机械膜组件的制备与其在废水处理中的应用 80页

山东大学硕士学文论文3．2单级机械膜组件的阻留性能研究⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．283．2．1对高悬浮物废水的处理效果⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯283．2．2对低悬浮物废水的处理效果⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯313．3多级机械膜组件的阻留性能研究⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．343．3．1对高悬浮物废水的处理效果⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯343．3．2对低悬浮物废水的处理效果⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯363．4膜清洗⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．393．5小结⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．39第4章混凝．机械膜阻留复合作用研究⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．414．1实验材料与方法⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．414．1．1实验材料⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯414．1．2实验方法⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯414．2混凝沉淀实验⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯414．2．1高悬浮物废水⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯414．2．2低悬浮物废水⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯444．3混凝．机械膜阻留工艺研究⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯474．3．1分体式混凝．机械膜阻留⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．474．3．2一体式混凝．机械膜阻留⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．494．4小结⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯。52第5章磁化．混凝．机械膜阻留复合作用研究⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．535．1实验装置、材料与方法⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．535．1．1实验装置⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯535．1．2实验材料与方法⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．535．2磁化．机械膜阻留作用研究⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯535．2．1废水的直接磁化作用⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯545．2．2磁化．机械膜阻留对污染物的去除效果⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．545．2．3磁化对机械膜通量的影响⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯555．3磁化．混凝．机械膜阻留作用研究⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．565．3．1磁化．混凝实验⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．565．3．2磁化．混凝．机械膜阻留对污染物的去除效果⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯56n山东大学硕士学文论文5．3．3磁化．混凝对机械膜通量的影响⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．575．4小结⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯59第6章磁化混凝机械膜反应器在工业废水处理中的应用⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯606．1金沂蒙集团废水排放情况⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．606．2金沂蒙集团厌氧处理工艺⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．606．3磁化混凝机械膜反应器对于厌氧出水的作用效果⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．616．3．1磁化条件的确定⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯616．3．2混凝条件的确定⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯616．3．3磁化混凝机械膜反应器的作用效果⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯626．4／J、结⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．64第7章结论与展望⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯657．1结论⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．657．2展望⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯66参考文献⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．68致谢⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．72攻读硕士学位期间发表的学术论文目录⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．73n山东大学硕士学文论文ChineseAbs仃aceCONTENTSABSTRACT⋯⋯⋯⋯·SymbolAccountChapter1Literaturereview⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯·V⋯··11．1Backgroundoftheresearch⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯”11．2Researchstatusamddevelopmenttrendofmembranetechnology‘⋯················21．2．1Overviewofmembraneseparationtechnology⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯21．2．2Applicationofmembranetechnologyinwastewatertreatment⋯⋯⋯⋯⋯·’51．2．3Developmentoverviewofmembranecombinedprocess⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯51．3ResearchprocessofmechanicalmembraneinChinaandabroad····················91．4Significanceandcontentoftheresearch⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯‘10Chapter2Applicationandperformancetestofmechanicalmembraneandmodule·2．1Selectionofmembranematerialsandpreparationmethodofmechanicalmembrane⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯·132．1．1Supportingbody⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯132．1．2Separationlayer⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯·142．1．3Preparationmethod⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯·。142．1．4Experimentationdesign⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯·152．2Performancetestofmechanicalmembrane⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯162．2．1Methodsoftestingperformanceofmechanicalmembrane⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯162．2．2Performancetestofmechanicalmembrane⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯·182．3Preparationofmulti-stagemembranemodule⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯··242．4Briefsummary⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．25Chapter3Detentionperformanceforpollutantsofmechanicalmembranemodule⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯273．1Experimentalapparatus，materialsandmethods⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯·273．1．1Experimentalapparatus⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯·273．1．2Experimentalmaterials⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．283．I．3Experimentalmethods⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯283．2Detentionperformanceofsinglestagemechanicalmembranemodule。··········28n山东大学硕士学文论丈3．2．1Treatmenteffectforhighsuspendedsolidswastewater⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯283．2．2TreatmenteffectforlOWsuspendedsolidswastewater⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯·3l3．3Detentionperformanceofmulti—stagemechanicalmembranemodule⋯⋯⋯⋯343．3．1Treatmenteffectforhi曲suspendedsolidswastewater⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯343．3．2TreatmenteffectforlOWsuspendedsolidswastewater⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯·363．4Membranecleaning⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯393．5Briefsummary⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．39Chapter4Combinedeffectofcoagulationanddetentionbymechanicalmembrane⋯⋯⋯⋯⋯⋯··4．1Experimentalmaterialsandmethods⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯。414．1．