摘 要

随着我国经济蓬勃发展，工业园区的废水污染日趋严重。但多数工业园区的废水处理仍采用常规的处理工艺，导致有机物的去除效果不明显，这迫切需要对工业园区的废水处理系统尾水进行深度处理后达标排放或循环利用。

本论文以宜兴市官林镇工业集中区污水处理厂二级出水为处理对象，研究超滤-反渗透工艺用于处理二级污水的处理效能，并且在此基础上研究了沸石粉预涂工艺在超滤膜系统中的应用效果。根据超滤膜通量变化及水样处理效果,比较研究了沸石粉和不同浓度的改性沸石粉（载铈沸石粉）预涂方案。结果表明，超滤-反渗透工艺对尾水处理效果较好，满足国家规定的排放标准，并可作为回收利用水。预涂对超滤膜形成“保护层”，维持较高膜通量，减缓膜污染。同时，预涂可提高超滤膜对水中颗粒、悬浮物、胶体以及有机物的去除率，更好的改善水质。实验结果表明，预涂层采用0.03mol/L六水硝酸铈改性后的沸石粉对有机物去除和膜污染的控制效果最佳。

关键词：尾水；超滤-反渗透工艺；沸石粉；预涂层；膜污染

Deep Treatment Technology Research on Industrial Zone Wastewater in Guanlin of Yixing

ABSTRACT

With the booming economies of our country, water pollution has become increasingly serious in industrial zone. However, in the majority of the industrial zone, conventional treatment processes are widely adopted in wastewater treatment, which are inefficient in some organic matter removal. Therefore, the tail water of industrial zone’s sewage treatment system is in urgent need for advanced treatment to meet the discharge and reuse standard.

The secondary effluent of sewage treatment plant in Guanlin of Yixing was studied in the thesis. The treatment efficiency of the secondary effluent with the UF-RO process and the research of powdered zeolite process on ultrafiltration system were studied. According to the change of membrane flux and the water quality treatment efficiency, powdered zeolite and different levels of modified powdered zeolite (Cerium loaded powdered zeolite) were pre-coated. The results showed that the removal efficiency of tail water with UF-RO process was better, meeting the discharge standard of state regulations and reuse standard. Pre-coating could form the “protective film” on the ultrafiltration membrane surface, improving membrane flux and preventing effectively the membrane fouling. At the same time, pre-coating ultrafilitration process could improve the efficiency of particles, suspended solids, colloid and organic matter in the secondary effluent of sewage treatment plant, and improve water quality. The study showed that powdered zeolite modified with 0.03 mol/L cerium nitrate hexahydrate could improve the efficiency of organic matter and control the membrane fouling most obviously.

Keywords: Tail water; UF - reverse osmosis process; Zeolite Powder; Pre-coating; Membrane fouling.

目 录

1 绪论 1

1.1 研究背景 1

1.2 膜分离技术 2

1.3超滤技术 3

1.4反渗透技术 4

1.5膜污染 5

1.5.1膜污染概述 5

1.5.2膜污染形成原因 6

1.5.3膜污染控制措施 6

1.6 沸石利用概述 7

1.6.1天然沸石简介 7

1.6.2沸石改性方法 8

1.7研究目的和意义 9

1.8研究内容 9

2 研究内容与方法 11

2.1 水质状况 11

2.2 实验装置 12

2.3实验仪器及试剂 12

2.3.1 实验仪器 12

2.3.2 实验试剂选择 13

2.3.3 膜的选择 14

2.4 中试实验内容 15

2.4.1 双膜法工艺运行流程 15

2.4.2 常规检测指标 16

2.4.3 改性沸石粉的制备 18

2.4.4 亲疏水性实验 18

2.5 标准曲线的绘制 21

2.5.1 总氮（TN）标准曲线绘制 21

2.5.2 总磷（TP）标准曲线的绘制 22

3 超滤预涂层技术研究 24

3.1预涂层对超滤膜通量的影响 24

3.2 预涂层对超滤进出水浊度的影响 26

3.3 预涂层对超滤进出水UV的影响 27

3.4 预涂层对超滤进出水化学需氧量（COD_cr）的影响 28

3.5 预涂层对超滤进出水总氮（TN）、总磷（TP）的影响 30

3.6 有机物亲疏水性组分研究结果 31

3.7 预涂层电镜及能谱分析 33

3.8 预涂层-超滤出水红外光谱分析 36

3.9 本章小结 37

4 双膜法处理运行研究 39

4.1 中水回用的必要性 39

4.2 反渗透膜污染控制 39

4.3 工业集中区废水深度处理实验研究 40

4.4 双膜法进出水常规指标去除效果 43

4.5 本章小结 45

结论 46

致谢 47

参考文献 48

1 绪论

1.1 研究背景

近年来，随着全国各地工业集中区的数量不断增加和规模的扩大，工业集中区用水量需求大大提高。同时，工业废水排放量日益增多，环境污染也日趋严重。2013年中国环境状况公报^[1]指出：全国总用水量总体呈缓慢上升趋势，其中生活和工业用水呈持续增加态势，所占总用水的比例逐渐增加，农业用水占总用水的比例则有所减少。在生产用水中，第二产业用水（包括工业用水和建筑用水）已占24.7%。2013年全国用水消耗总量为3201.8亿m³，耗水率（消耗总量占用水总量的百分比）为52%。其中，工业耗水量354.0亿m³,占用水消耗总量的11.1%，耗水率24%；城镇生活耗水量150.4亿m³,占用水消耗总量的4.7%，耗水率30%;农村生活耗水量245.5亿m³,占用水消耗总量的7.7%，耗水率85%。由于工业的发展，工业用水量逐年增加，工业污染也日趋严重。而我国虽淡水资源总量大，但人均淡水资源量小，仅为世界水平的1/4，是全球13个人均水资源最贫乏的国家之一。到20世纪末，全国600多座城市中，已有400多个城市存在供水不足问题。同时，我国水体水质状况日益恶化，环境现状形式严峻。河流、湖泊以及地下水都受到了不同程度的污染，而污染来源主要有生活污水、工业废水和农业污水等。由此，我们对工业集中区废水的深度处理目的就是使出水水质达标排放或循环利用，最终减轻水体污染和节约水资源。

工业集中区废水可分为生活污水、一般工业废水和高浓度废水。工业废水水质和水量因生产工艺和方式的不同而差别很大，所以不同行业排出的废水所含污染物成分各不相同。目前，我国大部分工业集中区废水处理仍采用常规的处理工艺，故很难取得较好的处理效果。因此，这迫切需要对工业集中区废水处理系统尾水进行深度处理后排放或循环利用。所谓深度处理是为了进一步去除常规处理工艺不能去除的污染物或消毒副产物，改善和提高水质。常用的深度处理方法有：絮凝沉淀法、砂滤法、活性炭法、臭氧氧化法、膜分离法、离子交换法等，其中膜分离法是水处理中具有发展潜力的一门技术^[2]。与常规工艺比，膜分离法具有出水水质好、稳定性高、占地面积小、能耗低等优点。此外，“十一五”以来，我国不断加大分离膜的研发和产业化推进力度，在膜制造技术创新和工艺改进上取得了突破性的进展。而伴随膜技术应用而生的膜污染是一直制约着膜应用的关键问题。目前人们尚未对膜污染的控制形成系统的理论和经验，所以对膜污染研究仍然是膜应用界需要研究的首要课题之一^[3]。