磁场强度的增加而増加,为了更好的比较磁场对反渗透膜中各离子的影响,综合-5-3分析表、54,净水与废水出水比例为1:2,得到水过反渗透膜后出水各离子浓度5-5-总量值表,水中正负总电荷表56。-出水处各离子总浓度结果mL表55表(g/) ̄++2-+M2磁场强度FcrN0SO4NaK3gOmT0.3044.549.1389.3638.610.0724.4451.31lOmT0.3344.168.8990.4840.400.0825.9551.7970mT0.3450.8610.0293.2445.660.1026.8855.08400mT0.3654.6810.0597.:5647.660.1226.9662.935-出水处正负总化荷结果(表6表mg/L)36 第五章反滲透膜组件改制磁场强净水处总废水处总总负电净水处总废水处总总正电荷度负电荷负电荷荷正电荷正电荷.344OmT716.12別2.708.21281.17190.18lOmT.07346.75234.86197.347290.005.9570mT6.98366.90247.707.36310.85209.的4Q0mT6.87385.83260.206.903巧.89227.56’2’++5-5由表可知,随着膜组件中磁场强度的增加,出水处F、S〇4、Na、K、2+2+‘++2+2+M、Ca浓度増加,这表明磁场SCV、Na、K、M、Ca等各离子的溶解度、gg分离效果、析出有促进效果,出水离子量越大,截留在膜上的离子越少,膜的损耗越少,使用寿命延长,这是因为水中正负离子在洛伦盛力的作巧下向相反的方向运动,水合态离子外层的水合膜在碰撞中发生碎裂,磁场强度越大,这种作用越明显,正负离子更易结合在一起,生成晶粒变多过反渗透膜流入净水侧离子量减,从而通少,且生成的晶体体积较小,被反渗透膜截留的离子量减少,废水与,像出水中离子2++2+量增加。且净水出水处S04\Na、K、Ca随着磁场强度的增加而减小,提高了饮用水水质—,优化了处理效果。对Cr、N03的作用规律不明显,也许是由于lOmT磁场的强度太小一,作用效果不明显,需进步细化磁场强度试验,验证是否有规律。由表5-6可知,随着膜组件磁场强度的增加,净水处的正负电荷数减小,废水出的正负电荷增加,总正负电荷增加。表中净水处总正电荷值小于总负电煎值,原因-2‘-是水中还有些离子没测、HO、(:〇6,如11\0HV3等离子,且由表1可知,净水出水中所含粒子小,净水,水中IT比〇圧大处水偏酸性,这也可W解释净水处所测得的总正电荷值小于总负电荷值。废水处未测离子偏多,所W正负电荷所测值不平衡。5.4本章小结(1)磁场作用于反渗透膜上,随着磁场强度的増加,反渗透膜净水出水pH值増加,废水出水处pH值废水出水pH值在lOmT,70mT,400mT^个磁场强度中,随着磯场强度的増加pH值増加。(2)随着磁场强度增加,净水出水处TDS值看不出明显变化规律,废水出水处TDS值増加。2’++2+(3)随着磁场强度増加,净水出水的S〇4、Na、K、Ca浓度随着磁场强度的增2’++2+、、a加而减小,废水出水的S〇4NaK、C浓度随着磁场强度的增加而增加,总出37 应对供水设施缺失的应急水处理技术研究2’++2+水的S〇4、Na、K、Ca浓度增加。这表明磁场对反渗透有着促进送些离子析出,提高水质’,减少膜污染的作用。W(4)随着磁场强度增加,净水出水的Mg、NCV和废水出水N03帮度变化看不出明显变化规律,这有可能是因为磁场强度的选择受限,未能看出规律。(5)综合来看,膜组件改制后总出水离子浓度增加,有利于对反渗透膜的保护。38 第六章结论与展望第六章结论与展望6.1结论起于对国内突发水污染事故的思考,针对饮用水安全保障的实际需求,研发用于控制突发水污染事件、提升污染物快速控制水平的关键设备和系统化集成工艺。本文从供水设施缺失情况下进行研究,设计相应的水处理系统,W完善现在国内面对突发状况时的水处理工艺。主要研究结论如下:--(1)经试验分析得到了强化海凝超滤反渗透膜应急水处理工艺的试剂及运行参数,该工艺试用于水质复杂时,强化混凝中无机混凝剂与有机高分子混凝剂的复配,海凝反应器的改进,优化了泡凝效果,减少了后续超滤膜的负荷。(2)超滤反渗透膜集成工艺的选择,提高了水质,占地面积小,利于应急使用。'’