1Experimentalmaterials⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯·_414．1．2Experimentalmethods⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯414．2Coagulationsedimentationexperiments⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯·。414．2．1Highsuspendedsolidswastewater⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯41墨．14．2．2Lowsuspendedsolidswastewater⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯444．3Coagulationanddetentionbymechanicalmembranetechnology。⋯·⋯·⋯⋯·⋯474．3．1Splitcoagulationanddetentionbymechanicalmembranetechnology⋯474．3．2Submergedcoagulationanddetentionbymechanicalmembranetechnology⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯494．4Briefsummary⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．52．Chapter5Combinedeffectofmagnetization，coagulationanddetentionbymechanicalmembrane⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯·⋯··⋯·⋯⋯⋯··535．1Experimentalapparatus，materialsandmethods⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯·535．1．1Experimentalapparatus⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯’535．1．2Experimentalmaterialsandmethods⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯··535．2Magnetizationanddetentionbymechanicalmembranetechnology’⋯··⋯⋯·⋯535．2．1Effectofmagnetization⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯·545．2．2Removaleffectforpollutantsofmagnetizationanddetentionbymechanicalmembranetechnology⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯··545．2．3Effectofmagnetizationforfluxofmechanicalmembrane⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯·555．3Effectofmagnetization，coagulationanddetentionbymechanicalmembrane565．3．1Magnetizationandcoagulationexperiments⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．565．3．2Removaleffectforpollutantsofmagnetization,coagulationanddetentionbymechanicalmembranetechnology⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯··56Vn5．3．3EffectofmagnetizationandcoagulationforfluxofmechanicalmeIllbrane⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯575．4Briefsummary⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯一59Chapter6Applicationofmagnetizationcoagulationmechanicalmembranereactorinindustrialwastewatertreatment⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯606．1WastewateremissionsofJinyimengGroup⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯606．2AnaerobictreatmentprocessofJinyimengGroup⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯·‘606．3Effectofmagnetizationcoagulationmechanicalmembranereactorfortheeffluentofanaerobicprocess⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯·6l6．3．1Conditionsofmagnetization⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯”616．3．2Conditionsofcoagulation⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯616．3．3Effectofmagnetizationcoagulationmechanicalmembranereactor⋯⋯·626．4Briefsummary⋯⋯⋯·⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯‘64Chapter7Conclusionandprospect⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯‘657．1Conclusion⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯·‘657．2Prospect⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯·66References⋯·⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯··⋯⋯⋯⋯··68Acknowledgement⋯·⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯72Purlcation⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯73n山东大学硕士学位论文中文摘要近年来，我国水资源短缺和水污染情况不断加剧，水环境面临巨大挑战，尤其是污水排放标准的日益严格，对水中污染物的去除提出了更高的要求。有研究发现，水中悬浮物能干扰COD的测定，并能引起水质测定仪器的失准。而且悬浮物的去除能带走一部分有机物，在水处理领域有重要意义。膜分离技术被称为“21世纪的水处理技术"，是去除水中污染物的重要技术，然而目前膜分离技术的发展受到膜产品的价格、制膜工艺的复杂性、膜污染、膜分离性能等多个因素的制约，因此，开发成本低廉、制作工艺简单、分离性能良好的膜材料成为当今的热点。本文在系统查阅和全面综述膜技术的发展状况、膜组合工艺及在水处理领域的应用情况等内容的基础上，总结分析了国内外现有的膜制各技术和分离技术，并针对其不足开展了如下研究：(1)针对膜产品价格高、制膜工艺复杂、易污染、难清洗等问题，采用’细丝缠绕法制备了一种新型机械膜，机械膜的平均孔径、孔隙率、渗透通量、膜厚度受膜材料、线径、输入线径、转速、绕制层数等因素的影响。各因素对机械膜性能的影响程度各不相同，其中绕制层数的影响最大。选用各因素的最优水平制得了层数分别为1，2，3的三种机械膜，并将其按细丝间隙从大到小组装在一起，制成多级膜组件，实现对液相中大颗粒到小颗粒的分级阻留。(2)研究了单级和多级膜组件的直接阻留性能，结果发现多级机械膜组件的阻留性能优于单级机械膜组件，且多级机械膜组件清洗周期长于单级机械膜组件。机械膜直接阻留对颗粒物有很好的去除作用，但对有机物去除作用不明显。反冲清洗对于机械膜的通量恢复有良好的清洗效果，各级机械膜组件的通量恢复率均可达到95％以上。(3)针对机械膜直接阻留对有机物去除率低的问题，研究建立了混凝．机械膜阻留和磁化一混凝．机械膜阻留复合技术。混凝预处理对于提高有机物的去除率效果明显，同时能明显延长机械膜的清洗周期；磁化技术有利于提高废水的混凝效果，磁化后混凝实验中浊度、SS和COD的去除率均有不同程度的提n山东大学硕士学位论文高，5500Gs的强磁场作用效果更为明显；磁化混凝能减缓机械膜的污染速度，清洗周期明显延长。(4)开展了磁化混凝机械膜反应器在工业水处理中的应用研究。将反应器用于处理山东金沂蒙集团的可调式厌氧系统出水，磁化条件为5500Gs，混凝条件为700medLPAC+5mg／LAPAM。反应器运行效果稳定，经过三级阻留，出水中SS未检出，COD降到300mg／L以下，满足国家污水综合排放标准二级标准。关键词：机械膜组件；悬浮物；水处理；混凝；磁化IInofpollutantsinwater．StudiesfoundthatSuspendedSubstanceCaninterferethedeterminationCOD，andcarlmakethewaterqualitymonitoringequipmentsinaccurate．Besidesthat，theremovalSScantakeawaypartorganicmatter,whichhavegreatsignificanceinwatertreatmentarea．Membraneseparationtechnologyiscalled“21centurywatertreatmenttechnology'’，anditisanimportanttechnologytoremovewaterpollutants．However,recentdevelopmentMembranetechnologyisrestrictedbymanyfactorssuchasthepricesmenbraneproducts，thecomplexitymembranetechnology,membranepollutionandmembraneseparationperformance．So，itisbecomingahopsptnowadaystodevelopnewmembraneswhichhavelowcost，simplefabricationprocessandgoodseparationperformance．Basedonsystemlyconsultingandfullyreviewingthedevelopmentstatusmembranetechnology,membranecombinedprocessandapplicationinwastewatertreatment，membranepreparationtechnologiesandseparationtechnologiesinChinaandabroadweresummarizedandanalyzedinthispaper,andresearcheswerecarriedoutasfollowsaccordingtodefect．(1)Aimingathi曲pricemembraneproducts，complexpreparationtechnologies，easilypolluting，hardcleaning，ere，anewtypemechanicalmembraneweredevelopedbyfilamentwindingmethod．Parametersmechanicalmembranesuchasaverageporesize，porosity,fluxandfilmthicknesswereinfluencedbyfactorssuchasmaterials，diameter,inputdiameter,rotationspeedandwindinglayer．Thefactorsinfluencedmechanicalmembrane’Sperformancedifferently,andwindinglayerhadthegreatestimpact．Threekindsmechanicalmembraneswiththewindinglayer1,2and3werepreparedchoosingthebestlevelallfactors，andassembledthemaccordinggapfilamentsfrombigtosmalltoIIInafterthreestagedetention,SSwasnodetectedandCODWasbellowed300mg／Lintheeffluent，whichreachedtothesecondgradeofNationalIntegratedWastewaterDischargeStandard．Keywords：mechanicalmembranemodule，suspendedsubstance，watertreatment，coagulation，magnetization．1VnVnn山东大学硕士学位论文第1章文献综述1．1论文选题背景我国是一个水资源短缺、水污染严重的国家。1997年，根据联合国可持续发展委员会等7个相关组织对全世界153个国家和地区所做的调查报告，我国年人均水资源量仅为2220m3，约为世界人均水平的四分之一，排名第121位，接近“用水紧张国家”，我国已经被联合国列为13个贫水国之一【l】。