一体式铁盐絮体-超滤净水工艺中试运行效能

短流程集成膜滤工艺以其占地面积小、出水稳定等优点成为饮用水处理的研究重点,但目前仍缺乏实际中试运行参数及膜污染特征解析。基于常州某河流的中试运行结果,与直接超滤工艺(仅运行7 d)相比,一体式铁盐絮体-超滤工艺(运行25 d)和强化的絮体-超滤工艺(运行83 d)中的膜污染程度显著降低,分别将膜池稳定运行周期延长2.5倍和10.9倍;扫描电子显微镜和能谱表征结果表明,无论是否投加铁盐絮体,无机物均为滤饼层的主要成分,也是引起膜污染的主要原因。出水水质分析结果表明,一体式铁盐絮体-超滤工艺平均出水浊度低于0.1 NTU,浊度去除率大于99.5%,同时,COD和TP的去除率分别由37%和15%提升至64.58%和40%。此外,强化后的一体式絮体-超滤工艺中絮体的利用率更高,产水成本为0.491元·t ⁻¹。     

助凝剂投加量及pH对BF-UF工艺膜污染的影响

以聚丙烯酰胺(PAM)为助凝剂,在加载絮凝(BF)与超滤(UF)组合工艺净水过程中,系统考察了PAM投加量和原水pH对膜通量衰减及污染可逆性等的影响,并结合加载絮体形态特征与膜污染的相关性,进一步探究了膜污染的生成机理.结果表明,PAM投加量对加载絮体形态、膜滤效能和膜污染的影响显著,且PAM投加量在不足或较大的情况下...     

pH对混凝超滤组合工艺性能的影响

在聚合氯化铝(PACl)投加量为4 mg/L条件下,通过调节原水的初始pH值,考察pH条件对混凝超滤组合工艺的净水性能及膜污染的影响。结果表明:当pH为7.5时,组合工艺对CODMn、UV254、DOC的去除率分别为40.2%、35.4%和36.1%;当pH降至4.5时,对应的去除率分别增加至52.9%、52.1%和42.0%。酸性条件下,膜池内絮体的分形维数大,絮体结构密实,膜污染速率较快;当pH等于4.5时,絮体分形维数为1.75±0.15,尺寸大于500 μm的絮体数占总絮体数的9%。中性及偏碱性条件下,絮体分形维数小,絮体结构松散多枝,膜污染速率缓慢;当pH等于7.5时,絮体分形维数为1.37±0.05,尺寸大于500 μm的絮体占65%。针对该水库的水质状况,控制原水pH为7.5有利于混凝超滤膜组合装置的运行。     

在线混凝-超滤中膜污染与絮体水动力学的关系

为了解在线混凝-超滤过程中膜污染与组件内部絮体水动力学的关系,采用一种粒子成像测速技术PIV,在线监测混凝-超滤过程中絮体在组件内的流动状况及流体力学特性,并采用SEM对污染后的膜进行了分析表征。结果表明,在0.05 MPa下,随运行时间延长,出现了膜通量衰减现象。同时,膜表面絮体的水动力学性质发生较大的变化,PIV实验发现沿中空纤维膜轴向,上部絮体水动力现象变化较大,中部次之,下部变化最小,对应的SEM照片可以看出膜污染在轴向分布不均,上部污染最重,中部次之,下部最小。     

混凝-气浮控制三卤甲烷生成势的研究

研究了混凝一气浮工艺对不同分子量区间三卤甲烷生成势（trihalomethanes formation potential,THMFP）的去除效果及絮体形态对THMFP去除效果的影响。结果表明,混凝一气浮工艺以去除大分子量区间THMFP为主,对小分子量区间THMFP的去除效果较差。UV254值与THMFP值的线性相关系数为0．9449,UV254值可以较好地反映THMFP的含量。絮体的分形维数为1．17～1．2时,孔隙率较大,可增加絮体对THMFP的活性吸附空间,且絮体相对密度较小,可增强同向絮凝作用,增加絮体和THMFP的接触概率,有利于气浮对THMFP的去除。     