(3)无电情况下,利用活塞提供的机械力当作过膜动为的膜集成工艺,该工艺不仅适用于突发水污染事件,电力设备遭到破坏时,还适用于军事作战,野外露营'',应用前景广泛等领域,并对膜集成工艺上膜进行改制,优化了出水水质,减缓了膜污染。2’(4)对膜组件通过磁场进行改制,得到了随着膜组件中磁场强度的増加,S〇4、++2+Na、K、Ca等离子在反渗透净水出水处浓度值减小,在废水出水中浓度増加,总2‘++2+出水的S〇4、Na、K、Ca浓度増加。这表明经磁场改制后的膜组件有着促进这些离子析出,提离水质,减少膜污染的作用,对于控制膜污染方面的研究有着重要的作用。6.2展望近年来,突发水污染事故发生频繁,我国应急水处理又着重于管理方面,系统工艺方面的研究较少,应急水处理设备的研发将会是研究热点。由于时间及仪器有限,应急水处理系统的设计工作本文只进行了基础研究,后续还有很多工作需要进行:(1)本文在水质复杂时只选择了模拟的地表水,应多实验几种水体,确定强化混凝--反渗透膜应急水处理工艺的试剂及运行参数一超滤,并验证其处理效果,得到套可W处理多种水体的应急水处理设备。(2)应急水处理系统不够系统化,应该将多种水处理技术联合起来,W得到可W用39 应对供水设施缺失的应急水处理技术研究于多种应急情况下的设备。(3)无电情况时,动力系统的设计比较粗糖,应继续在此基础上进行研究,明确得到在该条件下,各膜运行参数,提島劳动力的利用率,实现自动化。(4)本文通过磁场对膜组件改制,覆盖磁场强度受限,后续应该増多磁场强度的变化值,W完善对膜组件的改制。40 参考文献参考文献一1孙猜.河流型饮用水水源地环境保护安全研究^长江南京段为例D.江苏;南[][]京师范大学,2008.2赵静.城镇防灾避难场所应急给排水系统的研究.河北:2011.[][D]河北联合大学,.突发性水污染事故影响的预测预警体系研究脚.江苏:南京大学2011.巧李林子,clsinofEararninrinstemsfrource4Gulliketa.DelyWMonitoSoS[]gggyWarersJ-.AWWA20039511:5872.[],,()口hristoherWard-Firstresoii(iers:roblemsandsolutions:water]Cpppu-slies.TechnoloinSodet,2003254:535537.pp阴gyy,()张宇.城市水源地突发性水污染事件风险性评价体系及方法的实践研究.上[句[D]海:华东师范大学2006.,7GorG.Pinter.TheDanubeAccidentEmerencWarninSsteinJ.Water[]ygygygy[]enceandec-SciThnolo19994010:2733gy.,,()口ardanTserunyan.Peas化ilitofE批landEmerencWarninSstemsfor]VyygygySafeguardingtheTransboundaryWatersofArmeniaJ.DecisionSuortforNatural[]ppDisastersandIntertionalThreats化WaterSecurity.SpringerScienceBusinessMediaB.V.2009.9王丽.城市中应急避难场所的规划设计研究D..天津:南开大学,2007[][]10闻波..[]张,朱星明太子河流域水资源实时监控管理系统集成技术研究[J]中国2005—电科学研究院学报:349.,(2141)[U]霍庭秀等多泥沙河流开展水质自动监测的探讨町水资源护,2002(4);52—54.12汤颖.J.2013[,文英等饮用水源地突发性水污染事故预警应急体系研究[]],-1740:162164.()13张勇.城市水源地突发性水污染事件研究评述内.[],启新等环境污染治理技术与设备,2006,7(12):^4.14.崔福义,张哈尔滨气化厂(达连河)供水系统应对硝基苯污染的措[],李伟光悦等1-施与效果J.给水排水006326:317.[],2,()15.J崔福义城市给水厂应对突发性水源水质污染技术措施的思考.给水排[][]-水:7.,20063279,()41 应对供水设施缺失的应急水处理技术研究16.汉川地震灾区城市供水的水质风险和应急处理技术与工张晓健,[],陈超李伟等-艺J2008347.].