自建国以来，随着我国工业的迅速发展，工业用水量不断增长，工业用水量占全国用水量的比重也迅速提高。1949年，我国工业用水量仅为24亿m3，占全国用水量的2．3％，而到1980年，全国工业用水量达到457亿m3，占全国用水量的10．3％，到2005年，工业用水量更是达到了1285．2亿m3，占全国用水量的比例上升到35．9％。从1949年到2005年，工业用水量增加了53．6倍，占全国用水量的比例增加了13．3倍【21。2008年，我国工业用水量更是达到了1397．1亿立方米【3】，随着城市化和工业化进程的加快，我国用水量将继续大幅度增长，我国水资源供需矛盾将更加突出。在水资源短缺的同时，我国水资源的污染情况也较为严重。特别是在工业生产方面，耗水量高，重复利用率低，污染严重已成为我国工业系统水资源利用的突出问题[3-5]。2008年，全国废水排放总量571．7亿吨，其中工业废水排放量241．7亿吨，占废水排放总量的42．3％；废水中化学需氧量排放量1320．7万吨，其中工业废水中化学需氧量排放量457．6万吨，占化学需氧量排放总量的34．6％t61。发酵、钢铁、造纸、发电、炼油等多个行业的废水产生量远远不及国际先进水平，如木薯酒精发酵行业，我国先进水平的废水产生量为35m3／kl酒精，而国际先进水平仅为25m3／kl酒精【71。另外，我国水资源浪费情况也很严重。我国工业生产多个行业的耗水量和工业用水重复利用率均落后于国际先进水平。仍以木薯酒精发酵行业为例，我国先进水平的新鲜水耗为90t／t酒精，而国际先进水平仅为35t／t酒精【71。目前我国城市工业用水重复利用率已超过了80％，但仍远远低于国际先进水平的90％以上。水资源的污染和浪费进一步加剧了工业生产和水资源紧缺之间的矛盾。我国水处理技术相对来说总体比较落后，传统的水处理方法按照作用原理的不同可以分为物理、化学、物化、生物四大类【8】。但是，随着工业的迅猛发展和经济社会对环n山东大学硕士学位论文境质量要求的日益提高，传统处理技术的局限和不足之处日益突显。诸如加氯消毒、药剂软化、离子交换除盐等水处理的方法，都不同程度的存在消耗资源、牺牲环境、顾此失彼等弊端【91。为了适应经济发展和科技进步的大环境，水处理技术发展的方向应该是：有利于节能降耗、有利于提高水质、有利于减少污染、有利于简化操作。水处理技术和装备如何适应经济高速发展的形势、如何适应污染水源的处理、如何在处理过程中减少对环境的污染是在新形势下繁重而紧迫的任务，只有加快我国水处理技术进步和装备更新的步伐，才能摆脱当前的被动局面。在水处理领域，有研究发现，悬浮物容易引起COD的监测误差。齐文启在其主编的《环境监测实用技术》一书中指出，COD测定误差的主要来源是水样中Ss的影响，当悬浮物含量是900mg／L以上时，上清液COD值只占含悬浮物水样的35％，当悬浮物含量在68～182mg／L时，占60％一80％t10】。可见，悬浮物SS对COD影响很大，且悬浮物的去除也能带走相当一部分COD，有利于COD浓度的降低。周文敏⋯】研究了悬浮物对主要水污染物COD总量减排监测的影响，认为SS对COD测量结果的误差范围多为+10--d：30，且SS对COD在线自动监测仪稳定性影响很大，沾污、堵塞所致的停机事故发生频率很高。可见，水中悬浮物的去除不仅有利于COD的降低，而且有利于水质测定仪器的稳定运行，因此，研究占地更小、能耗更低、操作更简便的悬浮物去除装置有重要意义。1．2膜技术的研究现状和发展趋势膜技术被称为“2l世纪的水处理技术”，在水处理中正得到日益广泛的应用，被公认为是20世纪到21世纪中期最有发展前景的技术之一。作为一种新型的分离技术，膜分离技术既能对废水进行有效的净化，又能回收一些有用物质。同时具有节能、无相变、设备简单、操作方便等特点，因此在废水处理中得到了广泛的应用并显示了广阔的发展前景。目前已经成熟和不断研发出来的微滤(MF)、超滤(UF)、纳滤(NF)、反渗透(RO)、电渗析、膜蒸馏等已不断应用于工业废水处理和循环回用、污水资源化以及海水脱盐和净化等方面【12-151。1．2．1膜分离技术概述膜和膜技术的发现早在1748年，AbbeNollet发现水可以自发地透过猪膀胱渗透现象，揭示了膜分离的现象。但是直N-十世纪，对膜技术的深入研究才开始蓬勃发展起2n山东大学硕士学位论文来。上个世纪五十年代，合成膜技术出现长足的发展，各种合成膜纷纷出现，合成膜的研究、微孔过程等分离技术开始进入工业应用。1968年美国学者Smith等人首次用超滤膜过滤活性污泥，由此开始了超滤膜生物反应器在污水处理中的研究【161。1980年以来，微滤膜和超滤膜得到了迅猛的发展，而后膜分离技术作为一种高效分离技术逐步在在食品工业、生物化工、化学工业、能源工程、环境工程、电子技术等领域获得了越来越广泛的应用。膜按其材料可以分为两大类，天然膜和合成膜。合成膜又又可分为两大类，有机膜和无机膜。有机膜主要包括天然改性材料和高分子复合材料，其优点是具有良好的成膜性能，易于酯化、醚化、接枝、共混、共聚、交联等，可通过各种改性手段调节膜材料中各种亲疏水官能团的比例，目前最常用的材料是醋酸纤维(CA)、聚砜(PS)、聚偏氟乙烯(PVDF)、聚乙烯醇(PVA)、聚丙烯晴(Ⅳ闲)、聚酰胺(PA)等。无机膜主要有金属、陶瓷、玻璃和沸石等材料，目前应用最广的是新型陶瓷膜【17-191，新近开始研究的还有金属膜、机械膜等。无机膜由于具有优良的热稳定性、机械稳定性、化学稳定性等优点，可以满足高温和高酸碱性等条件比较苛刻的条件，近年来得到迅速发展及应用【201。除此之外，膜的分类方式还有很多种。按膜的结构分类，可以分为多孔膜、非多孔膜和液膜；按膜孔径大小分类，可以分为微孔膜、超滤膜、纳滤膜和反渗透膜；按膜的作用机理分类，可以分为吸附性膜、选择渗透膜、扩散性膜、非选择性膜和离子交换膜；按膜组件形式分类，可以分为平板式膜、管式膜、螺旋卷式膜、毛细管式膜和中空纤维式膜掣161。近年来，广大科学工作者付出不懈努力，在膜科学技术领域取得了一系列进展，尤其在合成膜及改性方面，取得了巨大成果。目前国内外制膜的主要方法包括固态粒子烧结法、相分离沥滤法、化学镀膜法、沉积法、溶胶一凝胶法、热分解法等。李惠玲等12l】以磺化聚醚砜(SPES)为支撑底膜，2．羟丙基三甲基氯化铵壳聚糖(HACC)水溶液为表面活性层的铸膜液，采用涂敷法制备了HACC／SPES复合纳滤膜。考察了HACC浓度、浸涂时间、干燥温度和时间对膜性能的影响，优化了制膜条件。在优化条件下，复合膜的纯水通量为2518L／(m2·h)，膜对PEGl000的截留率为90％，对盐的截留率低至百分之十以下，该膜可望应用于盐与有机物的分离。张浩勤‘冽等以壳聚糖(CS)和均苯三甲酰氯(TMC)为反应单体，通过界面聚合反应在聚砜(PSF)／聚醚砜(PES)共混超滤膜上形成复合层制备纳滤膜。SEM扫描结果3n山东大学硕士学位论文表明，该界面聚合反应可以在基膜的表面形成致密选择层，该膜对PEG2000的截留率可达到92％，对NaCl、MgCl2、MgS04和Na2S04的截留率分别为7．8％、19．4％、23％和32．8％，该膜对于低分子量有机物与电解质的分离可能会有较好的结果。周建儿等【23】采用天然矿物莫来石和高岭土为主要原料制备莫来石基复合陶瓷微滤膜，结果表明，采用莫来石微粉(d50=9．850m)为主要原料，并加入10％高岭土，可通过干压成型制备多孔莫来石陶瓷膜支撑体。通过浸渍涂覆法和固态粒子烧结法在莫来石支撑体上制备了莫来石微滤膜层，制备的莫来石微滤膜层经1200℃保温2h烧成后，平均孔径和厚度分别为0．24¨m和18“rn，复合微滤膜稳定水通量可达0．83m3·n1-2·h-1．bar"1，表现出好的渗透性能，可应用于微滤分离过程。杨桂忠等【24】以降低陶瓷膜制备成本为出发点，采用在支撑体生坯上浸涂勃姆石溶胶，经干燥快速烧结后制备了具有不对称结构的无机陶瓷超滤膜。溶胶中添加PVA可以有效降低溶胶涂层缺陷。在支撑体生坯上浸涂勃姆石溶胶，支撵体与涂层一次烧结制备的不对称结构的陶瓷膜孔隙率与未涂膜支撑体相同，对PVAl750的截留率为90．7％。相对于传统烧成支撑体涂膜的多次烧结工艺，烧结成本下降75％，表现出了更低成本优势。王俊等【25】采用无电镀技术在多孔TiAl金属间化合物支撑体上制备了Pd膜，用SEM测定Pd膜的表面和断面形貌，EDS测定从膜层到支撑层元素的组成。结果表明，支撑体表面形成了均匀致密的Pd膜，膜层的主要成分是单质Pd，所制钯膜的厚度为2-31ma。在500"C、0．1MPa时考察Pd膜的透氢性能，H2的渗透系数为4．0x10击mol·m'2．s-1．Pa"1，H2／N2的分离系数为30，所制得的Pd膜的活化能为10．8KJ／mol。高麟等【26】采用Ti、砧元素粉末为原料，通过复合成形和反应合成工艺，制备了TiAl金属间化合物微滤膜。检测表明该微滤膜的孔隙分布均匀，孔径细小，最大孔径3．29in，平均孔径为1．21am。650"C下的氧化速率常数k=0．0059·m-2．h。1，仅为不锈钢多孔材料的3．42％，经过13．5hxl0次的循环氧化后，单位面积的质量增值仅为不锈钢多孔材料的3．2％。膜分离技术作为一种新型的水处理方法，在技术进步、产品结构调整、节省能源及污染防治方面日益显示出其强大的生命力和竞争能力。但目前膜分离技术的发展受到了几个方面的制约，主要包括膜产品的价格、制膜工艺的复杂性、膜污染、膜分离性能的提高等。因此，今后的研究重点应集中在开发、制造低成本、高强度、长寿命、抗污染、高通量的膜材料，对于不同的污染源采用不同的膜技术及相应的复合配套工艺研究等方面，在膜的使用中着重解决膜污染、浓差极化及清洗等关键问题。4n山东大学硕士学位论文1．2．2膜技术在废水处理中的应用20世纪六十年代以来，随着膜技术的迅速崛起，其在工业中的应用也越来越广泛。其中一个重要的方面就是应用在工业废水的处理。利用膜技术处理废水，既能得到可达标的水源，又能有效地利用废水中的有用成分。蒋绍阶等【27】用两种不同数量级孔径的微滤膜处理长江上游重庆段原水，发现4～101an孔径聚乙烯微滤管浊度去除率低，出水浊度高；0．2"-'0．9tma孔径超高分子量聚乙烯微滤管浊度去除率高，出水浊度小于3NTU。采用2m高位水箱进水方式，大流量有压空气反吹辅以原水排污的在线物理清洗能使0．2"---0。91xm孔径膜保持长时间稳定通量运行。谷玉洪等【28】用平均孔径O．181an的陶瓷微滤膜处理含油污水，处理后出水含油<3mg／L，悬浮物含量反洗频率>反洗水量>曝气量。1．4本课题的研究意义和研究内容近年来，我国给排水系统发展迅速，城市地下水处理技术、地面水净化技术、饮用10n山东大学硕士学位论文水深度处理技术、城市污水处理技术、工业废水处理技术等都在不断完善。膜处理技术作为一种高效的水处理技术正逐步得到广泛应用。目前膜处理技术中广泛使用的膜多为微孔过滤膜，且多为有机膜，但有机膜具有易污染、强度低、不耐高温、使用寿命短等缺点；无机膜在有机废水处理中也逐步得到应用，但大部分无机膜易腐蚀、不耐酸碱，而且制备工艺较为复杂。另外，现有膜组件多为简单的平板式、管式等，对于复杂污水有一定的限制性。因此，研制开发新型高效的膜组件成为亟待解决的重要课题，具有重大的社会和环境意义。论文旨在研究和制造一种适用于废水处理、耐腐蚀、耐酸碱、出水水质稳定、制造工艺简单的微缝过滤膜，同时研制机械膜组件的集成和复合运行方式，并致力于机械膜反应器的调控和运行，以及机械膜的中试和产业化应用。微缝过滤在膜处理技术中尚未见报道，这对于膜技术领域是一个新的突破；新型机械膜组件在传统膜组件的基础上大大提高了废水处理的领域和效果；与目前占统治地位的有机膜反应器相比，机械膜反应器不仅有与之相同的优点，而且以耐高温、耐腐蚀、易清洗有着更好的应用前景。毒论文重点研究适用于水处理工程的机械膜及膜组件的关键技术，重点尝试机械膜处理技术在高悬浮物废水及工业废水中的应用。主要涵盖了污水深度处理、资源综合利用等多个方面，其核心技术主要为机械膜的制备工艺、膜组件的集成和复合方式、机械膜反应器的调控等。主要研究内容包括：(1)机械膜的制作技术研究和制膜材料的选择’。≮论文重点研究机械膜的制备技术，采用将光滑、高强度、耐高温、耐腐蚀的细丝(如铜丝、不锈钢丝、尼龙丝等)顺次、紧密缠绕并固定在不同类型的支撑体上制备机械膜，利用细丝间的微小丝间距实现对污水中有机物的截留。支撑体为多孑LM,J性材料，如多孔不锈钢板、多孔不锈钢圆筒等。重点研究各种细丝的特性、支撑体的材料和结构、绕制膜具的机械特征，并解决制膜工艺的技术要点。(2)多级机械膜组件的集成及运行方式研究本研究将多层不同缝间距的机械膜按缝间距从大到小以不同的形式组合在一起，从而研制出多级机械膜组件，实现污水的多级过滤。重点研究膜组件中机械膜的集成组合方式、膜组件中污水的流动方式、膜组件的清洗周期、清洗方式等技术问题，并研究其最佳运行方式和运行参数。n山东大学硕士学位论文(3)机械膜组件与其它污水处理技术的复合工艺研究本论文将同时研究多级机械膜组件与其它污水处理技术的复合工艺，以实现废水的深度处理。研究机械膜组件与混凝技术、磁化技术等各类技术的复合工艺及其处理效果，重点研究复合方法和运行方式。(4)机械膜及膜组件的工业应用及示范价值论文将机械膜及膜组件应用于工业废水的处理，以山东金沂蒙集团的高浓度综合化工废水为研究对象，研究机械膜阻留技术与厌氧工艺结合的废水处理工艺，具有重要的示范价值。12n山东大学硕士学位论文第2章机械膜及膜组件的制备及其性能测试如前所述，具有良好耐热、耐腐蚀和良好强度的无机膜引起了越来越多的关注，但是大部分膜材料制造工艺较为复杂，而且极易堵塞污染，难清洗再生。本章主要研究采用细丝绕制法制备一种新型机械膜并对其性能进行了测试，针对机械膜的平均孔径、孔隙率、渗透通量、膜厚度等指标，详细讨论了膜材料、线径、绕制层数等多个因素对机械膜性能的影响，为机械膜的工业生产提供技术支持。2．1膜材料的选择及机械膜制备方法机械膜由支撑体和分离层两部分构成。2．1．1支撑体支撑体为多孔或多槽的刚性材料，机械强度高、质地坚固、耐腐蚀、耐高温，主要为平板式或管式结构。从广义上讲，凡是符合上述要求的材料都可以作为支撑体，常见的材料包括不锈钢、有机玻璃等。支撑体上孔径或槽宽为O．01--一5mm，分布密度为lxl04～1×1010个／In2。由于支撑体主要起支撑分离层的作用，不起过滤作用，故对膜过滤性能影响不大，除机械强度外对其要求不高。为方便讨论，在实际实验中，统一选用有机玻璃材质作为支撑体。在本研究中，所采用的有机玻璃支撑体的主要参数为：圆筒形，直径50mm，高70mm，厚度lmm，采用机械方法在其表面均匀打孔，孔径0．3ram，孔间距0．6ram。支撑体的照片见图2．1。图2-1支撑体的照片n山东大学硕士学位论文2．1．2分离层分离层采用细丝作为原料制成，细丝是表面光滑、坚固、韧性好、耐腐蚀金属丝或纤维。从广义上讲，凡是符合上述要求的材料都可以作为分离层原料，常见材料包括铜丝、不锈钢丝、尼龙丝等。细丝线径在0．05"--"1mm之间。各类材料的优缺点如表2-1所示。