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1、天津大学硕士学位论文第一章 绪论第一章 绪论1 . 1 水源及微污染地表水1 . 1 . 1 水源现状水是宝贵的自 然资源，是人类和一切生物赖以生存的物质基础。全球总储水量估计为 1 3 .9 X 1 0 “ m 3 ，但其中淡水总量仅为 0 .3 6 X 1 0 W 。 除 去冰川和冰帽外，可利用的淡水总量不足世界总储水量的1 %。这部分淡水与人 类的关系最密切， 并且具有经济利用价值川。自 然环境下的各种水源包括地下水、 江河水、 湖泊及水库水、 海水等。 江、 河水的最大缺点是易受工业废水、生活污水及其它各种人为污染，使水的色、 臭、味变化较大，有害或有毒物质易进入水体。水温不稳定。湖泊
2、及水库水主 要由河水供给，水质与河水类似。然而湖水流动性小，储存时间长，经过长期 自 然沉淀，浊度较低。只在风浪时以 及暴雨季节，由于湖底沉积物或泥沙泛起， 才产生混浊现象。水的流动性小和透明度高又给水中浮游生物特别是藻类的繁 殖创造了良 好条件。因而，湖水一般含藻类较多，使水产生色、嗅、味。同时， 水生物死亡残骸沉积湖底，使湖底淤泥中 积存储了 大量腐殖质， 一经风浪泛起， 便使水质恶化，湖水也易受废水污染。同时，由于湖水不断得到补给又不断蒸 发浓缩，故湖水含盐蚤往往比 河水高f l随着人类对水资源的开发利用，地表水源污染日 趋严重。这是当今世界范 围所面临的普遍问 题。 特别是有机物的污染
3、是当今更严重的问题。目 前己知的 有机化合物种类多达到4 0 0 万种， 其中 人工合成化学物质已 超过4 万种， 例如 生活污水和工业废水的排放，农业上使用的 化肥、除草剂和杀虫剂的流失等等， 使水源中污染物种类和数量不断 增加， 水质不断恶化。 在进入水体的品种繁多 的化学物质中，有机物种类和数量最多，还有一些重金属离子等。不少有机污 染物对人体有急性或慢性、直接或间接的毒害作用，其中包括致癌、致畸和致 突变作用。现已 发现给水水源中有2 2 2 1 种有机物，饮用水中有7 6 5 种，并确认 其中2 0 种为致癌物， 2 3 种为可疑致癌物，1 8 种为促癌物，5 6 种为致突变物，筑
4、龙 网 w w w . z h u l o n g . c o m天津大学硕士学位论文第一章 绪论总计1 1 7 种有机物优先控制的污染物12 据统计3 ，我国七大江河和内陆河的 1 1 0个重点河段符合 地表水环境质 量标准( G B 3 8 3 8 - 2 0 0 2 ) 1 . 1 1 类的仅占3 2 %, 1 1 1 类的占2 9 % ,属于1 V . V类 的占3 9 %。有8 2 %的;C C 、河、湖泊受到污染，9 2 %的城市面临水污染的威胁气水源污染给人类健康带来了 严重威胁。解决的办法一是保护水源，控制污染;二是强化水处理工艺。1 . 1. 2微污 染 地表水依据 地表水环
5、境质量标准( G B 3 8 3 8 - 2 0 0 2 ) , I 类水适用于源头水、国 家自 然保护区，I I Im类水适用于集中式生活饮用水的地表水源水。 本文所讨 论的微污染水是指W类水、V 类水以 及劣V 类水。即适用于一般工业用水、人 体非直接接触的娱乐用水、农业灌溉用水以 及略劣于以上水质的水体。1 . 2 微污染水源水的净化技术1 . 2 . 1 传统工艺“ 加药混凝一沉淀一过滤一 消毒” 为生活饮用水的常规处理工艺。以地表水 为水源的水厂主要采用这种工艺流程。其处理对象主要是水中悬浮物和胶体杂 质。原水加药后， 经混凝使水中悬浮物和胶体形成大颗粒絮凝体， 而后通过沉 淀池进行