给水排水:713[,,()[17]张晓健.松花江和北江水污染事件中的城市供水应急处理技术[J].给水排20066-水32:612.,(),[18]周克梅,陈卫等.南京长江水源突发性污染应急水处理技术应用研究内.给水排水,2007.[19]张悦.城市供水系统应急净水技术指导手册[M].北京:中国建筑工业出版社,2009:W5.20张晓健.加强城市供水应急处理技术和应急系统建设的研究的.[给水排水,]2007,33(11):1.-2.化学沉淀D.重庆:重庆大[U袁雪铁氧体法处理重金属离子废水的实验研究[]学,2007[22]马萌,魏永宁等.石灰水预处理垃圾渗滤液的研究[J].工业安全与环保,2008,343-;78.()23郭燕妮..,方增坤等化学沉淀法处理含重金属废水的研究进展的工业水处[]202-理1131:913.,,。)[24]袁润权,张焕伟,张建国等.利用化学沉淀发快速去除水中镜和巧的应急处理研-究内.给水排水01036:2224.,2(,増刊)52胡小芳.[],T卫,张建国等化学沉淀法对水中領、钻金属污染物的应急处理技术研-究内.供水技术41:2124.,2010,()2..:2011陕西西安建筑大学.[刮李荣光饮用水应急处理技术集成研究[D],27傅金祥,王峰等.粉末活性炭吸附工艺应急处理苯酌污染的.还宁:沈阳建筑大学[]-学报(自然科学版)2008244.:633636,,()28.李进.生活饮用水应急集中处理设各在洪淺灾区模拟应用研究[J[,班海群等中]]国消毒学杂志,201212.,29.蒋晓风.有J工业水处[],朱斌等机污染水源水的粉末活性炭处理技术研究[]20092974-76理.,,(吩[30]江传春,肖蓉蓉等.高级氧化技术在水处理中的研究进展阴.水处理技术,2011,3772-16.():1口。CGordon巧al.Minimiziiichloriteionandchlorateioninwatertreatedwithchlorine,gdioxideJ.AWWA1990824:160.[],,()42 参考文献口巧Gordon幻al.Minimizinchloriteionformation.AWWA1995876:97.G,g…,,()33..环境[陈超,张晓健等顺序氯化对微生物、副产物和生物稳定性的综合控制机]2006-科学271:7479.,,()34超..[]陈,张晓健何文杰等,安全氯化消毒工艺的消毒副产物控制饥中国给水排20-水0049:1316.,2,()龄.曝气吹脱去除水源水中挥发性有机物的应急处理技术研究阿.北京:清华]张伟11.大学,2036..刘先品,李树平等突发事故下应急供水分析阴四川环境,28U):[],2009-110111.37.李进,班海群等生活饮用水应急集中处理设各在洪溃灾区模拟应用研究m[]2029-:1068中国消毒杂志学,12(口)1070.,口糾EdzwaldJ,TobiasonJ.EahancedVersusOtimizedMultileObectiveCoaulation.ppjgInChemicalWaterandWastewaterTreatmentV’Hahnh曲finannE,deg哗dH,Eds[M].Sr-pingerBerlinHeidelberg1998:113124.,39.萌瓶低温低浊黄河水强化漏凝研究网河南:郑州大学,2013.[]40陈威.D.湖北强化水处理混凝相关技术的研究:华中科技大学,2005.[][].4U肖.强化混凝去除水中的腐植酸[D]湖南:湖南大学,2007.[辉煌.4.微污染源水的强化混凝工艺研究[D天津:天津城市建设学院,2008.[巧孔样媚][43]朱可勇.不同水源水质强化海凝工艺的试验研究D].上海:同济大学,2006.[.44.铁盐混凝剂的混凝行为、作用机制D[]赵艳侠、絮体特性和污泥回用研究[]山东:山东大学,2014.[45JCawamuraS.Considerationsonimrovinflocculation.JournalAmericanWater]pg口]Worksssoc-iation196:286A7668333.,,()46霍芳术.超滤处理高藻水过程中膜污染特性及控制研究[D.江宁[]:哈尔滨工业]大学,20口.47.J.