表2．1制备机械膜的各类材料的优缺点比较细丝的材料和线径是影响制膜效果的主要因素，因此在本研究中，选择三种材质的线材作为研究目标，包括：铜丝：直径分别0．2mm，0．3mm，0．5mm(河北霸州果园线材厂)；不锈钢丝：直径分别0．2mm，0．3turn，O．5mm(安平县奥润丝网制品有限公司)；尼龙丝：直径分别0．2mm，0．3mm，0．5mm(深圳市顺隆线业有限公司)；2．1．3制备方法使用电脑自动绕线机(5A．1型，淄博凯华电器厂出品)，将细丝依次紧密缠绕并固定在有多孔或槽的支撑体上，形成过滤机械膜。电脑绕线机的设计因素包括：幅宽，输入线径，转速，层数。其中，幅宽是指支撑体的宽度，不影响制膜效果，因此，影响制膜效果的因素为输入线径、转速、层数三个主要因素。所制得的机械膜的剖面图如图2·2和2．3所示。】14图2．2单层机械膜的剖面图n图2-3多层机械膜的剖面图图中：1细丝，2刚性支撑体，3支撑体上的小孔由于采用细丝间隙过滤方式，细丝之间形成类三角型间隙，因而机械膜渗透量好，过滤精度高；细丝表面光滑，对液体中的粒子具有不粘性，因而机械膜不易堵塞，使用周期长；细丝边缘非常圆润，清洗时被缝隙截留的颗粒物受到极小的作用力即可脱除，因而机械膜极易清洗，清洗后恢复性能很好。2．1．4实验方案设计由前可知，影响机械膜制备及分离的因素主要包括膜材料、线径、输入线径、转速、绕制层数五个因素。由于因素较多，每个因素设计三个水平，故设计正交实验制备机械膜。正交实验的因素与水平见表2．2。设计L18(37)正交表，正交实验设计方案如表2．3所示。表2-2正交实验因素与水平注：输入线径中+、-指输入线径比实际线径大、小。n山东大学硕士学位论文2．2机械膜的性能测试2．2．1机械膜的性能测试方法为了更好的了解机械膜的性能，需要对机械膜的性能指标进行表征。表征机械膜的主要指标包括膜孔径、孔隙率、渗透通量、膜厚度等。(1)膜孔径实验采用泡压法对机械膜的孔径进行测定。泡压法的主要原理是通过测定气体通过充满液体(如水)的膜所需要的压力来测定最大孔径和平均孔径。由毛细管作用原理可知，当半径为r的毛细管被表面张力为。的液体润湿达到静力学平衡时，液相压力p2与气相压力p1之间的压力差△p与孑L径r之间的关系，可由Laplace方程计算：Ap--p2-pl=2acos0／r(2-1)其中0为接触角。当膜完全润湿时，0为0，则可以推出：r=2a／△p(2-2)实验测定时，用已知表面张力的液体(水)将膜充分润湿，固定膜一侧的压力，另一侧用氮气产生压差。当膜面出现第一个气泡时所对应的压力，就是膜最大孔径的压力，16●23456789mn伦bM：2插"悸n到平均孔径。(2)孔隙率采用干湿膜质量差法计算。分别称量干膜和湿膜的质量，按下式计算：￡=(ml-m2)／(pmoV)x100％(2—3)￡——机械膜的孔隙率ml——媪膜质量，gm2——干膜质量，gpH2旷水的密度，∥cin3V．一膜的表观体积，c1113(3)渗透性能机械膜的渗透性能采用纯水通量表示。纯水通量是指在一定温度、一定压力下，单位时间内通过单位膜面积的纯水流量。本实验测定温度为25"(2，测定压力为o．1Mpa。根据下式计算通量：J=3600V／(St)2-4J一通量，ml／cm2．hV_一一定时间内通过膜的液体流量，mLS——膜面积，cnl2卜时间，s(4)膜厚度采用重量法测定膜厚度。在已知膜材料密度P的情况下用下式计算膜厚度L：L--m2／Sp(1吨)2．5n1415161731．113．411．29541．019．218．510723．722．523．825．570382．678．53177O．581．370．560．301811：!!!：!丝：!竺!!：!!．一由表2-4可以发现，所制得的机械膜平均孔径从11．2到110p．m不等，其中平均孔径最小的是16号实验，为11．21am；平均孔径最大的是12号实验，为llOI_tm。18n不。表2．5对平均孔径的实验结果分析由表2．5可以发现，对机械膜平均孔径影响最大的因素是E绕制层数，各个因素的影响程度大小为E绕制层数>B线径>D转速>A膜材料>C输入线径，其中绕制层数的影响程度远远大于其他因素。为了制得平均孔径更小的机械膜，根据表2．5分析得出最佳条件为：膜材料选用水平3(尼龙丝)，线径选用水平1(O．21xm)，输入线径选用水平1(+O．05)，转速选用水平3(1800rpm)，绕制层数选用水平3(3)。由表2-6可以发现，对机械膜最大孔径影响最大的因素是E绕制层数，各个因素的影响程度大小为E绕制层数>A膜材料>C输入线径>D转速>B线径，其中绕制层数的影响程度远远大于其他因素。由于大孔径是越小越好，根据表2-6分析得出最佳条件为：膜材料选用水平3(尼龙丝)，线径选用水平1(O．2岬)，输入线径选用水平l(+O．05)，转速选用水平3(1800rpm)，绕制层数选用水平3(3)。可见，虽然各因素对机械膜平均孔径和最大孔径的影响程度顺序不尽相同，但是分析得出的最佳条件是相同的。更由表2．5可以看出，绕制层数为1的机械膜的平均孔径在1011．tm附近，绕制层数为2的机械膜的平均孔径在30．61．tm附近，绕制层数为3的机械膜的平均孔径在13．39m附近。由此可以认为，当绕制层数不大于3时，所制得的机械膜的平均孔径是随着绕制层数的增加而减少的。19n山东大学硕士学位论文(2)对孔隙率的影响根据表2．2、2．3和2．4，对孔隙率的实验结果分析如表2．7所示。表2．7对孔隙率的实验结果分析由表2．7可以发现，对机械膜孔隙率影响最大的因素是E绕制层数，各个因素的影响程度大小为E绕制层数>B线径>C输入线径>D转速>A膜材料，其中绕制层数和线径的影响程度远大于其它因素。由于孔隙率是越大越好，根据表2．7分析得出最佳条件为：膜材料选用水平1(铜丝)，线径选用水平1(O．21上m)，输入线径选用水平1(+O．05)，转速选用水平3(1800rpm)，绕制层数选用水平1(1)。由于机械膜的结构比较独特，我们也可以从理论上来计算机械膜的孔隙率。根据图2．2和2．3，机械膜的结构高度规则，截取单层机械膜其中一个单元如图2-6所示。}r／i、。辽[⋯王一]图2-6单层机械膜的单兀结构注：r--线的半径：b——支撑体的高度由图2-6可以看出，截取虚线范围内的单元，单层机械膜的孔隙率￡从理论上可由下式计算：e=l一(盯2+d1)／2r(2r+h)=[(4-7c)r+h】／(4r+2h)(2·6)实验中的r为0．2ram、0．3ram和0．5mm三种，h为支撑体的厚度0．1mm，故可计算出对应的单层机械膜的孔隙率为27．2％、24．1％和25．6％。这也与实验结果相吻合。若支撑体的厚度与线径相比很小，即h可以忽略。故式2-6可以简化为：￡=(4-n)r／4r=(4-n)／4=0．215(2．7)可见，单层机械膜的孔隙率应在21．5％左右，与机械膜的材质和线径无关。若考虑n山东大学硕士学位论文到支撑体的影响，则单层机械膜的孔隙率应大于21．5％。同理，截取多层机械膜(n层)的一个单元如图2-7所示。嘎[．．．．．L．．．．．．．．LIlI1．．．．．．．J1．一一一．．．．．．．．．．J【．．o，卜一]图2·7多层机械膜的单元结构由图2．7可以看出，截取虚线范围内的单元，多层机械膜的孔隙率￡从理论上可由下式计算：￡=1．(n一+r11)／2r(2nr+h)=In(4-n)r+h】／(4nr+2h)(2-8)实验中的r为0．2ram、0．3ram和0．5ram三种，h为支撑体的厚度0．1mm，n为1，2，3三种，故可计算出对应的多层机械膜的孔隙率。经计算也与实验结果相吻合。若支撑体的厚度与线径相比很小，即h可以忽略。故式2-6可以简化为：￡=n(4．兀)r／4nr=(4-n)／4=0．215(2．9)可见，多层机械膜的孔隙率也应在21．5％左右，与机械膜的材质和线径无关。若考虑到支撑体的影响，则多层机械膜的孔隙率应大于21．5％。应当注意的是，上述结论是在假设支撑体的厚度与线径相比很小的情况下得出的，如果支撑体的厚度与线径相比无法忽略，则需另加计算。由式2-6和2．8可以看出，支撑体的厚度h越大，线径r越小，层数n越少，则机械膜的孔隙率越大。在本实验的条件下，支撑体的厚度与线径相比不能忽略，实验中所制得的单层机械膜孔隙率在24％．28％，多层机械膜孔隙率在22％．25％。(3)对渗透通量的影响根据表2—2、2．3和2．4，对机械膜渗透通量的实验结果分析如表2．8所示。211●●，●●●●●，0●一，一／～少一P{i{●●n山东大学硕士学位论文由表2．8可以发现，对机械膜渗透通量影响最大的因素是E绕制层数，各个因素的影响程度大小为E绕制层数>A膜材料>B线径>D转速>C输入线径，但各因素对渗透通量的影响程度很大，影响程度最大的绕制层数的极差高达3102．89，除了绕制层数外，其它因素的极差也较大，均在8．23之间。由于渗透通量是越大越好，根据表2-8分析得出最佳条件为：膜材料选用水平2(不锈钢丝)，线径选用水平1(0．29m)，输入线径选用水平3(-0．05)，转速选用水平2(900rpm)，绕制层数选用水平1(1)。但是，一般来说，渗透通量越大对污染物的截留效果就越差，因此渗透通量应和平均孔径综合考虑，不能一味追求高的渗透通量。更由表2．8可以看出，绕制层数为1的机械膜的渗透通量在3184．3ml／cm2·h附近，绕制层数为2的机械膜的渗透通量在678．3ml／cm2·h附近，绕制层数为3的机械膜的渗透通量在81．5m1／cm2·h附近。由此可以认为，当绕制层数不大于3时，所制得的机械膜的渗透通量是随着绕制层数的增加而减少的。(4)对膜厚度的影响根据表2．2、2．3和2．4，对膜厚度的实验结果分析如表2-9所示。表2-9对膜厚度的实验结果分析由表2-9可以发现，对机械膜膜厚度影响最大的因素是E绕制层数，各个因素的影响程度大小为E绕制层数>B线径>C输入线径>D转速>A膜材料。由于膜厚度是越小越好，根据表2-9分析得出最佳条件为：膜材料选用水平3(尼龙丝)，线径选用水平1(0．219n)，输入线径选用水平1(+o．05)，转速选用水平1(600rpm)，绕制层数选用水平1(1)。(5)总体分析根据2．4．2．1．2．4．2．2，可以知道各因素对机械膜不同性能指标的影响各不相同，各因n山东大学硕士学位论文素的影响大小如表2．10所示。表2．10各冈素对机械膜性能的影响程度大小一览表注：影响程度大小次序由1到5是指从大到小。从表2—10可以看出，对于机械膜所有的性能指标来说，因素E绕制层数对其的影响程度都排在第一位。可见单层机械膜和多层机械膜在性能上差别很大。各指标影响程度排在2．5位的顺序各不相同，但综合来看，A膜材料和B线径对机械膜性能的影响程度排名比较靠前。根据2．4．2．1．2．4．2．2，将机械膜各因素的最优水平列为表2．11．表2-11机械膜各因素的最优水平一览表平均孔径r均最大孔径r大孔隙率￡渗透通量J膜厚度L从表2-11可以看出，欲制得性能最好的机械膜，其因素A(膜材料)应选择水平3(尼龙丝)，因素B(线径)应选择水平1(0．2mm)，因素C(输入线径)应选择水平l(+O．05)。因素D(转速)应选择水平3(1800rpm)。由于因素E(绕制层数)对机械膜的性能影响很大，分别取绕制层数为1，2和3，其它因素采用上面分析得到的最佳水平，制得的三种机械膜，分别编号①、②和③，并对其性能进行表征。得到三种机械膜性能参数如表2一12所示，三种机械膜的照片见图2．8。表2—12三种机械膜的性能参数n制成多级膜组件。多级膜组件可以实现对液相中大颗粒到小颗粒的多级过滤，将不同粒径范围的粒子进行分级截留，从而使过滤的精度有很好的梯度效应，大大提高了膜组件的过滤效率，减轻了污染程度，延长了使用周期，降低了清洗难度。而且多级膜组件组装方式灵活，可根据不同工作条件的要求自由选择不同材质、不同规格的机械膜进行组装，膜组件易清洗，易更换，可长期连续操作，管理方便。在本研究中，设计一种带卡槽的底盘，将制得的三种机械膜(①、②和③)卡在底盘上形成多级连环套的结构，密封卡槽的接口处防止漏水，即可制成多级膜组件。通过多级连环套结构，可以将多个膜组件集成在一个膜组件的空间内，大大节省了占用空间和液体流动的动力消耗。底盘的俯视图如图2-9所示，底盘及多级膜组件的实物图如图2．10和2．1l所示。图2-9底盘的俯视图n山东大学硕士学位论文图2．10底盘的实物图图2．11多级膜组件的实物图本课题所研制的机械膜及膜组件有如下优点：(1)采用细丝缠绕方法制备机械膜，制作工艺简单，大大减少了制膜的复杂过程。(2)所用材质可选性强，而且具有成本低、强度高、耐腐蚀、对酸碱适应性强、使用寿命长等优点。(3)机械膜过滤精度高，渗透量好，清洗恢复性能好。譬(4)处理工艺简单实用，性能稳定，可对悬浮物实现多级过滤，出水水质好。(5)多级膜组件易清洗，易更换，可长期连续操作。(6)多级膜组件结构简单，占地面积小，基建费用低，管理方便。2．4小结本章以制备一种新型机械膜和膜组件为目标，采用细丝绕制法制备了一系列不同材质、不同线径、不同平均孔径的机械膜，并对制备的一系列机械膜的性能参数进行了表征，研究了膜材料、线径、输入线径、转速、绕制层数等多个因素对机械膜性能的影响。主要结论如下：(1)针对机械膜的平均孔径、孔隙率、渗透通量、膜厚度等指标，设计了五因素三水平的正交实验，制备了18种机械膜，材质包括铜丝、不锈钢丝和尼龙丝，平均孔径从11．2到110um不等。(2)通过对正交实验结果的分析可知，各因素对机械膜平均孔径和最大孔径的影响程度大小为绕制层数>线径>转速>膜材料>输入线径，其中绕制层数的影响程度远远大于其他因素。绕制层数为1的机械膜的平均孔径在lOl}tm附近，绕制层数为2的机械膜的平均孔径在30．61．tm附近，绕制层数为3的机械膜的平均孔径在13．31,tm附近。n而独特的空间结构，从理论上推算出计算其孔隙率的公式为萨【n(4-n)r+h]／(4nr+2h)。若支撑体的厚度与线径相比很小，则h可以忽略，则机械膜的孔隙率应在21．5％左右；若支撑体的厚度与线径相比无法忽略，则机械膜的孔隙率应大于21．5％，且支撑体的厚度h越大，线径r越小，层数n越少，机械膜的孔隙率越大。实验结果也与之相符。(4)各个因素对机械膜渗透通量的影响程度大小为E绕制层数>A膜材料>B线径>D转速>C输入线径。绕制层数对渗透通量影响非常大，绕制层数为1的机械膜的渗透通量在3184．3ml／crn2·h附近，绕制层数为2的机械膜的渗透通量在678．3mVcm2·h附近，绕制层数为3的机械膜的渗透通量在81．5ml／crrd·h附近。(5)各个因素对机械膜膜厚度的影响程度大小为E绕制层数>B线径>C输入线径>D转速>A膜材料。(6)对于机械膜所有的性能指标来说，绕制层数对其的影响程度都排在第一位。可见单层机械膜和多层机械膜在性能上差别很大。其它因素综合来看，膜材料和线径对机械膜性能的影响程度排名比较靠前。选用各因素的最优水平制得了层数分别为1，2，3的三种机械膜，编号I、II和IⅡ，其平均孔径分别为97rma，26．49m，9．8岬。