去除水中有害金属离子的膜化学反应器研制及其机理研究

论文摘要

工业废水成分复杂、毒性大,尤其是工业废水中含有多种有害金属离子,不能被环境中的微生物降解,会通过食物链逐渐富集,对人和生物有很强的毒害作用。研究去除工业废水中有害金属离子的机理及处理设备的研制对消除有害金属的危害、加强有害金属和废水的回收利用、促进清洁生产具有重要的意义。本课题重点研究化学混凝-微滤工艺处理含241Am放射性废水和铅蓄电池生产废水,并利用激光测速仪（LDA）测定了膜反应器内的流速分布,为优化反应器结构及运行条件提供了数据支持。处理放射性废水的试验主要分为“冷试验”和“热试验”两部分。冷试验采用自来水代替原水投加铁盐来观察膜的抗污染能力,为热试验提供运行参数;通过热试验来考察装置处理放射性废水的实际效果。冷试验装置累计处理水量5177.6 L,排泥28 L,出水浊度低于0.5 NTU。在热实验中发现,该装置直接处理放射性原水难以达到排放要求,调节进水pH值为24后投入KMnO4氧化处理,去除水中的表面活性剂等有机物,再经化学混凝-微滤工艺处理,出水水质非常好。当原水含241Am放射性活度为89011900 Bq/L时,处理后出水241Am活度低于1 Bq/L的排放标准,去污系数达47600。采用混凝-微滤工艺处理含铅废水试验,分烧杯混凝试验和装置运行试验两阶段进行,分别以NaOH和石灰为沉淀剂运行膜反应器。以NaOH为沉淀剂处理水量1596.8 L,浓缩倍率为1247.5。出水总铅浓度为0.001～0.052 mg/L,浊度低于0.2 NTU。以石灰为沉淀剂共处理水量1401.6 L,浓缩倍率为876。出水总铅浓度为0.0010.14 mg/L,浊度低于0.4 NTU。试验中发现原水中铁的存在促进了铅的去除,反应器中硫酸根浓度对膜通量有很大影响。针对混合液的性质和膜分离的操作条件对膜污染特性进行了研究,并提出了控制膜污染的措施。化学混凝-微滤膜工艺的运行中会出现临界污泥浓度（critical mixed liquor suspended solid,CMLSS）,CMLSS主要受膜污染程度、混合液污泥的粒度分布、膜面剪切流速以及运行方式等因素的影响。可针对运行中膜阻力各部分的变化规律,采取有效的方法减缓膜的污染。通过采用LDA技术测定膜反应器内的流速分布状况,研究不同类型的导板、曝气强度对膜面附近混合液主体流速的影响,进而优化膜反应器的结构及运行条件。加设导流板可以显著增大混合液在膜面附近的上升时均流速,同时脉动流速也有所增大。设置波纹板可提高混合液的紊动性。

论文目录

• 中文摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 水污染与水危机
• 1.2 有害金属工业废水的危害
• 1.3 有害金属的工业废水处理现状
• 1.3.1 有害金属的工业废水的传统处理工艺
• 1.3.2 膜分离技术在有害重金属废水处理中的应用
• 1.4 膜技术处理有害金属的工业废水存在的问题
• 1.5 絮凝膜分离反应器的优化
• 1.6 课题的研究背景、目的及主要内容
• 1.6.1 研究背景
• 1.6.2 研究目的及主要研究内容
• 第二章 化学混凝膜分离去除水中有害金属离子的机理
• 2.1 混凝作用及其影响因素
• 2.1.1 混凝作用机理
• 2.1.2 混凝的影响因素
• 2.1.3 有害金属的絮凝机理
• 2.2 微滤膜分离过程及膜污染
• 2.2.1 微滤膜分离技术
• 2.2.2 化学絮凝膜分离过程中的膜污染
• 2.3 化学絮凝微滤膜分离技术
• 2.4 小结
• 241Am 放射性废水处理试验研究'>第三章 含²⁴¹Am 放射性废水处理试验研究
• 241Am 反应机理'>3.1 混凝微滤去除²⁴¹Am 反应机理
• 3.2 试验装置
• 3.2.1 试验装置简图
• 3.2.2 装置设备及材料
• 3.3 主要分析项目和测定方法
• 3.4 运行试验结果分析
• 3.4.1 自来水模拟试验（冷试验）
• 3.4.2 放射性废水处理试验（热试验）
• 3.5 小结
• 241Am 废水处理设备的研制及现场运行'>第四章 含²⁴¹Am 废水处理设备的研制及现场运行
• 4.1 设备研制的指导思想
• 4.2 工艺流程选择
• 4.2.1 系统主要工艺参数
• 4.2.2 设备运行的控制
• 4.3 主要处理单元
• 4.3.1 氧化槽
• 4.3.2 膜分离反应器（MR）
• 4.3.3 缓冲水箱
• 4.3.4 备用水箱
• 4.4 设备运行的操作控制
• 4.5 运行中的安全保障措施
• 4.6 现场运行结果
• 4.7 小结
• 第五章 含铅废水处理试验结果与分析
• 5.1 废水中铅的去除机理
• 5.2 烧杯试验
• 5.2.1 最佳pH 的选择
• 5.2.2 原水铅浓度对去除效果的影响
• 5.2.3 试验中铁盐的作用机理
• 5.3 运行试验
• 5.3.1 试验装置
• 5.3.2 主要分析项目和测定方法
• 5.4 运行试验结果分析
• 5.4.1 进出水总铅浓度及铅的去除率
• 5.4.2 出水总铅浓度与出水pH的关系
• 5.4.3 膜比通量的变化
• 5.4.4 混合液污泥浓度MLSS 的变化
• 5.4.5 浓缩污泥成分分析
• 5.5 小结
• 第六章 膜污染及其减缓措施
• 6.1 化学絮凝膜分离过程的膜阻力
• 6.1.1 膜阻力的构成
• 6.1.2 出水膜通量与过膜阻力的关系
• 241Am 废水处理冷试验各阶段的膜阻力'>6.1.3²⁴¹Am 废水处理冷试验各阶段的膜阻力
• 6.2 临界污泥浓度的出现机理及影响因素
• 6.2.1 临界混合液悬浮物浓度的产生机理
• 6.2.2 临界混合液悬浮物浓度的影响因素
• 6.3 膜污染的影响因素和控制方法
• 6.3.1 膜污染的影响因素
• 6.3.2 减缓膜污染的方法
• 6.4 小结
• 第七章 LDA 测速优化膜反应器结构
• 7.1 试验原理
• 7.1.1 LDA 测定流速的机理
• 7.1.2 气液两相流的流速的测定
• 7.2 实验装置及测试仪器
• 7.2.1 试验装置
• 7.2.2 激光多普勒测速仪（LDA）
• 7.2.3 仪器坐标与实验室坐标的转化
• 7.2.4 实验参数的设定
• 7.3 试验结果分析与讨论
• 7.3.1 无导板与平板导板时反应器内的流态变化
• 7.3.2 大波纹板与平板导流板时反应器内的流态变化
• 7.3.3 大波纹板与小波纹板导流板时反应器内的流速变化
• 7.3.4 导板与膜组件距离不同时反应器内的流态变化
• 7.3.5 导板上沿与液面距离不同时反应器内的时均流速变化
• 7.3.6 大出水量与小出水量时反应器内的流速变化
• 7.3.7 曝气强度对反应器内的流态分布的影响
• 7.4 建议
• 7.5 小结
• 第八章 结论
• 参考文献
• 发表论文和科研情况说明
• 致谢