压力响应膜应用在饮用水处理工艺中的关键技术研究

本课题通过将具有压力响应性的膜应用于饮用水处理工艺中，并创新性的将悬浮澄清池中泥渣接触絮凝方式与RPM结合，借助循环接触微絮凝与膜过滤组合的工艺形式，采用实验、数值模拟和图像信息分析相结合的手段，着重解决膜法处理中工艺集成化设计与不可逆膜污染难以恢复的问题。通过对RPM性能的调控；膜过滤与污染恢复机理的解析；系统内泥渣絮体状态微观表征与宏观控制；循环微絮凝与RPM协同规律的揭示；工艺单元内水力环境的模拟与优化；安全、高效膜清洗模式的建立，在工艺设计理论、工艺组合形式、工艺运行模式三个层面建立循环接触微絮凝-压力响应膜过滤（CMC-RPMR）的饮用水处理工艺设计与运行理论体系。通过本课题的开展，完善和补充以"膜终端"过滤为核心的饮用水净化理论，探索一套"低药耗、短流程、高效能"的膜法饮用水处理工艺。

本项目将压力响应膜应用在饮用水处理工艺中，结合接触循环絮凝预处理工艺，重点对该组合工艺的工艺原理、参数控制、污染物的去除机理进行了研究，取得了以下的研究成果：（1）压力响应膜在外压无反洗操作时，随着操作压力的增大，膜表面的膜污染会加剧，然而膜的产水水质会得到明显的改善，这是由于膜表面发生了收缩形变的缘故；压力响应膜的最佳压力响应区间为0.035-0.055MPa，在此压力范围内进行反洗，压力响应膜表面会发生膨胀形变，膜表面孔径变大，污染物能够被有效地清除。（2）随着混凝剂投加量的逐渐增大，水中的胶体颗粒以及UV254的去除率逐渐增大，当混凝剂的投加量为20mg/l时，处理效果达到最佳；混凝过程中形成的絮体特性与水的处理效果和膜污染的程度有密切关系，形成的絮体粒径尺寸越大，结构越密实，絮体的分形维数就越大，水的处理效果就好，膜污染的程度就比较弱；反之，膜污染的程度就比较严重。在同样的过滤条件下，压力响应膜的抗污染性要比普通膜的稍差。（3）接触絮体的投加能够改变絮体的特性，提高污染物去除率，是一种减缓膜污染的有效方法。通过投加接触絮体，增加了絮体间的碰撞几率，强化了混凝效果，容易形成尺寸较大，分形维数较大的絮体，絮体在沉降的过程中，能够将水中的污染物吸附，网捕在絮体的表面，从而达到了提高污染物的去除率以及减缓膜污染的目的。通过本项目的研究，为低药耗、高效能、短流程的膜组合工艺在饮用水处理中的应用提供了设计资料和依据。