(7)将①、②和③号机械膜按细丝间隙从大Nd,组装在一起，制成多级膜组件，从而可以实现对液相中大颗粒Nd,颗粒的多级过滤，将不同粒径范围的粒子进行分级截留，从而使过滤的精度有很好的梯度效应，提高膜组件的过滤效率。n有效膜面积24．1cm2，平均膜孔径26．41am，最大孔径30．51．tin膜组件③有效膜面积．誊11．9cm2，平均膜孔径9．89in，最大孔径13．61am。机械膜反应器采用曝气方式使混凝剂和污水充分组合，利用反应器内液面和出水口之间的高度差自流出水，根据阻留的精度不同设有I、II、III级3个出水口。机械膜的实验装置示意图见图3．1。13图3-1机械膜反应器实验装置示意图1．进水池2．进水泵3．机械膜反应器4．膜组件①5．膜组件②6．膜组件③7．液位控制器8．曝气泵9．IⅡ级出水口(反冲进水口)10．II级出水口11．1级出水口12．反冲泵13．反冲水池27n山东大学硕士学位论文3．1．2实验材料实验废水有两种，高悬浮物废水和低悬浮物废水。高悬浮物废水采用人工配水，以硅藻土、淀粉为原料按8：1的比例配制而成。水质：SS4000—5000mg／L，浊度大于1000NTU，COD400-600mg／L；低悬浮物废水取自济南圣泉集团，主要污染物为苯酚、甲醛等。水质：SS1000—1500mg／L，浊度600-750NTU，COD17000—22000rng／L。3．1．3实验方法(1)水质指标的测定COD：快速消解分光光度法(HJ厂r399．2007)SS：重量法(GBl1901．89)浊度：便携式浊度仪测定(意大利HANNAH193703．11)(2)机械膜清洗周期的确定当通量下降至不足原始通量的20％时，对机械膜进行清洗。3．2单级机械膜组件的阻留性能研究将①、②和③号机械膜组件分别单独运行，考察反应器的进出水浊度、SS、COD、通量的变化情况，及对浊度、SS、COD的去除率。3．2．1对高悬浮物废水的处理效果以人工配制的高悬浮物废水为处理对象，研究机械膜组件的作用效果。高悬浮物废水的水质见3．1．2。(1)①号机械膜组件将①号机械膜组件单独运行300h，出水浊度随时间的变化见图3．3，出水SS及SS去除率随时间的变化见图3．4，出水COD及COD去除率随时间的变化见图3．7，膜通量随时间的变化见图3．5。n山东大学硕士学位论文600500400300200lOOO0100200300400T(min)图3-3出球|；；虫嗍榭啊的变化0100200300400T(min)100％80％60％塞40％稍20％O％060120180240300360T(nlin)图3-4出水姆发塑绦率随时间的变化4000r300020001000O100200300T(h)图3-5出水&摊蚜坦糠率随时间的变化图萼考喇缦蹩韫时间的变化由图3．3和3-4可以看出，经过60min，①号机械膜组件出水水质逐渐达到了稳定，稳定后出水的浊度大约在420NTU，SS约为700mg／L，仍较高，但由于进水浊度大于1000NTU，SS高达4000—5000mg／L，经过处理SS的去除率已经达到80％以上，可见①号膜组件对大颗粒物有良好的截留作用。由图3．5可以看出，出水COD很高，COD去除率很低，约为5％，可见①号膜组件对有机物未见明显处理效果。为了确定清洗周期，将①号膜组件连续运行300h，结果通量仍保持稳定(见图3．6)，因此认为对人工配制的高悬浮物废水，①号膜组件的清洗周期大于300h。(2)②号机械膜组件将②号机械膜组件单独运行100h，出水浊度随时间的变化见图3．7，出水SS及SS去除率随时间的变化见图3．8，出水COD及COD去除率随时间的变化见图3-9，膜通量随时间的变化见图3．10。200皇150倒100爱*50田O060120180240T(min)图3．7出汞魏雕鲫黼的变化400—300＼兽200甥100O100％80％60％40％20％O％T(rain)图3-8出水龄敛毽镣率随时间的变化n山东大学硕士学位论文6005004003002001000100％80080％60060％曼·40％鬟爱40020％200O％0U5U10U150gUU020406080100120T(min)T(h)图3-9出水c8臼噬缨牌随时间的变化图3．诗勘髓缎黼间的变化由图3．7和3．8可以看出，经过30rain，②号机械膜组件出水水质逐渐达到了稳定，稳定后出水的浊度在40NTU以下，SS约为70mg／L，SS的去除率已经接近100％，可见②号膜组件对颗粒物有极好的截留作用。由图3-9可以看出，出水COD仍很高，约在500mgm，COD去除率相比①号膜组件有所提高，约为10％，但仍很低，可见②号膜组件对有机物也未见明显处理效果。为了确定清洗周期，将②号膜组件连续运行100h，结果通量逐步稳定下降(见图3．10)，到72h时通量下降至不足初始通量的20％，因此确定②号机械膜组件的清洗周期为72h。(3)③号机械膜组件将③号机械膜组件单独运行50h，结果发现出水水质清澈透明，SS未检出。出水浊度随时间的变化见图3．11，出水COD及COD去除率随时间的变化见图3．12，膜通量随时间的变化见图3．13。O30∞90120150T(1in)图3-11出榈鳓翳㈣变化O80％龉60％篮40％誉20％uo％T(min)图3．12出水础笈登除率随时间的变化O1020304050∞T(h)图3．伊膜翘蟹陛时间的变化n山东大学硕士学位论文由图3．11可以看出，经过30rain，③号机械膜组件出水水质逐渐达到了稳定，稳定后出水的浊度在10NTU以下，ss未检出，可见⑧号膜组件对颗粒物有极好的截留作用。由图3．12可以看出，出水COD相比②号膜组件有所下降，COD去除率相比②号膜组件又有所提高，接近20％，但仍不高，可见③号膜组件对有机物有一定处理效果，但也不十分明显。为了确定清洗周期，将⑨号膜组件连续运行5011，结果通量逐步稳定下降(见图3．13)，到24h时通量下降至不足初始通量的20％，因此确定③号机械膜组件的清洗周期为24h，可见③号膜组件易污染，需要经常清洗。单级机械膜组件对高悬浮物废水的处理效果表明，各级膜组件在运行60min内出水都达到了稳定。从对颗粒物的去除效果来看，①号膜组件去除率不高，②号膜组件去除率较高，③号膜组件去除率很好；从对有机物的去除效果来看，各级膜组件对COD的去除率均不高；从通量和清洗周期来看，①号膜组件通量一直无衰减，可以长时间使用，②号膜组件通量衰减较慢，清洗周期为72h，③号膜组件通量衰减很快，清洗周期为24h。3．2．2对低悬浮物废水的处理效果以取自济南圣泉集团的低悬浮物废水为处理对象，研究机械膜组件的作用效果。低悬浮物废水的水质见3．1．2。(1)①号膜组件将①号机械膜组件单独运行300h，出水浊度随时间的变化见图3．14，出水SS及Ss去除率随时间的变化见图3．15，出水COD及COD去除率随时间的变化见图3．16，膜通量随时间的变化见图3．17。^j扣专蜊爱10008006004002000100200300T(min)图3．14出黼燃糯的变化80％，、60％茎营100040％稍020％拐500O％0100％80％60％40％20％O％060120180240300360T(min)图3．15出水蝾渡粼率随时间的变化n山东大学硕士学位论文24000N3000目∑2000目面1000赠O[一通量UlOO'：-003UU4UUT(min)T(h)图3-16出水co重妒赞碧隧率随时间的变化图3稀魄鳃涨时间的变化由图3．14到3．16可以看出，①号机械膜组件的出水水质从初始就很稳定，浊度、ss、COD去除率都很低，可见①号膜组件对低悬浮物废水无论颗粒物还是有机物未见明显处理效果。该种废水SS不高，而①号膜组件平均孔径较大，这可能是处理效果不明显的主要原因。为了确定清洗周期，将①号膜组件连续运行300h，结果通量仍保持稳定(见图3．17)，因此认为对悬浮物不高的低悬浮物废水，①号膜组件的清洗周期大于300h。(2)②号膜组件将②号机械膜组件单独运行120h，出水浊度随时间的变化见图3—18，出水SS及ss去除率随时间的变化见图3．19，出水COD及COD去除率随时间的变化见图3．20，膜通量随时间的变化见图3．2l。060120180240T(min)图3．18出泶骥笈隧尉间的变化2000015000口。吴10000田50000100％20080％碍：15060％簧曹loo鬟囊夏s。0％0100％80％60％40％20％O％060120180240T(min)图3．19出水懿溯牌随时间的变化050100150200020406080100120T(min)T(h)图3-20出水c05呀晓绋黼时间的变化图3-21禊嗵蝴衬恂的变化由图3．18和3．19可以看出，经过30m／n，②号机械膜组件出水水质逐渐达到了稳定，稳定后出水的浊度在30NTU以下，SS约为50mg／L，浊度和SS的去除率均接近100％，32O0O0O0O—UPa—O—a2lec：)繁丑∞的O●3-zv毯爨*吾呦枷o●爱哥篷佩凸ou％O％％％％0OO％l8642On山东大学硕士学位论文可见②号膜组件对颗粒物有极好的截留作用。由图3．20可以看出，出水COD非常高，COD去除率在5％以内，可见②号膜组件对有机物未见明显处理效果。为了确定清洗周期，将②号膜组件连续运行120h，结果通量逐步稳定下降(见图3．21)，到84h时通量下降至不足初始通量的20％，因此确定②号机械膜组件的清洗周期为84h。(3)③号膜组件将③号机械膜组件单独运行50h，结果发现出水水质清澈透明，SS未检出。出水浊度随时间的变化见图3．22，出水COD及COD去除率随时间的变化见图3．23，膜通量随时间的变化见图3．24。5040耋30魁20爱100：。：％2。。。。·!，·—·-·-————-·-—一]：0％0％0015000：。：錾曼，。。。。[j：。：：盘。|；ii骢“⋯coo率荫20％裁6000}率420％吕Z(min)图3．22瑚啄魈馊髓时间的变化T(Ⅲin)图3．23出水砌馊橼率随时间的变化0ZU40150T(h)图3．洋愿嘲鬟孽陛时间的变化由图3．22可以看出，经过30min，③号机械膜组件出水水质逐渐达到了稳定，稳定后出水的浊度在10NTU以下，Ss未检出，可见③号膜组件对颗粒物有极好的截留作用。由图3．23可以看出，③号膜组件对COD的去除率仍不高，在5％以下。据分析这可能是因为低悬浮物废水中的COD主要以溶解性的形式存在，而机械膜直接阻留对溶解性COD无法达到良好的处理效果。为了确定清洗周期，将③号膜组件连续运行50h，结果通量逐步稳定下降(见图3-24)，到24h时通量下降至不足初始通量的20％，因此确定③号机械膜组件的清洗周期为24h。单级机械膜组件对低悬浮物废水的处理效果表明，各级膜组件在运行30rain后出水都达到了稳定。从对颗粒物的去除效果来看，①号膜组件去除率不高，②号膜组件去除n山东大学硕士学位论文率较高，③号膜组件去除率很好；从对有机物的去除效果来看，各级膜组件对COD的去除率均不高；从通量和清洗周期来看，①号膜组件通量一直无衰减，可以长时间使用，②号膜组件通量衰减较慢，清洗周期为84h，③号膜组件通量衰减很快，清洗周期为24h。3．3多级机械膜组件的阻留性能研究将①、②和③号机械膜组件按孔径由大Nd,连环套组合成三级机械膜组件，考察反应器的进出水浊度、SS、COD、通量的变化情况，及各项污染物的去除率。3．3．1对高悬浮物废水的处理效果以高悬浮物废水为处理对象，研究三级机械膜组件的作用效果。每隔一段时间分别从三个出水口取样测相关水质指标和膜通量。(1)浊度三级膜组件各级出水浊度随时间的变化情况如图3．25，3．26，3．27所示。0100200300400T(min)图3-25I删藩陵髓时间的变化^塞u划舒060120180240T(min)图3-26II缓凿泶燃时间的变化O30bu90l揶150T(tin)图3．27III城斟求擞随时间的变化将上面三个表与表3．3，3．7和3．11对比可以看出，三级膜组件的出水浊度与单级膜组件单独作用相比并无明显差别，出水浊度在10NTU附近。(2)SS三级膜组件前两级出水SS及去除率随时间的变化情况如图3-28，3-29所示。III级n山东大学硕士学位论文出水SS未检出。12001000≤800薯600纷400200060120180240300360100％40080％嬲嚣20％”甥100O％0T(mill)图3．28I级出水ss芨罢襻髓时间的变化060120180240T(mill)将上面两个表与表3—4和3．8对比可以看出，三级膜组件的对于SS的作用效果与单级膜组件单独作用相比也并无明显差别。(3)COD三级膜组件各级出水COD及去除率随时间的变化情况如图3．30，3．31，3．32所示。600500昌400吴300茁2001000—◆-出水COD——●一COD去除率0100200300400T(min)100％60080％60％40％20％0％500埒垦400篮墨300稍言2001000S0100150200T(min)100％80％60％錾40％誉o20％uO％图3．30I级出水蝴顿哄徐率随时间的变化图3．31II级螂泶皑蝴去除率随时间的变化6005008400U繁300田200100050100150T(min)图3-32III求殴始发喽除率随时间的变化将上面三个表与表3．5，3-9和3．12对比可以看出，三级膜组件的对于COD的作用效果与单级膜组件单独作用相比也并无明显差别。COD去除率较低，不足20％。(4)膜通量三级膜组件各级膜通量随时间的变化情况如图3．33，3．34，3．35所示。35静篷稍oouXO％％％％OO％l8642On山东大学硕士学位论文4000r3000■———◆◆—一．——◆—_．-’20001000O0100200300T(h)图3．33I级劂戆型掰釉的变化80■60赠40200栅600赠400200O050100150T(h)图3．34II级膜翘蚓鼎黼的变化0204U6U斟0T(h)图3．35I弹缎锲趟蟹随时间的变化将上面三个表与表3．6，3．10和3．13对比可以看出，三级膜组件的通量衰减模式与单级膜组件相似，但清洗周期差别较大。在实验过程中，I级膜组件的通量无明显衰减，这与单级膜组件相似；II级膜组件的清洗周期为120h，比其单独作用延长了48h；III级膜组件的清洗周期为48h，比其单独作用延长了24h。可见，多级膜组件能明显减缓膜污染的速度，延长清洗周期。3．3．2对低悬浮物废水的处理效果以低悬浮物废水为处理对象，研究三级机械膜组件的作用效果。每隔一段时间分别从三个出水口取样测相关水质指标和膜通量。(1)浊度三级膜组件各级出水浊度及去除率随时间的变化情况如图3．36，3．37，3．38所示。1000800主600越400霸200O3680％60％鼍链螂尝羁20％帆0100200300T(-in)图3．36I级翟浆麟旋除率随时间的变化lOO％80％嘲薹4假卷2暇舞0■060120180240丁(-in)图3．37II缓篙礞燃去除率随时间的变化n山东大学硕士学位论文3025已20弓15巡10舞50306090120150T(min)100％80％碍60％鬻40％瑙羁20％O％图3-38III级出水浊度及去除率随时间的变化将上面三个表与表3-14，3-18和3．