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天津万吨级海水淡化工程预处理工艺的研究

作　者: 王庆文
导　师: 罗亚田；张大群
学　校: 武汉理工大学
专　业: 环境工程
关键词: 反渗透海水淡化强化混凝消毒微滤
分类号: P747
类　型: 硕士论文
年　份: 2006年
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内容摘要

天津是中国最大的淡水极缺的海滨城市。目前设计和兴建的天津经济技术开发区万吨级海水淡化预处工程，可以有效地解决开发区未来发展对水资源的需求问题。渤海湾地区海水低温低浊度、有机物、胶体物质、悬浮物以及细菌等较其他海域高，属于海水第Ⅳ类水体的水质。本论文即是针对渤海湾海水的水质，开展对该海水预处理方法及工艺的研究。根据该海水水质和天津的条件，初步筛选出强化化学混凝、物理消毒和膜滤等单元处理方法为具体试验研究对象，分别考察它们对浊度、悬浮物、UV₂₅₄、COD_Mn和细菌的去除效果。通过研究确定一套适合于天津万吨级海水淡化预处理工程应用且经济可行、运行稳定的最优工艺方案，为该工程预处理工艺的设计提供依据。强化混凝实验即是将FeCl₃·6H₂O、聚合氯化铝（PAC）和聚丙烯酰胺（PAM）三者复配应用。正交实验表明，当FeCl₃·6H₂O、PAC和PAM的投加量分别为4mg／L、0.5mg／L和0.3mg／L，反应温度为15℃时为最佳组合工作条件。三者对浊度去除率影响的主次为：FeCl₃投加量，PAM投加量，PAC投加量和温度。在该工作条件下，浊度的去除率为96％，COD_Mn的去除率为40％，UV₂₅₄的去除率为19％。采用紫外线（UV）、臭氧（O₃）、脉冲电解海水以及臭氧-紫外线（O₃-UV）协同等方法对海水中的细菌进行消毒实验的结果表明，单独使用任何一种消毒方法均存在反应时间长的缺陷。而采用UV-O₃协同消毒，在反应时间为20min时，细菌去除率可达到95.37％。正交实验结果表明，当O₃剂量为2mg·min／L、UV辐照时间和O₃的接触时间均为10min，UV辐照剂量为12W／L，pH值为8.83时为最优的工艺条件。它们对细菌去除率影响的主次为：O₃流量，UV照射时间，臭氧反应时间，pH值。对“聚合硫酸铁（PFS）混凝+粉末活性炭吸附（PAC）+微滤膜（MF）过滤”组合法进行实验的研究表明，PFS和PAC的投加量分别为5mg／L，1.8g／L时，浊度在95％的保证率下小于0.1NTU，COD_Mn的去除率为25％～57％，最高值没有超过3mg／L，SDI₁₅在2～2.5之间，出水总铁平均值为0.045μg／L。该工艺的出水水质优良，完全满足反渗透膜的进水水质要求。同时，PFS、PAC的投加和紊动的水力条件有效的缓解了膜污染的问题。最后，对“O₃-UV消毒+强化混凝+沉淀”和“混凝+活性炭吸附+微滤”两种预处理工艺进行比较，确定以“O₃-UV消毒+强化混凝+沉淀”工艺作为该工程的推荐工艺。经成本核算得出，单位运行成本分别为0.411元／m³，比常规“混凝+消毒+沉淀”成本下降了0.049元／m³，且有效地提高了出水水质。

全文目录

中文摘要  4-5
Abstract  5-9
第1章绪论  9-29
  1.1 水资源问题  9-11
  1.2 海水淡化产业的现状、前景和远程引水的对比  11-14
  1.3 海水淡化的意义  14
  1.4 海水淡化技术  14-20
    1.4.1 多级闪蒸(MSF)  15-16
    1.4.2 多效蒸发(MED)  16-17
    1.4.3 压气蒸馏(VC)  17-18
    1.4.4 电渗析(ED)  18
    1.4.5 反渗透淡化法(SWRO)  18-19
    1.4.6 其他新型方法  19-20
  1.5 海水淡化技术的投资及性能比较  20
  1.6 海水淡化技术的应用与发展  20-22
  1.7 海水淡化预处理技术  22-27
    1.7.1 蒸馏法预处理技术  24
    1.7.2 SWRO淡化的预处理工艺  24-27
  1.8 本课题研究的目的和意义  27
  1.9 本课题研究的内容及技术路线  27-29
    1.9.1 研究内容  27-28
    1.9.2 技术路线  28-29
第2章渤海湾海水水质分析  29-33
  2.1 渤海湾海水中主要离子含量及其含盐量  29
  2.2 海水环境中的微生物  29-30
  2.3 泥砂  30
  2.4 浊度  30
  2.5 原水的粒度分布  30-31
  2.6 其他理化指标  31-32
  2.8 本章小结  32-33
第3章渤海湾海水强化混凝预处理的实验研究  33-43
  3.1 实验装置及分析方法  33-38
    3.1.1 实验装置、实验流程及实验操作  33-34
    3.1.2 主要分析项目和测定方法  34-38
  3.2 结果与讨论  38-41
    3.2.1 正交实验确定混凝最佳反应条件  38
    3.2.2 正交实验结果分析  38-39
    3.2.3 动态实验考察强化混凝对各项指标的去除效果  39-41
  3.3 本章小结  41-43
第4章渤海湾海水预处理工艺的消毒实验研究  43-59
  4.1 实验装置及分析方法  43-46
    4.1.1 实验装置及基本参数  43-44
    4.1.2 主要分析项目和测定方法  44-46
  4.2 结果与讨论  46-57
    4.2.1 紫外线消毒实验  46-48
    4.2.2 臭氧(O_3)消毒实验  48-52
    4.2.3 脉冲电解海水的消毒实验  52-54
    4.2.4 臭氧-紫外线(O_3-UV)协同的消毒实验  54-57
  4.3 本章小结  57-59
第5章渤海湾海水预处理膜法的实验研究  59-75
  5.1 实验装置及分析方法  59-66
    5.1.1 膜法预处理工艺动态实验  59-62
    5.1.2 膜污染过程的模拟实验  62-65
    5.1.3 分析方法  65-66
  5.2 结果与讨论  66-73
    5.2.1 出水浊度的去除情况  66-67
    5.2.2 COD_(Mn)的去除情况  67
    5.2.3 SDI_(15)的变化情况  67-68
    5.2.4 出水总铁的含量  68
    5.2.5 微滤膜压差(TMP)和膜比通量的变化  68-70
    5.2.6 膜污染的问题及其污染过程的模拟分析  70-73
  5.3 本章小结  73-75
第6章天津万吨级海水淡化工程最佳预处理工艺流程的确定  75-82
  6.1 海水水质及设计规模  75-76
    6.1.1 海水水质  75-76
    6.1.2 设计水量  76
    6.1.3 淡化水用途  76
  6.2 预处理工艺的筛选  76-79
    6.2.1 方案(一):O_3-UV消毒+强化混凝+沉淀  77-78
    6.2.2 方案(二):混凝(PFS)+粉末活性炭吸附(PAC)+微滤膜(MF)过滤  78-79
  6.3 最佳预处理工艺的投资估算及运行成本的初步分析  79-82
    6.3.1 投资估算  79-80
    6.3.2 生产成本分析  80-82
第7章结论及对后续研究的建议  82-84
参考文献  84-87
致谢  87-88
发表论文和科研情况说明  88

天津万吨级海水淡化工程预处理工艺的研究

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