混凝一气浮控制三卤甲烷生成势的研究

研究了混凝一气浮工艺对不同分子量区间三卤甲烷生成势（trihalomethanes formation potential,THMFP）的去除效果及絮体形态对THMFP去除效果的影响。结果表明,混凝一气浮工艺以去除大分子量区间THMFP为主,对小分子量区间THMFP的去除效果较差。UV254值与THMFP值的线性相关系数为0．9449,UV254值可以较好地反映THMFP的含量。絮体的分形维数为1．17～1．2时,孔隙率较大,可增加絮体对THMFP的活性吸附空间,且絮体相对密度较小,可增强同向絮凝作用,增加絮体和THMFP的接触概率,有利于气浮对THMFP的去除。     

电絮凝过程处理含铬废水的工艺及机理

以六价铬废水为处理对象,采用电絮凝过程研究了槽电压、初始浓度、初始pH值、电极材料等工艺参数对电絮凝过程分离Cr(Ⅵ)离子效率的影响机理。结果表明,采用Fe/Fe电极,对初始浓度为105 mg/L的Cr(Ⅵ)离子废水,最优槽电压为4 V,初始pH值为6,电解60 min,去除率可达到98.84%。Cr(Ⅵ)的去除率随着槽电压的升高而增大,随着初始浓度以及初始pH值的增加而减小。研究发现,初始pH值决定电絮凝过程中Cr(Ⅵ)的主要去除方式,在偏中性范围内Cr(Ⅵ)主要通过絮体吸附作用去除。对不同电极材料的电絮凝过程电解产生的絮体进行了初步分析,结果表明,絮体成分因电极不同而异,不同絮体对重金属离子吸附能力的差异也较大。     

臭氧气浮工艺絮体尺度与界面理化特性调控

针对臭氧气浮工艺对有机物脱色和去除性能的限制,通过阴、阳离子型聚丙烯酰胺(ployacrylamide,PAM)对以腐殖酸为代表的天然有机物絮体的尺度调控,采用气载絮体尺度、二维分形维数及絮体与微气泡间的接触角对PAM浓度梯度下形成的气载絮体进行了表征;研究了阴阳离子型PAM浓度梯度对腐殖酸的降解效果和气载絮体尺度;并探讨了阴阳离子型PAM、絮体与微气泡间的结合机理。结果表明:PAM的投加提高了臭氧气浮工艺中腐殖酸的去除性能,且气载絮体尺寸、分形维数和接触角均有所增大;在不同类型PAM中均存在最佳PAM剂量,在此剂量下,体系内去除效果、气载絮体大小和接触角最大、分形维数最小;在最佳PAM剂量下,与阴离子型PAM相比,阳离子型PAM形成气载絮体的大小和接触角较大,分形维数较小,且去除效果较好。在臭氧气浮体系中,通过改善PAM、絮体与微气泡结合静电作用力的强弱形成了利于气浮的气载絮体尺度,提高了对腐殖酸的去除效果。     

聚合铝水解形态对混凝效果及絮体特性的影响

采用微量滴定法制备不同碱化度的聚合铝,并测定其铝形态分布,通过其对腐殖酸-高岭土水样进行烧杯实验,依据絮体的Zeta电位、浊度、UV254及絮体强度因子及恢复因子等参数,以综合评价聚合铝水解形态的混凝机理及其絮体特性。结果表明：聚合铝投加前后铝形态分布存在很大差异,碱化度越低影响越明显,碱化度为0.5的聚合铝中Ala含量由原来的69.57%变为4%左右,而其Alc由9.36%变为50%左右;预制铝的中聚体和高聚体形态在混凝过程中相对比较稳定,而低聚合度的Ala变化显著;Alb电中和能力强,对溶解性有机物去除效果好,其絮体成长速度慢但絮体强度高;Alc具有较强的吸附架桥能力,能促进浊度的去除;预制Alc的吸附架桥能力强于水解生成的Alc,但其絮体恢复性能差。     