22对比可以看出，--NNN件的出水浊度与单级膜组件单独作用相比并无明显差别，出水浊度在10NTU附近，去除率近100％。(2)SS三级膜组件前两级出水SS及去除率随时间的变化情况如图3．39，3．40所示。III级出水SS未检出。150031000∞目∞500O060120180240300360T(皿in)100％80％60％茎40％誉∞20％0％图3．39I级出水翳改磐陈率随时间的变化200150∽，、*油0田150060120180240T(min)图3-40II级茁泶姆戮除率随时间的变化将上面两个表与表3—15和3．19对比可以看出，三级膜组件的对于SS的作用效果与单级膜组件单独作用相比也并无明显差别。(3)COD三级膜组件各级出水COD及去除率随时间的变化情况如图3．41，3．42，3。43所示。20000。15000*10000吾50∞0—●—◆一——．-—一．卜—●—_◆]}：兰嚣j图3_4lI级出水COD及CO去D除率随时间的变化对的去除效果050100150200T(min)图3-42II级出采猫鼹除率随时间的变化37∞0O姗啪(1印v∞oou繁丑静避稍08姗姗雠椭撕帏n山东大学硕士学位论文20000一◆一．——．一——_．卜-——◆—一◆15000口。婆10000田50000100％80％硌60％笾粕405盆U20％0％050lUO150T(min)图3-43III级出水黜∥硬橡率随时间的变化将上面三个表与表3．16，3．20和3．23对比可以看出，三级膜组件的对于COD的作用效果与单级膜组件单独作用相比也并无明显差别，COD去除率在5％左右。(4)膜通量三级膜组件各级膜通量随时间的变化情况如图3．44，3．45，3-46所示。4000二3000目之2000目面1000嘲0100200300T(h)图3-44I级膜违警隧时耐的变化10080■60鼎40200600器删200050100150200T(h)图3-45II绽骥蹩壁髓ff寸间的变化0Z0400080T(h)图3-46搿劈耀矬随时间的变化将上面三个表与表3．17，3．21和3．24对比可以看出，三级膜组件的通量衰减模式与单级膜组件相似，但清洗周期差别较大。在实验过程中，I级膜组件的通量无明显衰减，这与单级膜组件相似；II级膜组件的清洗周期为150h，比其单独作用延长了66h；III级膜组件的清洗周期为48h，比其单独作用延长了24h。可见，多级膜组件能明显减缓膜污染的速度，延长清洗周期。n山东大学硕士学位论文3．4膜清洗微滤膜常用的清洗方式有水力清洗、反冲清洗、药剂清洗等【571。由于机械膜具有独特的类三角形结构，污染后的膜在反向外力的作用下容易使污染物脱落。因此，本论文主要研究用机械方法对其进行清洗。主要采用水力清洗方式，一是手动清洗，即将膜组件取下，置于水龙头下用清水冲洗，并用毛刷摩擦其表面；二是反冲清洗，即在膜反应器中注入清水，利用反冲泵抽洗5．10min。机械膜清洗后的通量恢复率见表3．1。表3-1机械膜清洗后通量恢复率实验结果发现，手动清洗对机械膜的通量恢复效果并不好，II级和III级膜组件的通量恢复率均不到50％。反冲清洗效果很好，基本可以恢复到原始通量的95％以上。因此，在以后的研究中对机械膜均采用机械反冲清洗方式。3．5小结本章研究了机械膜及膜组件的阻留性能，主要研究结论包括：(1)单级机械膜组件阻留性能的研究表明，从对颗粒物的去除效果来看，①号膜组件对于颗粒物含量高的高悬浮物废水有一定去除率，但去除率不高，而对于颗粒物含量少的低悬浮物废水几乎没有去除效果，但运行过程通量几乎无衰减，可见，①号膜组件主要用于预阻留，用去除掉大的颗粒物；②号膜组件对高、低悬浮物废水颗粒物的去除效果较好，清洗周期也较长，分别为72h和84h；③号膜组件对高、低悬浮物废水颗粒物的去除效果最好，但是容易堵塞，清洗周期很短，仅为24h。三种膜组件对于有机物的去除率都不高，最好的是③号膜组件，对高悬浮物废水COD去除率不到20％，对低悬浮物废水COD不到5％。可见，三种膜组件单独作用效果不甚合理主要表现在I级膜组件处理效果不好，III级膜组件容易堵塞。(2)多级机械膜组件阻留性能的研究表明，多级膜组件在提高阻留效果方面并不比单级膜组件有更多的优势，但是多级膜组件的清洗周期明显比单级膜组件长，其中对高悬浮物废水的处理，II级膜组件的清洗周期由72h延长到了120h，III级膜组件的清洗周39n山东大学硕士学位论文期由24h延长到了48h；对低悬浮物废水的处理，II级膜组件的清洗周期由84h延长到了150h，III级膜组件的清洗周期由24h延长到了48h。(3)由于机械膜具有独特的类三角形结构，反冲清洗对于机械膜的通量恢复有良好的清洗效果，各级机械膜组件的通量恢复率均可达到95％以I"-，因此认为，反冲清洗是适合机械膜的清洗方式。n山东大学硕士学位论文第4章混凝．机械膜阻留复合作用研究为了提高机械膜阻留的效率和出水水质，本章研究混凝．机械膜阻留的复合作用，并研究混凝机械膜反应器的运行方式。4．1实验材料与方法4．1．1实验材料实验中所使用的混凝剂均购自巩义富源净水剂厂，包括：聚合氯化铝(PAC)(固体产品，有效成分以A1203计为28％)，聚合硫酸铁(PFS)(固体产品，有效成分以Fe3+计为18．5％)，聚合氯化铝铁(PAFC)(固体产品，有效成分以A1203和Fe203计，A1203≥29％、Fe203≥2．3％)，阳离子型聚丙烯酰胺(CPAM)(白色固体粉末，分子量400．1800万之间)，阴离子型聚丙烯酰胺(APAM)(白色固体粉末，分子量400．1800万之间)。4．1．2实验方法混凝实验方法采用杯罐实验方法(GB厂r16881．1997)，在1500mL烧杯中加入1000mL水样，加入混凝剂后快速搅拌lmin，沉降，取上清液测相关水质指标。相关水质指标的测定和机械膜清洗周期的确定同第3章。4．2混凝沉淀实验4．2．1高悬浮物废水(1)混凝剂的选择及最佳投加量的确定为了确定最佳投加量，研究各种混凝剂在不同投加量时对浊度、SS和COD的去除效率。此处固定沉降时间30min，各类混凝剂的作用效果见表4一l至4．5。41n表4-1PAC对浊度、SS、COD的作用效果56810897．7％38433．6％10152040．4720．Ol23．7665293298．6％99．4％99．3％30323022247．6％60．2％61．6％2524．823699．3％22061．9％表4-2PFS对浊度、SS、COD的作用效果混凝删削m班，专篙字豁芋榔d{劣仰。57912797．3％46020．4％1015205443．5l32．1483664898．3％98．6％99．O％41237732528．7％34．8％43．8％2536．435598．9％31845．O％表4-3PAFC对浊度、SS、COD的作用效果混删姗量cm叽，专篙手凝芋榔絮劣仰。57311597．6％39232．2％10152040．8524．4726．31673698．6％99．3％32526823543．8％53．6％59．3％2526．084099．2％23559．3％表4．4CPAM对浊度、SS、COD的作用效果混凝删剧m叽，专篙手豁芋椰专劣仰。0．1558098．3％37535．1％0．30．50．747．2538．3841．673586498．5％98．8％98．7％34630829340．1％46．7％49．3％140．236098．7％29049．8％表4．5APAM对浊度、SS、COD的作用效果混删姗量c吼，专篙手豁芋榔≮努仰。0．138．755298．9％31046．4％0．30．5O．732．430．2426．3850454199．0％99．1％28526627050．7％54．0％53．3％125．443899．2％25855．4％一——————————————————————————————————————————————————————————一由以上各表可以看出，PAC、PFS、PAFC、CPAM、APAM的最佳投加量分别为15mg／L，42n山东大学硕士学位论文20mg／L，20mg／L，0．5mg／L。同时由表中看出，各种混凝剂对污染物的去除率差别不大，但出水水质有明显差异。(2)沉降时间的确定为了确定最佳沉降时间，各混凝剂选用上面确定的最佳投加量，研究不同沉降时间内浊度、SS和COD的变化情况。实验结果发现，CPAM和APAM在搅拌完成后即刻完成了沉降，PAC，PFS和PAFC对浊度、SS和COD的沉降效果见图4-1、4．2和4．3。80兮60弓40羹200图4．1出水浊度随时间的变化500毫400巨。300ou200150之100∞目。50∽∞O204060T(min)图4-2出水SS随时间的变化T(min)图4．3出水COD随时间的变化由上面三个图可以看出，当沉降时间为30min时，浊度、SS和COD均达到了稳定，因此，确定PAC、PFS、PAFC的沉降时间均为30min。(3)混凝剂复配为了提高混凝效果，本实验研究了混凝剂的复配方式，具体见表4-6。复配后出水浊度、SS和COD见表4．7至4-9。表4-6混凝剂复配方式编号复配方式15mg／LPAC+0．5mg／LCPAM15mg／LPAC+0．5mg／LAPAM20mg／LPFS+O．Smg／LCPAM20mg／LPFS+0．5mg／LAPAM15mg／LPAFC+0．Smg／LCPAM15rng／LPAFC+0．Smg／LAPAM43n山东大学硕士学位论文注：出水COD的单位是mg／L。从上面几个表可以看出，混凝剂复配能有效提高混凝处理效果，同时降低沉降时间，2min就能完成沉降。这主要是因为高分子助凝剂由于表面吸附、吸附架桥等作用将分散的小颗粒聚成网状，从而增强混凝效果。助凝剂的效果APAM好于CPAM。总体来看混凝效果最好的是第2组，因此，确定混凝剂的投加量为15mg／LPAC+0．5mg／LAPAM。4．2．2低悬浮物废水(1)混凝剂的选择及最佳投加量的确定为了确定最佳投加量，研究各种混凝剂在不同投加量时对浊度、SS和COD的去除效率。此处固定沉降时间30min，各类混凝剂的作用效果见表4．10至4．14。表4．10PAC对浊度、SS、COD的作用效果n山东大学硕士学位论文表4-11PFS对浊度、SS、COD的作用效果混凝剂投加量(g／L)出水浊度11浊度出水SST1SS出水COD11COD556627．9％83334．7％180202．1％660223．3％90029．5％182001．2％755828．9％84733．6％178533．0％839549．7％60552．6％179872．3％947639．4％72243．4％180731．9％表4·12PAFC对浊度、SS、COD的作用效果混凝剂投加量(g／L)出水浊度”浊度出水SSqSS出水CODrlCOD一一一—————————————_————___—_●__—_____----——_______●____-_—-_●__-_-__-_-__-_--————●———-_—____--_-__————____-●_一57990．0％14089．0％178533．O％65293．4％7794．0％171207．O％75593．0％8293．6％1578714．3％86491．9％10292．0％1632011．4％96791．5％11091．4％166539．6％表4-13CPAM对浊度、SS、COD的作用效果望堑型塑垫量!璺丝!些查垫堕旦垫鏖些查璺!旦!!些查竺Q里旦竺Q里lO7l91．O％11091．4％180532．O％1008389．4％12890．0％177203．8％表4．14APAM对浊度、SS、COD的作用效果混凝剂投加量(rag／L)出水浊度T1浊度出水SSrlSS出水CODrlCOD一—————————————————_——————————————●_●—_●_____-—_-—●_H———____----_-_●______________-_●-●_--_-___-●-____-_-—--——_-—_-●_-_-_____——______一1028．8896．3％4596．5％171207．0％2026．8096．6％4196．8％167209．2％3032．9295．8％5096．1％165879．9％506392．0％9592．6％1632011．4％1006691．6％9892．3％1638711．O％由上面几个表可以看出，PAC、PFS、PAFC、CPAM、APAM的最佳投加量分别为89／L，7∥L，7∥L，50mg／L，50mg／L。且PAC、PAFC、APAM的混凝效果较好，PFS和CPAM不适合做该种废水混凝剂。故下面不讨论PFS和CPAM。(2)沉降时间的确定各混凝剂选用上面确定的最佳投加量，研究不同沉降时间内浊度、Ss和COD的变化情况。实验结果发现，APAM在搅拌完成后即刻完成了沉降，PAC和PAFC对浊度、SS和COD的沉降效果见图4-4、4．5和4-6。由图中可以看出，PAC、PAFC的沉降时间均为30min。45％％％23l1247385l9687％％％287蚍虬蛇兰!|宝％％％％3O41l29铝n∞O0O235n200合150-弓100羹500204060T(min)250，、200J≥150o100甥50O204060T(min)图4-4出水浊度随时间的变化图4-5出水SS随时间的变化20000—19000J≥18000目。17000凸816000150000204060T(min)图4-6出水COD随时间的变化(3)混凝剂复配混凝剂复配方式见表4．15，对浊度、SS和COD的作用效果见表4—16至4-18。表4．15混凝剂复配方式_———————————————————————————————————————————————————————一编号．．堑堡查壅一一———————————————————_——————————————————————————————————————————————————————一一l89／LPAC+50mg／LAPAM249／LPAC+50mg／LAPAM349／LPAC+10mg／LAPAM489／LPAFC+50mg／LAPAM549mPAFC+50mg／LAPAM6兰鲤!竺竺±!堕丝竺坐一一——————-———————-——————————————————————●————————————————————————————一——一。表4．16出水浊度和对浊度的去除率—————————————————————————————————————————————————————一沉壁时l去除率2去除率3去除率4去除率5去除率6去除率2min8788．9％6891．3％40．9194．8％9088．5％6691．6％4，·，Oyq·zwo5min8089．8％5393．3％42．3394．6％9288．3％6392．0％5093·6％lOmin8589．2％．．5．393．3％40．494．9％．一8689．0％6591．7％5293．