6、重力分离。 过滤是利用粒状滤料截流水中杂质， 用以 进一步降低水的 浊度，同时对水中某些有机物、细菌及病毒等的去除也有一定的效果。消毒是 灭活水中致病微生物。然而此工艺去除的有机物主要为分子盘大于 1 0 0 0 0的部 分，对低分子量有机物的去除作用很小。 如果希望提高给水处理中对有机物的 去除效率，单纯依靠常规处理是不可能实现的“ 因此针对微污染水源通常在 传统工艺前后分别强化预处理或增加预处理和深度处理，如臭氧或高锰酸钾氧 化法、粉末或粒状活性炭吸附法、生物氧化法、合成树脂吸附法、光化学氧化 法及膜分离技术等。1 .2 .2 膜分离技术1 . 2 . 2 . 1 膜分离技术概述膜广泛的存
7、在于自 然界中， 特别是生物体内， 早在 1 7 8 4年法国学者 A b b e天津大学硕士学位论文第一章 绪论N o l l e t 就发现水能自 然扩散到装有酒精的猪膀肤内，首次揭示了膜分离现象叭 2 0世纪，现代化电子显微镜的问世，证实了存在于动植物体内的细胞膜。1 9 5 0 年朱达制成了具有使用价值的离子交换膜 ， 大大促进了合成膜技术的发展。 1 9 5 3 年美国开始进行反渗透的研究，1 9 6 0年洛布和索里拉金教授制成了第一张高通 量和高脱盐率的醋酸纤维膜t o t ，直到 1 9 6 3年杜布福特才制成了第一个膜渗析器 1“ 1 a 1 9 6 8 年美国学者 S m i
8、 t h等人首次 用超滤膜过滤活性污泥，开始了超滤膜生 物反 应器 ( U l t r a f i lt r a t i o n M e m b r a n e B i o - R e a c t o r , U M B R ) 处理污水的研究D x 1所谓膜分 离( M e m b r a n e S e p a r a t io n ) 是 指在 某种 推动力 作 用下， 利用 膜的 选择透过性进行分离和压缩的方法。这里的膜是指在一种流体相内 或是两种流 体相内之间的一层薄的凝聚相物质 ( 固态或液态) ，它把流体分为两个互不相通 的部分，但两部分之间可以进行物质传递11 1 。无论是固态
9、膜还是液态膜都必须具有两个明显的特征:一是必须有两个界面，两个界面与两侧流体接触，二是 膜具有选择透过性，可以使流体中的一种或几种物质通过， 而将其它物质截留。目 前的膜分离技术有:微滤 ( M i c ro f i l t r a t i o n , M F ) 、 超滤 ( U l t r a fi l t r a t i o n , U F ) 、 纳滤( N a n o fi l t r a t i o n , N F ) 、 反渗透( R e v e r s e O s m o s i s , R O ) , 渗析( D i a l y s i s , D ) 、电 渗析 ( E l
10、 e c tr o d i a ly s i s , E D ) ,渗 透汽化 ( P e r v a p o r a t io n , P V ) , 膜蒸馏( Me m b r a n e D i s t i l l a t i o n , MD ) 、 膜萃取 ( M e m b r a n e E x t r a c t io n , ME )等。膜分离的推动力可以是膜两侧的压力差、电位差或浓度差。水处理中常以压力差为 推动力，采用的膜技术有微滤、超滤、纳浦和反渗透。反渗透是利用膜有选择 的滤过溶剂 ( 通常是水)而截留离子物质的性质，以 膜两侧静压差为推动力， 克服溶剂的渗透压，使溶
11、剂通过反渗透膜而实现对液体混合物分离的过程。与 反渗透相比，微滤和超滤的操作压力低、透水量大。纳滤是在反渗透膜过程的 基础上发展起来的新型压力驱动膜，选择性介于反渗透和超滤之间，分离性能 优良 1 14 1 。 各种膜分离技术的 截留 性能及工作压力如图1 - 1 所示。膜的性能主要由 膜材料决定.膜材料可分两大类:无机材料和有机材料。 有机材料包括天然改性材料和高分子复合材料。无机材料主要有金属、陶瓷、 玻璃、碳分子筛和沸石等材料.由无机材料制成的无机膜适应环境的能力强， 耐高 温、酸、碱， 但制作复杂，不易控制膜结构。天然改性材料即粗壮纤维素， 具有良 好的成膜性能，易于酩化、醚化、接枝、