炭材料调理改善活性污泥脱水性能的影响机制

活性污泥中的胞外聚合物EPS含黏性蛋白类物质并高度亲水,调控污泥中溶解性EPS和溶解性蛋白类物质是改善污泥脱水的有效途径。通过使用不同炭材料调理污泥的方法来观察污泥脱水性能的变化,深入解析污泥絮体及EPS含量和组分的变化特征。结果表明：炭材料调理污泥可以改善其脱水性,且炭材料吸附容量越大对污泥脱水性改善效果越好;不同炭材料对污泥絮体影响效果不同,经过未改性活性炭（AC-0）、HNO3改性活性炭（AC-1）和石墨调理的污泥絮体粒径变大,经酸碱交替改性活性炭（AC-5）调理的污泥絮体粒径变小;炭材料调理后EPS中蛋白类的荧光峰A、B和腐殖酸、富里酸的荧光峰C、D都得到有效降低,且其对腐殖酸和富里酸的吸附效果比蛋白类物质要好,对低分子质量物质和中分子质量物质的吸附效果要好于对大分子质量物质的吸附效果。     

溶气气浮过程动力学模型的分形观

凝聚/絮凝过程中形成的絮体通常具有分形几何结构,导致絮体的密度、渗透性发生了变化,从而对于固液分离过程(沉淀、气浮和过滤)带来很大的影响。本文基于前人对于絮体分形的研究成果,建立了絮体与微气泡之间接触碰撞的动力学方程、絮体/微气泡聚集体在水中上升的分形速率方程。絮体与微气泡间的相对尺度和流态的不同会有不同的碰撞机制,相应的动力学方程式与絮体的分形维数也有不同的关系。     

强化混凝过程絮体形态对锑(V)去除效果的影响

利用混凝烧杯试验法,考察聚硫酸铁(PFS)强化混凝去除五价锑(Sb(V))过程中不同混凝条件对絮体形态(包括粒度和结构)以及出水水质的影响。结果表明,絮体平均粒径和分形维数的变化主要取决于主导混凝机理,且能通过作用于混凝效果而影响沉后水中悬浮态Sb(V)含量,但对最终除Sb(V)效果(主要为溶解态)的影响极为有限;原水pH和PFS投量对Sb(V)的去除有重要影响,而温度和混凝搅拌强度的作用却较小,并且助凝剂PAM的投加会在一定程度上削弱去除效果。在实际运行中,还需尽量避免沉后水因微小絮体过多影响后续工艺的运行工况及出水水质等。     

钢渣微粉与混凝剂复合对城市污水处理厂尾水深度除磷的试验研究

针对北方严寒地区低温时生物单元处理效能低下,污水处理厂二级出水TP浓度较高且不稳定的问题,将钢渣微粉与混凝剂复合处理城市污水处理厂尾水,以提高TP的处理效能。研究结果表明,钢渣微粉投加量为4g/L时,其对50mg/L含磷溶液处理效果最佳,处理2h后TP去除率可达75.16%;溶液初始pH对除磷效果有一定影响,最佳初始pH为7～8;小试试验表明,与单独聚合硫酸铁(PFS)混凝沉淀除磷相比,投加4g/L钢渣微粉使PFS最佳投加量由10mg/L降至6mg/L,且TP去除率显著提高,絮体沉降时间缩短,钢渣微粉-PFS絮体沉降2min时絮体体积分数降至10%,远低于PFS絮体。在连续30d的中试运行中,进水TP为1.40～1.98mg/L时,出水TP质量浓度可稳定维持在0.35～0.46mg/L,运行后期pH可降至9以下,满足《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB 18918—2002)一级A排放标准,运行期间药剂成本仅为0.06元/m3,具有一定经济性。     

溶气气浮过程动力学模型的分形观

凝聚／絮凝过程中形成的絮体通常具有分形几何结构，导致絮体的密度、渗透性发生了变化，从而对于固液分离过程(沉淀、气浮和过滤)带来很大的影响。本文基于前人对于絮体分形的研究成果，建立了絮体与微气泡之间接触碰撞的动力学方程、絮体／微气泡聚集体在水中上升的分形速率方程。絮体与微气泡间的相对尺度和流态的不同会有不同的碰撞机制，相应的动力学方程式与絮体的分形维数也有不同的关系。     