4％注：出水浊度的单位是NTU。n山东大学硕士学位论文注：出水SS的单位是mg／L。表4．18出水COD和对COD的去除率注：出水COD的单位是mg／L·从上面几个表中可以看出，在低悬浮物废水中，混凝剂复配能减少混凝剂的用量，并提高混凝效果，减少沉降时间，2min即完成沉降。总体来看效果最好的是第3组，因此，确定混凝剂的投加量为4pJLPAC+10mg／LAPAM。对比4．2．1和4．2．2可以发现，低悬浮物废水和高悬浮物废水对混凝剂的消耗量差别很大，这可能是因为高悬浮物废水是人工配置，水质成分比较简单，而低悬浮物废水取自实际生产，废水成分复杂。因此，实际应用中应根据不同水质重新确定混凝剂投加量。4．3混凝．机械膜阻留工艺研究为了研究混凝．机械膜的不同阻留工艺效果，本部分研究分体式和一体式混凝机械膜的阻留工艺。分体式指先在废水中投加混凝剂，待沉降完成后直接机械膜阻留(并非取上清液阻留)。一体式指在阻留的同时投加混凝剂。此处混凝剂和混凝条件均采用4．2所确定的最优条件，即对高悬浮物废水选用15mg／LPAC+0．5rag／LAPAM，对低悬浮物废水选用49／LPAC+10mg／LAPAM，分体式实验沉降时间选用2min。4．3．1分体式混凝．机械膜阻留(1)高悬浮物废水采用分体式混凝．机械膜阻留方式处理高悬浮物废水，反应器在运行30min后出水水质达到了稳定。运行1h后取各级出水测其水质指标，其作用效果见表4．19。47n山东大学硕士学位论文表4．19分体式混凝．机械膜阻留对高悬浮物废水的作用效果编号出水浊度(NTU)出水SS(mg／L)rlSS出水COD(mg／L)rlCODI13626694．4％36337．2％II32．775398．9％25855．4％III11．58未检出100％21263．3％由表4．19可以看出，采用分体式混凝．机械膜阻留方式处理高悬浮物废水，经过三级阻留，出水浊度达到11．58NTU，SS的去除率达到100％，出水COD达到212mg／L，COD的去除率也达到63．3％。与不加混凝剂直接多级阻留相比，对COD的去除率明显增加，从20％左右增加到了63．3％。各级机械膜组件膜通量的变化情况如图4．7至4-9所示。4000r3000●—～—◆—◆—◆—◆o200010000100200300400T(h)图4．7I级膜趟靳舒侍的变化0柏100150200250T(h)图4-8II级膜遛蟹髓舌于间的变化Ub0100T(h)图4-9III级膜通警键疆脚南变化由上面三个图可以看出，采用分体式混凝．机械膜阻留方式，除了I级膜组件之外，Ⅱ、III级膜组件通量均有呈线性衰减的趋势。与不投加混凝剂相比，II级膜组件清洗周期由120h延长到了180h，III级膜组件清洗周期由48h延长到了72h。可见，混凝对于颗粒物的去除并没有很明显的效果，但对有机物的去除率明显提高，同时对于通量的变化有显著影响。(2)低悬浮物废水采用分体式混凝．机械膜阻留方式处理低悬浮物废水，反应器在运行30min后出水水质达到了稳定。运行lh后取各级出水测其水质指标，其作用效果见表4—20。n山东大学硕士学位论文由表4．20可以看出，采用分体式混凝．机械膜阻留方式处理低悬浮物废水，经过三级阻留，出水浊度达到9．33NTU，去除率达到98．8％；SS的去除率达到100％，COD的去除率也达到17．6％。与不加混凝剂直接多级阻留相比，对COD的去除率增加较大，从5％左右增加到了17．6％。各级机械膜组件膜通量的变化情况如图4．10至4．12所示。400073500}3000◆◆¨．◆卜—◆-—◆_—H管2500{200051500蠹1000500050l∞150200250300350T(h)图4-10I级膜遗譬黼的变化工80：60_40蓦200100200300T(h)图4-11II绂燃髓时间的变化UZU{UbU8UlUU丁fh)图4．12III级膜翡黼间的变化采用分体式混凝．机械膜阻留方式，对低悬浮物废水的实验呈现出与高悬浮物废水相似的结果。混凝对于膜阻留颗粒物的去除并没有很明显的效果，但对有机物的去除效率有所提高，对于通量的变化也有显著影响。II、III级膜组件通量有呈线性衰减的趋势。与不投加混凝剂直接阻留相比，II级膜组件清洗周期由150h延长到了240h，III级膜组件清洗周期由48h延长到了72h。4．3．2一体式混凝．机械膜阻留(1)高悬浮物废水49n山东大学硕士学位论文采用一体式混凝．机械膜阻留方式处理高悬浮物废水，反应器运行1h后取各级出水测其水质指标，其作用效果见表4．2l。表4．21一体式混凝．机械膜阻留对高悬浮物废水的作用效果由表4．21可以看出，采用一体式混凝．机械膜阻留方式处理高悬浮物废水，经过三级阻留，出水浊度达到10．34NTU，SS的去除率达到100％，出水COD达到184mg／L，COD的去除率也达到68．2％。与分体式混凝．机械膜阻留相比，对COD的去除率从63．3％提高到了68．2％。各级机械膜组件膜通量的变化情况如图4．13至4．15所示。4000‘．3500}詈3000r。’”t．’—一．——．_—·—。7002600‘500号伽{300■200圈1000100200300400050100150200T(h)T(h)图4．13i锄濮燧随时间的变化图4．14I暾貘燧量随时间的变化100fJ‘n，图4—15III级l轴蘑艟随时间的变化由上面三个图可以看出，采用一体式混凝．机械膜阻留方式，膜通量的衰减趋势与分体式类似，除了I级膜组件之外，Ⅱ、III级膜组件通量均有呈线性衰减的趋势。与分体式混凝机械膜阻留相比，II级膜组件清洗周期为150h，低于分体式的180h；III级膜组件清洗周期为60h，低于分体式的72h。可见，在对高悬浮物废水的处理中，一体式与分体式相比，机械膜的清洗周期略短，但对COD的去除率更高。(2)低悬浮物废水n山东大学硕士学位论文采用一体式混凝．机械膜阻留方式处理低悬浮物废水，反应器运行1h后取各级出水测其水质指标，其作用效果见表4．22。表4．22一体式混凝．机械膜阻留对低悬浮物废水的作用效果由表4．22可以看出，采用一体式混凝．机械膜阻留方式处理高悬浮物废水，经过三级阻留，出水浊度达到10．27NTU，SS的去除率达到100％，COD的去除率也达到19．3％。与分体式混凝．机械膜阻留相比，对COD的去除率从17．6％提高到了19．3％。各级机械膜组件膜通量的变化情况如图4．16至4．18所示。4000f-3500r050100150200250。T(h)图4．17II级旗雠谢时间的变化图4．18Ii￥皴镆魍随时间的变化由上面三个图可以看出，与高悬浮物废水类似，在低悬浮物废水的处理中，采用一体式混凝．机械膜阻留方式，膜通量的衰减趋势与分体式类似，除了I级膜组件之外，II、III级膜组件通量均有呈线性衰减的趋势。与分体式混凝机械膜阻留相比，II级膜组件清洗周期为180h，低于分体式的240h；III级膜组件清洗周期为60h，低于分体式的72h。根据4．2与4．3的分析，分体式与一体式两种混凝．机械膜阻留方式相比各有优点，分体式反应器的清洗周期长于一体式反应器，一体式反应器对COD的去除率高于分体式n山东大学硕士学位论文反应器。由于工业水处理更倾向于追求对污染物的高去除效率，因此认为一体式比分体式有更好的优越性。但是，不论是一体式还是分体式，对低悬浮物废水COD的去除率仍不高，需要研究更多的配套处理技术。4．4小结本章研究了混凝．机械膜阻留的复合作用和混凝机械膜反应器的运行方式，主要研究结论包括：混凝．机械膜阻留复合技术对于颗粒物的去除并没有很明显的效果，但对有机物的去除率明显提高，分体式混凝．机械膜反应器能将高、低悬浮物废水的COD去除率分别从20％和5％提高到63．3％和17．6％；一体式混凝机械膜反应器能将高、低悬浮物废水的COD去除率提高到68．2％和19．3％。同时混凝对于机械膜通量的变化有显著影响，能明显延长机械膜的清洗周期。52n山东大学硕士学位论文第5章磁化．混凝．机械膜阻留复合作用研究由于磁场可以在某种程度上改变水及溶液的部分物理化学性质，磁化技术用于水处理领域特别是将磁场与膜分离相结合用于预防和减少膜污染具有广阔的研究前景。本小节重点研究磁化．混凝．机械膜阻留的复合作用。5．1实验装置、材料与方法5．1．1实验装置磁化水处理器：固定两块永磁铁的相对位置，间隙为1．5cm，间隙中形成磁场，水流从间隙中瞬间通过切割磁力线从而被磁化。选用普通磁铁(场强约为1000Gs)和强磁铁(场强约为3500Gs)分别组合形成弱磁场(2000Gs)、强磁场(5500Gs)的磁处理器。磁化水处理器反应装置示意图见图5．1。5．1．2实验材料与方法图5．1磁化水处理器示意图实验材料与方法与第3、4章相同。5．2磁化．机械膜阻留作用研究选用三种梯度的磁场强度形成磁化水反应器，包括零磁场(磁场强度为0，即未磁化)，弱磁场(磁场强度为2000Gs)和强磁场(磁场强度为5500Gs)。53n山东大学硕士学位论文5．2．1废水的直接磁化作用将两种废水直接通过磁化水反应器，磁化后的各项水质指标如表5-1和5—2所示。表5-1高悬浮物废水磁化后的水质从表3．24和3．25可以看出，直接磁化对废水未见明显处理效果。可见，直接磁化不能直接去除水中的污染物，这与王平等【39】的研究结果不相符。据分析，这可能是因为王平等研究的实验水质COD很低，约在50mg／L，磁场的作用较为明显；而本课题中所研究的实验水质COD较高，特别是低悬浮物废水COD高达18000mg／L左右，从而使磁场对高COD的废水作用不甚明显。5．2．2磁化．机械膜阻留对污染物的去除效果采用磁化．机械膜阻留方式处理高悬浮物废水和低悬浮物废水，反应器运行lh后取各级出水测其水质指标，其作用效果分别见见表5—3和表5·4。表5．3磁化．机械膜阻留对高悬浮物废水的作用效果编号出水浊度(NTU)11浊度出水SS(mg／L)11sS出水COD(mg／L)rlCOD将上面两个表与3．3的研究结果比对可以发现，采用磁化．机械膜阻留方式处理废水，磁化对于机械膜的阻留效果并未见明显改善。n山东大学硕士学位论文5．2．3磁化对机械膜通量的影响为研究直接磁化对机械膜通量的影响，先将两种废水通过磁化水反应器，然后再经三级机械膜反应器阻留。高悬浮物废水直接磁化后机械膜通量的变化情况如图5．2至5．4所示。0100200300400T(h)图5-2躜簇逢嫠黼手隅钕化器50050100150200T(min)图5茗箭惕穗赞舞黝的变化0ZU40bU80T(h)图54簟l}糍堠蹙鳖掰胛瞎帽勺变化从上面三个图可以看出，直接磁化对于处理高悬浮物废水时机械膜的通量没有明显影响。低悬浮物废水直接磁化后机械膜通量的变化情况如图5．5至5．7所示。50004000删3000国200010000O100200300400T(h)T(nijn)图5茗傺蝴煺鳓晰‰变化55瑚啪湖伽蚕}瑚啪。蝴咖o‘u432l瓤暇n山东大学硕士学位论文020406080T(h)图5·7矗醍趣髓攮蠡备窜鞋鼙龋妫变化从上面三个图可以看出，直接磁化对于处理低悬浮物废水时机械膜的通量也没有明显影响。5．3磁化．混凝．机械膜阻留作用研究5．3．1磁化．混凝实验将废水经不同磁场强度的磁化水反应器处理后，采用3．3．1所确定的最佳混凝条件进行混凝处理，即对高悬浮物废水选用15mg／LPAC+0．5mg／LAPAM，对低悬浮物废水选用49／LPAC+10mg／LAPAM，沉降时间2min。结果见表5·5和5-6。表5．5高悬浮物废水的磁化混凝实验结果磁场强度(Gs)浊度(NTU)11浊度SS(mg／L)TISSCOD(mg／L)rlCOD从上面两个表可以看出，废水经磁化后，混凝实验中各类水质污染物的去除率均有不同程度的提高，5500Gs的强磁场作用效果更为明显。高悬浮物废水COD的去除效果提高更为明显，去除率由60．6％提高到了65．1％。可见，磁化有利于提高废水的混凝效果。5．3．2磁化．混凝．机械膜阻留对污染物的去除效果采用磁化．混凝．机械膜阻留方式处理高悬浮物废水和低悬浮物废水，反应器运行1hn山东大学硕士学位论文后取各级出水测其水质指标，其作用效果分别见表5．7和5．8。表5．7磁化．混凝．机械膜阻留对高悬浮物废水的作用效果将表5．7与表5．3和5．5比较，将表5．8与表5．4和5-6比较可以发现，对于高悬浮物废水和低悬浮物废水，磁化．混凝．机械膜阻留对各类污染物的去除效果均好于磁化．机械膜阻留及混凝．机械膜阻留。5．3．3磁化．混凝对机械膜通量的影响为研究磁化混凝对机械膜通量的影响，先将两种废水通过磁化水反应器，然后再经一体式混凝．机械膜阻留，研究机械膜的通量变化。混凝剂和混凝条件均采用3．3．1所确定的最优条件，即对高悬浮物废水选用15mg／LPAC+0．5mg／LAPAM，对低悬浮物废水选用49／LPAC+10mg／LAPAM。高悬浮物废水磁化混凝后机械膜通量的变化情况如图5．8至5．10所示。50004000棚3000赠2000l000O0100200300400T(h)图5-8墩禊瑟籍解鼢骨变化T(min)图5骂箭渤摇翳瞻烈翳桶的变化57n山东大学硕士学位论丈100‘蠹50o2040∞80100T(h)图5．10煎铲羰燃戳钟滞哟变化由上面三个图可以看出，对于高悬浮物废水，2000Gs的弱磁场对磁化混凝后机械膜通量的影响不明显，而5500Gs的强磁场对磁化混凝后机械膜通量的影响明显，II级膜组件的清洗周期由普通混凝时的150h延长到了180h，III级膜组件的清洗周期由普通混凝时的60h延长到了72h。低悬浮物废水磁化混凝后机械膜通量的变化情况如图5．11至5．13所示。5000r4000}一3000r⋯”—k+叫赠2000l+0GsI—·-2000Gs1000}5500Gs0O100200300400T(h)图5．1警l燃霭雠随售{哺酌变化100‘器50700r600500删400赠300200100050100150200250300T(min)图5咝疆域恻雠黼晰‰变化O2040OU80儿J(，T(h)图5．盼髓}1缀躜瞪鳓晌的变化由上面三个图可以看出，对于低悬浮物废水，2000Gs的弱磁场对磁化混凝后机械膜通量的影响不明显，而5500Gs的强磁场对磁化混凝后机械膜通量的影响明显，II级膜组件的清洗周期由普通混凝时的180h延长到了240h，III级膜组件的清洗周期由普通混凝时的60h延长到了72h。n山东大学硕士学位论丈可见，磁化混凝可有效延长机械膜的清洗周期，尤其是5500Gs强磁场作用更为明显。5．4小结本章研究了磁化．混凝．机械膜阻留的复合作用，主要研究结论包括：(1)废水的直接磁化作用对水质、机械膜的阻留效果和清洗周期并无明显影响，但磁化有利于提高废水的混凝效果。废水经磁化后，混凝实验中各类水质污染物的去除率均有不同程度的提高，5500Gs的强磁场作用效果更为明显；磁化混凝能减缓机械膜的污染速度后，机械膜的清洗周期也有明显延长。(2)磁化．混凝．机械膜阻留复合技术对于高、低悬浮物废水中的颗粒物均有良好的处理效果，反应器运行稳定后，出水浊度稳定在10NTU以下，SS未检出；但对于低悬浮物高有机物废水中COD的去除效果比较一般，COD去除率在20％左右。