陈治安,刘通超滤在饮用水处理中的应用和研究进展[工艺用水与废水,[]]2006337-():710.,片糾JansonA,0TooleGSinghM,HongS.P.A273,000m3/dimmersedmembranesystemforaurfacewatertreatment:pilotsystem化suitsdesignC].IWASecialized[pConference-Menbr-onWaterEnvironmentanceTechnolo.Seoul2004:15311538.gy,49]韩宏大,吕晓龙,陈杰.超滤膜技术在水厂中的应用J].供水技术,2007,1(5):[[43 应对供水设施缺失的应急水处理技术研究-1417.沈智育一50,沈耀良,郭海娟.混凝超滤组合工艺处理城市污水处理厂出水效能[]-.巧(11).的研究口]水处理技术,2013:6972,一51张二飞,耿安朝.混凝超滤工艺处理爸油废水的研究机.资源环境与节能减[]20-12622325灾,():11.,[52]马伟.磁场效应在水处理中的作用与研究的.工业水处理,1997,17(6):^3.53,徐洪涛.水的磁处理防垢与除垢的研究阴.工业水处理[]黄征青,黄光斗,2001,2-11:58,()am-aanifemaneeaonufHaithAlhatseawaer址naion.Ectoftictrtme出GltJ.D的t口句Qg[],-1071996:7581(.)口引RanGai,HongweiYang.TheEfectsofmagneticfieldsonwatermolec山arhydrogen--ournaofoecuture11bonds.JlMllarStruc2009938(3):5巧.町,,56李东魁,姜丽丽,左海滨,谭赞林.超强永磁场处理对钢铁工业循环水H值影[]p-响的研究机..制造业自动化,2012,34(10);10310744 ?致谢转眼间到了毕业季,两年的研究生生活接近尾声,在这两年年的时光里,我收、获了知识,收获了成长,收获了师生情同窗情和友情,老师们、同学们、亲人和朋友们给予了我莫大的帮助和关也!,在此向他们表达诚孽的感谢论文是在刘海巧导师的悉也指导下完成的,感谢刘老师在论文选题阶段、实验阶段和论文撰写阶段对我细致、耐也的教导和帮助。他渊博的知识、严谨的治学态度、鎮密的思维遥辑深刻影响着我,值得我认真学习,同时,我在学习过程中也获益良多。在论文定稿时,刘老师对我的论文进行了详细的批阅,并提出了宝贵的修。!改意见,才使我的论文结构更加完整在此谨向刘老师表示最衷也的感谢感谢张晓燕老师对我的关怀,感谢各科老师在我的学习W及实验过程中给我的指导和帮助。感谢王敏慧、郭雪峰、刘丽、李富云、黄河、贺庭、陈燕慧众多师姐师妹们在我遇到困难时给予的无私帮助和配合,他们都在我需要的时候给我提巧了热也的帮助。感谢我的父母和家人,有他们的全力支持我才能顺利完成学业。最后,感谢对我的硕±学位论文进行评阅和出席此次硕±学位答辩会的专家和!教授们,感谢你们的指导唐珊2015年5月45 应对供水设施缺失的随急水处理技术研究46 个人情况及联系方式个人情况及联系方式个人情况:姓名:唐珊性别:女籍贯:湖南省永州市个人巧脉2009—2013.09.07山西大学环境与资源学院环境科学专业学±20—13.072015.07山西大学环境与资源学院环境工程专业硕±顧方式:电话;邮箱:47 应对供水设施缺失的应急水处理技术研究48 承诺书承谱书;本人郑重声明所呈交的学位论文,是在导师指导下独立完成的,学位论文的知识产权属于山西大学。如果今后W其他单位名义发表与在读期间学位论文相关的内容,将承担法律责任。除文中已经注明引用的文献资料外,本学位论文不包括任何其他个人或集体已经发表或撰写过的成果。作者签名:20it年r月日49 应对供水设施缺失的应急水处理技术研究50 学位论文使用授权声明学位论文使用授权齊明、;本人完全了解山西大学有关保留使用学位论文的规定,即学校有权保留并向国家有关机关或机构送交论文的复印件和电子文档,允许论文被查阅和借阅,可W采用影印、缩印或扫描等手段保存、汇编学位论文。同意山西大学可W用不同方式在不同媒体上发表、传播论文的全部或部分内容。保密的学位论文在解密后遵守此协议。^作者签名:作州导师签2〇fr年r月日51'