以资源化为目标的新型生活污水处理工艺预处理研究

【摘要】：当前污水处理面临着工艺日趋复杂、能耗不断升高、资源难于回收等问题并促使人们依照可持续发展观的要求，从节能低碳以及资源化角度，重新审视现行污水处理体系。本论文在比较目前不同污水资源化方式优缺点的基础上，探讨了基于末端分离的新型污水资源化路线，首次提出了利用混凝和过滤组合工艺作为预处理浓缩过程的关键处理过程，并对混凝－微滤和混凝－动态膜两种浓缩预处理技术可行性进行了初步研究。 末端分离指污水在末端污水厂完成浓缩预处理后，分别得到富含有机物的污水浓缩液和低浓度污水，再进行下一步的资源化利用。论文选择混凝和过滤过程相结合的工艺路线，探讨了混凝－微滤过程和混凝－动态膜过程浓缩污水的可行性。论文比较了PAC、氯化铁、PFS、硫酸铝四种混凝剂的有机物去除效果，并分析了相应混凝污泥的粒径分布和分形维数等与过滤性能相关的形态特征，筛选出聚合氯化铝为适宜的混凝剂。超滤杯实验表明具有吸附和混凝功能的硅藻土在膜面上形成的泥饼层可以减轻膜污染并提高有机物截留率及膜通量恢复能力。有机物截留率分别从71%提高到91%。考察混凝－微滤反应器运行特征。在以硅藻土/PAC为复合混凝剂时，膜污染速率慢，浓缩液有机物浓度在第五小时达到2500mg/L，其中44%有机物浓缩于浓缩液中。混凝－微滤过程可以分为持续浓缩和稳定浓缩两个阶段，模型计算表明浓缩效果与进水有机物浓度、进水通量、浓缩液排放比、有机物衰减速率等因素相关。混凝－动态膜实验表明，在100L/m2h高通量恒流条件下，混凝污泥短时间内在滤布表面形成动态膜，形成过程可以分为泥饼过滤和中间过滤两个阶段。动态膜截留效果在中间过滤阶段压差达到50kPa时达到最佳。考察混凝－动态膜反应器运行特性，滤布孔径和混凝剂种类影响浓缩效果。孔径小的130滤布优于621滤布，硅藻土略优于PAC。污水有机物最终富集在浓缩液或者动态膜泥饼层中。 【关键词】：生活污水资源化 末端分离 污水浓缩 膜混凝反应器 混凝动态膜
【学位授予单位】：清华大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2012
【分类号】：X703
【目录】：

• 摘要3-4
• Abstract4-5
• 目录5-8
• 第1章 绪论8-24
• 1.1 生活污水资源化处理概况与发展现状8-14
• 1.1.1 可持续发展观对污水资源化处理的要求9-10
• 1.1.2 基于传统污水处理工艺的污水资源化处理10-12
• 1.1.3 基于源分离的分散式污水资源化处理12-13
• 1.1.4 其他污水资源化手段13-14
• 1.1.5 小结14
• 1.2 基于“末端分离”的新型生活污水资源化处理路线14-22
• 1.2.1 污水资源化的潜力15-16
• 1.2.2 对现行污水处理系统的反思16-17
• 1.2.3 新型可持续污水资源化处理路线的探索与酝酿17-18
• 1.2.4 基于“末端分离”的新型生活污水资源化处理路线18-19
• 1.2.5 混凝－微滤浓缩工艺19-21
• 1.2.6 混凝－动态膜浓缩工艺21-22
• 1.3 研究目的和研究内容22-24
• 1.3.1 研究目的22-23
• 1.3.2 研究内容23
• 1.3.3 技术路线23-24
• 第2章 实验装置与测试方法24-30
• 2.1 实验装置24-26
• 2.1.1 混凝实验装置24
• 2.1.2 超滤杯实验装置24-25
• 2.1.3 混凝－微滤浓缩反应器25
• 2.1.4 混凝－动态膜反应器25-26
• 2.2 实验材料26-27
• 2.2.1 主要实验材料和试剂26-27
• 2.2.2 实验仪器27
• 2.3 测试方法27-30
• 2.3.1 分形维数测试方法27-28
• 2.3.2 膜阻力测试方法28-29
• 2.3.3 污泥比阻测试方法29
• 2.3.4 动态膜扫描电镜观察29
• 2.3.5 常见指标的测试方法29-30
• 第3章 混凝剂的筛选和混凝污泥的过滤性质研究30-45
• 3.1 实验装置与方法30-31
• 3.2 有机物混凝去除效果及产泥量31-34
• 3.2.1 不同混凝剂的最佳投加量32-33
• 3.2.2 不同混凝剂的化学污泥产量33-34
• 3.2.3 水质波动对混凝效果的影响34
• 3.3 混凝剂投加量对污水悬浮物质粒径的影响34-38
• 3.3.1 投加 PAC 时污水悬浮物质粒径分布的变化35
• 3.3.2 投加 PFS 时污水悬浮物质粒径分布的变化35-36
• 3.3.3 投加氯化铁时污水悬浮物质粒径分布的变化36-37
• 3.3.4 投加硫酸铝时污水悬浮物质粒径分布的变化37-38
• 3.4 混凝剂投加量对化学污泥分形维数的影响38-43
• 3.4.1 投加 PAC 时化学污泥分形维数的变化38-39
• 3.4.2 投加 PFS 时化学污泥分形维数的变化39-40
• 3.4.3 投加氯化铁时化学污泥分形维数的变化40-41
• 3.4.4 投加硫酸铝时化学污泥分形维数的变化41-43
• 3.5 本章小结43-45
• 第4章 基于混凝－微滤过程的生活污水浓缩过程研究45-60
• 4.1 引言45-46
• 4.2 实验装置与方法46-47
• 4.2.1 实验装置46
• 4.2.2 实验方法46-47
• 4.3 生活污水混凝－微滤过程中泥饼层对膜污染影响的研究47-51
• 4.3.1 混凝－微滤过程中泥饼层对膜通量的影响47-49
• 4.3.2 混凝－微滤过程中阻力分布情况49
• 4.3.3 泥饼层对有机物截留效果的影响49-50
• 4.3.4 泥饼层对膜通量恢复效果的影响50-51
• 4.3.5 混凝吸附形成的絮体性质对泥饼层的影响51
• 4.4 混凝－微滤反应器浓缩生活污水过程研究51-58
• 4.4.1 浓缩过程中平板膜截留效果及稳定性52
• 4.4.2 基于硅藻土的混凝－微滤过程研究52-54
• 4.4.3 基于硅藻土/PAC 复配强化混凝－微滤过程研究54-56
• 4.4.4 混凝－微滤浓缩过程的影响因素分析56-58
• 4.5 结论58-60
• 第5章 基于混凝－动态膜过程的生活污水浓缩研究60-74
• 5.1 引言60-61
• 5.2 实验装置和方法61-62
• 5.2.1 实验装置与材料61
• 5.2.2 实验方法61-62
• 5.3 混凝动态膜形成机理研究62-68
• 5.3.1 动态膜形成模型研究62-65
• 5.3.2 污泥浓度对动态膜形成及截留性质的影响65-68
• 5.4 滤布种类对混凝动态膜浓缩反应器的影响68-70
• 5.5 混凝剂种类对混凝动态膜浓缩反应器的影响70-73
• 5.6 结论73-74
• 第6章 结论与建议74-76
• 6.1 结论74-75
• 6.2 建议75-76
• 参考文献76-81
• 致谢81-83
• 个人简历、在学期间发表的学术论文与研究成果83

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