12、共棍、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，但在较高温度和酸、 碱 条件下易发生水解，对很多有机物或一些无机物分离率较低。高分子复合材料 由单体聚合而成，具有良好的成膜性能，易于控制膜结构，具有疏水性、耐高 温、 耐有机溶剂，总之， 其耐酸耐碱能力强.高分子复合材料种类繁多， 应用 也 很 广， 较常 用的 有 聚 讽( P S ) , 聚 偏氟乙 烯 ( P V D F ) , 聚乙 烯 醉(P V A ) , 聚丙 烯晴天津大学硕士学位论文第一章 绪论( P A N ) ,聚酞胺 ( P A ) 等。截留粒子尺度( p m )工作压力 ( M F a )
13、M F 1 0 - rO F 1 0 - s - 1 0 - 1N F 1 V- 1 0 - 2R O 1 0 - - 1 0 - 2 !J 1命 细 菌 、 悬 浮 k 体 、 固 体 微 粒 *大 分 子 有 机 物审精、小分子有机物、名价敖 、V单 价 敖m g 几1 6 . 1 9 2 2 . 6 21 7 . 7 8U V 2 5 y C m0 . 2 1 4 - -0 . 3 2 80 .2 5 8UV i 7 0 C M 0 . 0 4 3 . 0 . 1 0 60 . 0 7 6天津大学硕士学位论文第三章 试验结果分析与讨论表 3 - 3二阶段原水水质水 质 指 标范围平 均
14、值水温，1 6 . 8 - 2 3 . 61 9 . 8浊度， m g / L1 4 . 1 - - 4 7 . 92 3 . 1p H8 . 0 3 9 . 0 98 . 4 7C O D , , m g 几1 0 . 3 5 1 8 . 8 71 4 41U V z s a , c m 0 . 1 7 3 - -0 . 2 4 60 . 2 2 3 -N4 10 c m _ ,0 . 0 5 2 - -0 . 1 0 90 . 0 7 2表 3 - 4三阶段原水水质水 质 指 标范围平 均 值水温，4 . 8 1 5 . 79 . 8 5浊度，m g / L6 . 5 1 2 . 61 0
15、 . 5p H7 . 6 2 8 . 1 57 . 8 9C O D s , , m g / L6 . 7 4 1 0 . 8 29 . 2 8U V 2 5 , , c m . ,0 . 1 5 2 - -0. 2 2 70 . 1 7 1U V a i o C M -0 . 0 2 4 0 . 0 4 50 . 0 3 5细菌总数，C F U / m L2 2 0 0 “ - 41 6 03 1 8 0从表 3 - 2和表 3 - 3中可以 看出青年湖湖水的一些水质指标劣于国 家地表水环境质量标准中的V类水。3 .2 运行参数由于运行初期水温较低，三代移动式水净化装置采用前期强化混凝的工艺
16、 参数运行， 絮凝剂F e C 13 投量为1 2 0 m g / L ， 粉末活性 炭 投量为8 0 m g / L 。 至4 月 2 9 日 经混凝实验确定F e C l , 投量改为8 0 m g / L 共运行三天。 气水比 为1 5 : t o混凝实验采用六联搅拌实验确定絮凝剂的最佳投量，分别取不同投加浓度 的上清液测C O D , , 的去除率，结果如图3 - 1 所示。天津大学硕士学位论文第三章 试验结果分析与讨论00111 64，0 1-一一一 一 一 一 一一 一 一七一 - 一. 山2 0 4 0 6 0 8 0 1 0 0 1 2 0岁并渔邢曰芝乙0。F e C I 投 药 量( m om)图3 - 1絮凝剂投量实验从图中可以 看出， F e C l ， 投药量在2 0 - - 4 0 m g / L时， C O D *去除率呈快速上升 阶段，