因此，磁化混凝机械膜反应器不能直接用于高有机物废水的处理，应该考虑在反应器前增加预处理设备。59n山东大学硕士学位论文第6章磁化混凝机械膜反应器在工业废水处理中的应用本章以山东金沂蒙集团的综合化工废水为研究对象，研究磁化混凝机械膜反应器结合可调式厌氧预处理技术在工业废水处理中的应用。6．1金沂蒙集团废水排放情况废水取自山东金沂蒙集团，该企业以木薯和玉米为原料采用发酵法生产酒精，同时生产乙醛、醋酸、乙酸酯等系列衍生产品。日排废水总计9600m3，主要包括酒糟废水、醋酸废水和醋酸酯废水。集团废水的排放情况见表6．1。表6．1金沂蒙集团废水的排放情况6．2金沂蒙集团厌氧处理工艺金沂蒙集团采用“可调式全糟发酵／DDG+UASB+IC”三级厌氧工艺。第一级厌氧采用高温全糟发酵方式(温度范围55±1℃)，着力于沼气产量最大化，同时采用高温厌氧发酵菌种的驯化培育；第二级厌氧采用中温UASB技术(温度范围34+1℃)，目的是进一步降低废水的COD，避免IC的进水水质出现较大的起伏；第三级厌氧采用中温IC技术(温度范围34+1℃)，保证对废水有高的COD去除率并产生纯度高的沼气。经过三级厌氧处理，厌氧系统出水的水质大为改善。厌氧系统各工段出水水质见表6．2．表6．2厌氧系统各工段出水水质n山东大学硕士学位论丈6．3磁化混凝机械膜反应器对于厌氧出水的作用效果从表6-2可以看出，可调式厌氧技术可将废水的COD降到SOOme,／L左右，SS降到200mg／L左右，属于低浓度废水。因此，该废水可用磁化混凝机械膜反应器处理。本部分将厌氧系统出水作为磁化混凝膜反应器的进水，重点研究一体式磁化混凝机械膜反应器对于厌氧出水的作用效果。6．3．1磁化条件的确定根据第5章研究，采用5500Gs强磁场。6．3．2混凝条件的确定混凝剂选用PAC+APAM。为了确定最佳混凝条件，本部分在一体式磁化混凝机械膜反应器的运行过程中向反应器投加混凝剂，运行30rain后取III级机械膜的出水测其COD，以确定混凝剂和助凝剂的最佳投加量。(1)PAC投加量的确定在一体式磁化混凝机械膜反应器的运行条件下分别投加不同量的PAC，30rain后机械膜反应器出水的COD如图6．1所示。P^C投加量(mg／L)图6-1机械膜吸艉；静皤水COD的变化从图6．1可以看出，随着PAC投加量的增大，COD的去除率逐渐提高。当投加量为700mg／t．时，COD的去除率最高。当投加量高于700mg／L时，COD去除率又有所下降，这可能是由于当PAC投加过量时容易使已形成的团聚物发生解吸的原因。因此，确定PAC6ln山东大学硕士学位论文最佳投加量为700mg／L。(2)APAM投加量的确定在一体式磁化混凝机械膜反应器的运行条件下，固定PAC的投加量为700mg／L，逐渐增加APAM的投加量，30min后机械膜反应器出水的COD如图6．2所示。图6-2獭璞发斑警掌替绮窖尚D的变化从图6．2可以看出，当APAM投加量在5mg／L时，COD的去除率最高，因此确定APAM最佳投加量为5mg／L。故在一体式磁化混凝机械膜反应器的运行条件下，对厌氧出水确定的混凝条件为：700mg／LPAC+5mg／LAPAM。6．3．3磁化混凝机械膜反应器的作用效果以厌氧系统出水为处理对象，研究一体式磁化混凝机械膜反应器的作用效果。混凝剂的投加量为700mg／LPAC+5mg／LAPAM，每隔一段时间分别从反应器的三个出水口取样测相关水质指标和膜通量。(1)SS磁化混凝机械膜反应器前两级出水SS及去除率随时间的变化情况如图6—3，6-4所示。III级出水SS未检出。200—150＼箸100踢500lOOt80％60％40％20％O％O60120180240300360060120180240T(-in)T(min)图6-3I级出横擎燃率随时间的变化图6_4II级出永警管馊豫率随时间的变化由上面两个图可以看出，磁化混凝反应器I级阻留对SS的去除率就达到了70％以n山东大学硕士学位论文上，II级出水SS即达到50mg／L，III级出水SS未检出，可见磁化混凝机械膜反应器对SS有极好的去除效果。(2)COD磁化混凝机械膜反应器各级出水COD及去除率随时间的变化情况如图6．5，6．6，6．7所示。6005008400姜300丑200100O100％80％60％錾40％啪20％O％0100200300400T(Illill)对COD的去除效果图6-5I级出水COD及去陈率随时间的变化T(Ⅲin)图6-6II级出录雠燃率随时间的变化图6．7III级出水电蝴蓥豫率随时间的变化·’从上面三个表可以看出，磁化混凝机械膜反应器在运行30rain后达到了稳定，经过三级阻留，对COD的去除率达到了50％以上，反应器出水COD<300mg／L，可以满足国家污水综合排放标准二级标准。(3)膜通量的变化及清洗周期将磁化混凝机械膜反应器连续运行，考察反应器的通量变化情况。当通量下降到低于设计要求时，对机械膜进行清洗。各级膜组件通量随时间的变化情况如图6．8，6-9，6．10所示，图中突跃点是对机械膜进行清洗后恢复的通量。63∞∞∞∞∞的∞卯04o3^串∞髟斟、n山东大学硕士学位论文一4000N3000目≥2000量嘲1000赠0100200300400T(h)图6警躞麴熟酸辨黼的变化600棚爱4002000100200300400T(h)图6-9II绂膜短壁德If对问的变化O100200300400T(h)图6．10IIP皴鼷嗵靴时间的变化由表6．8可以看出，I级膜组件的通量变化情况与前几章中的实验情况不同，在处理厌氧系统出水时发生了衰减，衰减模式基本呈线性，确定的清洗周期为360h；由图6-9和6．10可以看出，II级膜组件和III级膜组件的通量衰减情况相对较快，其清洗周期分别为120h和48h，但是经过清洗后通量恢复率高，略低于初始水平，完全可以满足处理水质的需要。与前几章中处理两种废水时机械膜反应器的通量衰减情况相比，此处处理厌氧出水时反应器通量衰减更快，据分析这可能是由于废水粘度太大而导致的。可见，磁化混凝机械膜反应器对于污染物的去除率高、易清洗、运行效果稳定，在工业应用中处理厌氧系统出水达到了良好的处理效果，出水水质满足满足国家污水综合排放标准二级标准。6．4小结本章以山东金沂蒙集团的三类综合化工废水为研究对象，研究了磁化混凝机械膜反应器结合可调式厌氧预处理技术在工业水处理中的应用，主要研究结论为：将一体式磁化混凝机械膜反应器用于处理可调式厌氧系统出水，确定的磁化条件为5500Gs，混凝条件为700mg／LPAC+Smg／LAPAM。反应器运行效果稳定，经过三级阻留，出水中SS未检出，COD降到300mg／L以下，满足国家污水综合排放标准二级标准。反应器各级膜组件的清洗周期分别为360h、120h和48h，各级膜组件清洗后通量恢复率高，可以长期稳定运行。n山东大学硕士学位论丈7．1结论第7章结论与展望(1)用细丝缠绕法制备机械膜，机械膜的平均孔径、孔隙率、渗透通量、膜厚度受膜材料、线径、输入线径、转速、绕制层数等因素的影响。各因素对机械膜平均孔径和最大孔径的影响程度大小为绕制层数>线径>转速>膜材料>输入线径，其中绕制层数的影响程度远远大于其他因素，绕制层数为1的机械膜的平均孑L径在1011．tm附近，绕制层数为2的机械膜的平均孔径在30．69m附近，绕制层数为3的机械膜的平均孔径在13．31．tm附近；各个因素对机械膜孔隙率的影响程度大小为E绕制层数>B线径>C输入线径>D转速>A膜材料，其中绕制层数和线径的影响程度远大于其它因素，由于机械膜具有规则而独特的空间结构，从理论上推算出计算其孔隙率的公式为严【n(4．兀)r+h】／(4nr+2h)，若支撑体的厚度与线径相比很小，则h可以忽略，则机械膜的孔隙率应略大于21．5％，不受材料、绕制层数等因素的影响；各个因素对机械膜渗透通量的影响程度大小为E绕制层数>A膜材料>B线径>D转速>C输入线径，绕制层数对渗透通量影响非常大，绕制层数为1的机械膜的渗透通量在3184．3ml／cm2·h附近，绕制层数为2的机械膜的渗透通量在678．3ml／cm2·h附近，绕制层数为3的机械膜的渗透通量在81．5ml／cm2·h附近；各个因素对机械膜膜厚度的影响程度大小为E绕制层数>B线径>C输入线径>D转速>A膜材料。(2)选用各因素的最优水平制得了层数分别为l，2，3的三种机械膜，编号①、②和③，其平均孔径分别为971an，26．49m，9．8岬。将①、②和③号机械膜按细丝间隙从大到小组装在一起，制成多级膜组件，以实现对液相中大颗粒到小颗粒的多级阻留，将不同粒径范围的粒子进行分级截留，使阻留的精度有很好的梯度效应，提高膜组件的阻留效率。(3)研究了单级和多级膜组件的直接阻留性能。多级机械膜组件的阻留性能优于单级机械膜组件，且多级机械膜组件清洗周期长于单级机械膜组件。机械膜直接阻留对颗粒物有很好的去除作用，但对有机物去除作用不明显。反冲清洗对于机械膜的通量恢复有良好的清洗效果，各级机械膜组件的通量恢复率均可达n山东大学硕士学位论文到95％以上。(4)研究了混凝．机械膜阻留复合技术对于高、低悬浮物废水的处理效果。混凝预处理对于颗粒物的去除并没有很明显的效果，但对有机物的去除率明显提高，分体式混凝．机械膜反应器能将高、低悬浮物废水的COD去除率分别从20％和5％提高到63．3％和17．6％；一体式混凝机械膜反应器能将高、低悬浮物废水的COD去除率提高到68．2％和19．3％。同时混凝对于通量的变化有显著影响，能明显延长机械膜的清洗周期。(5)研究了磁化技术对于机械膜性能的影响。废水的直接磁化作用对水质、机械膜的阻留效果和清洗周期并无明显影响；但磁化有利于提高废水的混凝效果，废水经磁化后，混凝实验中各类水质污染物的去除率均有不同程度的提高，5500Gs的强磁场作用效果更为明显；磁化混凝能减缓机械膜的污染速度后，机械膜的清洗周期也有明显延长。(6)研究了磁化．混凝．机械膜阻留复合技术对于高、低悬浮物废水的处理效果，反应器运行稳定后，出水浊度稳定在10NTU以下，SS未检出；但对于低悬浮物高有机物废水中COD的去除效果比较一般，COD去除率在20％左右。因此，磁化混凝机械膜反应器不能直接用于高有机物废水的处理，应该考虑在反应器前增加预处理设备。(7)以山东金沂蒙集团的综合化工废水为研究对象，研究了磁化混凝机械膜反应器结合可调式厌氧预处理技术在工业水处理中的应用。将一体式磁化混凝机械膜反应器用于处理可调式厌氧系统出水，确定的磁化条件为5500Gs，混凝条件为700mg／LPAC+5mg／LAPAM。反应器运行效果稳定，经过三级阻留，出水中SS未检出，COD降到300mg／L以下，满足国家污水综合排放标准二级标准。反应器各级膜组件的清洗周期分别为360h、120h和48h，各级膜组件清洗后通量恢复率高，可以长期稳定运行。7．2展望用细丝缠绕法制备机械膜的文献较少，本论文只是在在机械膜的制备、性能研究及工业应用等方面做了一些基础工作，但还不够，在今后的研究中还应在以下几个方面进一步深入：n山东大学硕士学位论文(1)进一步加强机械膜及膜组件的长期性运行体系研究；(2)进一步加强机械膜及膜组件的对不同工作条件、不同水质废水的适应性研究；(3)如何降低机械膜及膜组件的生产成本仍需要强化研究。67n山东大学硕士学位论文参考文献[1]李茜．中国水资源问题及其对策研究[J】．科技资讯，2008，28：192[2】戴铁军，程会强．我国工业用水量分析与节水措施[J】．工业水处理，2008，28(10)：9．12．[3】陈旭升，范德成．中国工业水污染状况及其治理效率实证研究[J】．统计与信息论坛，2009，24(3)：30．35．[4]周桔，庄绪亮，杨萍．中国科学院水污染研究现状与展望[J】．中国科学院院刊，2009，(5)：504．510．[5】陈迎冰，蔡武兴．水污染存在问题及防治对策[J】．广东化工，2009，36(8)：307．308．[6】中华人民共和国国家统计局．中国统计年鉴2009[M]．北京：中国统计出版社，2009．[7】赵雪．木薯酒精废水的深度处理研究[D】．苏州：苏州科技学院，2008．【8]唐宇．中国工业水处理和纳尔科公司的发展战略[D]．上海：复旦大学，2003．[9】刘秋改．工业水处理技术的发展趋势[J】．过滤与分离，2007，17(4)：4648．[10]齐文启．环境监测实用技术[M】．北京：中国环境科学出版社，2006．[11】周文敏．悬浮物对主要水污染物CODer总量减排监测的影响与对策[J】．中国仪器仪表，2009，(4)：63．64．[12】彭朝辉．现代膜技术及其在水处理应用中的研究进展[J】．环境科学，2008，28：114．116．【13]徐德志，相波，邵建颖等．膜技术在工业废水处理中的应用研究进展[J】．工业水处理，2006，26(4)：l-4．[14】张爽，宋靖国，陈文清．膜分离技术在工业废水处理中的应用[J】．资源开发与市场，2009，25(4)：289—297．[15】陈平，郑瑶，周玉芬等．中国膜产业的现状与未来[J】．环境保护，2009，(8)：71．74．【16】朱长乐．膜科学技术(第二版)【M】．北京：高等教育出版社，1992．[17】邢卫红，范益群，徐南平．无机陶瓷膜应用过程研究的进展[J】．膜科学与技术，n山东大学硕士学位论文2003，23(4)：86—92．【18]赵静．A1203．Zr02复合陶瓷微滤膜的制备及表征[D】．南京：南京工业大学，2006．[19】张芳．多孔氧化铝陶瓷支撑体及其微滤膜的制备与表征【D】．太原：中北大学，2005．[20]徐南平，邢卫红，赵宜江．无机膜分离技术及应用[M】．北京：化学工业出版社，2003．[21]李惠玲，谭翎燕，张浩勤等．壳聚糖季铵盐／磺化聚醚砜复合纳滤膜的制备与表征[J]．化工新型材料，2009，37(11)：37．39．【22]张浩勤，张婕，朱艳青等．界面聚合制备壳聚糖和均苯三甲酰氯复合纳滤膜【J】．高校化学工程学报，2009，23(3)：522—526．【23】周建儿，张小珍，杨吴等．莫来石复合陶瓷微滤膜的制备与表征[J】．陶瓷学报，2009，30(1)：1．5．【24】杨桂忠，杨座国，虞霈等．快速升温法制备陶瓷超滤膜的研究[J】．上海化工，2009，34(2)：7．11．[25]王俊，范益群，邵名望．Pd／TiAL膜的制备研究[J]．安徽化工，2007，33(5)：17．21．[26]高麟，贺跃辉，江矗等．TiAl金属间化合物微滤膜的制备与性能[J】．粉末冶金材料科学与工程，2005，10(4)：216．219．[27]蒋绍阶，刘澜．微滤膜处理长江重庆段原水的初步研究[J】．重庆建筑大学学报，2005，27(1)：76．110．[28]谷玉洪，薛家慧，刘凯文．陶瓷微滤膜处理油田采出水试验[J】．油气田地面工程，2001(1)：18．19．[29]张林生，徐洪斌．微滤技术处理回收废水中分子筛的试验研究[J】．石油化工环境保护，2004，27(2)：27．29．[30】芦艳，于水利，孙鸿等．超滤膜处理油田采出水及污染膜的微观分析[J】．4LT环保，2009，29(2)：139．143．[3l】张永锋，王海，马宁等．超滤技术回收乳制品废水中蛋白质[J】．化学工程，2009，37(3)：38．41．