水分散型阳离子聚丙烯酰胺絮凝剂的絮凝性能及其机理

通过高岭土烧杯实验表征了P(CMTC-AM-DMC)的絮凝效率,考察了絮凝时间、介质酸度以及搅拌强度等因素对絮凝性能的影响,并借助絮凝-解絮凝-再絮凝过程中絮体的形态变化分析该絮凝剂的絮凝机理。结果表明:p H=6~8时,在150 r/min下搅拌20 min,絮凝效率大于90%;P(CMTC-AM-DMC)的絮凝效率及絮体沉降速度随搅拌强度增大而增大;300 r/min下搅拌5 min时,絮体沉降速度可达16 mm/s,继续增大搅拌速度,达到400 r/min时,絮凝效率在5 min内即可达到100%。P(CMTC-AM-DMC)絮体化程度较高,在高强度搅拌下破碎后,可迅速聚集恢复至初始状态,并迅速下沉,实现再絮凝。该絮凝剂在不同的p H下表现出不同的絮凝机理,p H=6时,借助电性中和、吸附架桥作用,絮凝效率较高,且絮体沉降较快;p H=10~12时,絮体沉降相对较慢,絮凝效率主要为颗粒卷扫的贡献。     

基质类型改变对絮体物化特征的短期影响

通过对不同类型的污泥絮体进行短期人工驯化,监测其不同状态的密度,沉降性,呼吸图谱以及EPS荧光光谱的变化情况,讨论基质类型改变对絮体结构影响特性。结果表明,通过基质的选择,可在短期内改变絮体的密度,且异养菌的活性对于絮体结构在短期内的改善起关键作用。而在此过程中,EPS的荧光峰呈现与消失及其强度变化与絮体结构的改变关联性不大。     

絮团形态的动态演变

实验考察了絮凝过程中广义絮团（包括单体颗粒、线状絮团、面状絮团及体状絮团）的黏性分维数、特征黏度、絮团的黏性组成等随絮凝时间的动态演变。结果表明,在絮凝过程中,单体颗粒的黏性分维数与其拓扑维数一致,其余各类絮团的黏性分维数均小于其对应的拓扑维数,其中线状絮团的分维数基本不受絮凝时间的影响,但面状絮团及体状絮团的分维数随絮凝过程的进行逐渐增大但最终趋于稳定;所有絮团的特征黏度与絮凝时间无关,其中线状、面状及体状絮团的特征黏度依次具有103、104和105的数量级;各类絮团的黏性组成随絮凝过程的进行表现出不同的变化态势。     

活性焦吸附对反渗透浓水膜蒸馏减排工艺的影响

本研究采用膜蒸馏(MD)技术,对煤化工废水2套处理工艺——(1)"混凝-超滤(UF)-反渗透(RO)工艺"和(2)"混凝-活性焦(AC)吸附-超滤-反渗透工艺"的RO浓水进行浓缩。通过对比分析MD的膜通量、产水水质以及膜污染等指标,重点考察AC吸附预处理对后续MD工艺的影响。结果表明,AC吸附作为前置膜处理工艺,可有效降低污染物在膜表面的沉积,减少膜润湿现象,并提高膜通量。GC-MS分析表明,AC能有效吸附废水中的酮类、醇类、酯类以及杂环类等挥发性有机物,降低MD过程中挥发至产水侧的有机物浓度,从而提高MD产水水质。     

聚合物强化超滤处理含铜废水

聚合物强化超滤工艺（PEUF）是一种将高分子聚合物和超滤技术结合的新型、高效的重金属废水治理方法。以壳聚糖（CTS）为聚合物去除水中的铜离子。考察了吸附络合和超滤过程中影响铜去除率的多种因素。结果表明,溶液pH值为6.0、CTS浓度为0.15 g/L和反应时间为60 min时,通过超滤系统后效果最佳。装载比一定时,铜初始浓度的变化对铜的去除率没有明显影响。CTS对铜的吸附过程符合Langmuir吸附等温方程。还研究了超滤膜的污染情况和膜清洗方法,结果表明,酸清洗效果较好,可使膜通量恢复达87%左右。     

絮凝形态学研究及进展

从水体中原始颗粒、絮凝剂和絮体 3个方面综述了絮凝形态学的研究进展 ,尤其是分形理论在絮凝理论与工程中的应用。絮体是具有自相似或自仿射和标度不变的分形结构 ,其分形维数是描述絮凝过程的重要因素。絮体分形结构导致了絮体碰撞的作用半径、有效密度等变化 ,从而对颗粒物分离过程有重要的影响。