浸没式超滤膜处理含藻水及膜污染控制研究.pdf

国内图书分类号：TU991.2学校代码：10213
国际图书分类号：628.162密级：公开
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（宋体小4号字）（宋体小4号字）

工学博士学位论文
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（宋体小2号字）
浸没式超滤膜处理含藻水及
膜污染控制研究

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（黑体2号字）

博士研究生：张艳

冒号左侧导师：李圭白教授，院士
用黑体4
号字,冒号申请学位：工学博士
右侧用宋
体4号字，学科：市政工程
单倍行距
1.5。所在单位：市政环境工程学院
答辩日期：2011年6月
授予学位单位：哈尔滨工业大学

ClassifiedIndex:TU991.2（TimesNewRoman小4字）
U.D.C:628.162（TimesNewRoman小4字）

DissertationfortheDoctoralDegreeinEngineering
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（TimesNewRoman小2号字）

STUDYONTHEPERFORMANCEOFIMMERSED
ULTRAFILTRATIONFORALGAL-RICHWATER
TREATMENTANDCONTROLOF
MEMBRANEFOULING
（TimesNewRoman2号字加粗，题目太长时可用小2号字）

Candidate：ZhangYan
Supervisor：Prof.LiGuibai,Academicianof
CAE
AcademicDegreeAppliedfor：DoctorofEngineering
Speciality：MunicipalEngineering
Affiliation：SchoolofMunicipaland
EnvironmentalEngineering
DateofDefence：June,2011
Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology

摘要

摘要

由于工业的迅速发展，饮用水水源污染日益严重，尤其是富营养化现象频
繁发生，使得目前水厂普遍采用的常规饮用水处理工艺面临严峻的挑战。如何
有效的去除富营养化水体中的藻细胞及其分泌物已成为保障供水安全的关键性
问题之一。
采用超滤膜技术去除藻细胞及其分泌物是富营养化水体处理技术研究的新
方向。深刻理解藻细胞及其胞外分泌物生长代谢的基本规律和特征是寻找实用
性水处理技术和正确应用超滤膜技术的基础。论文以实验室培养的铜绿微囊藻
（Microcystisaeruginosa，M.aeruginosa）作为研究对象，从以下5个方面论
证超滤膜处理含藻水的可行性：1.通过定性和定量分析揭示了铜绿微囊藻细
胞及其分泌物随时间变化的基本规律和特点；2.对比研究了超滤（UF）和粉
末炭超滤（PAC/UF）生物反应器对含藻水的处理效果和跨膜压差（Trans-
membranePressure，TMP）变化及其机理；3.探讨了膜反应器的主要运行参
数以及原水水质对聚氯乙烯（Polyvinylchloride，PVC）超滤膜处理含藻水的
影响；4.通过中试试验研究了浸没式超滤膜处理受污染水源水的效果；5.研
究了不同清洗剂对受污染膜的清洗效能与机理。
通过对实验室培养的铜绿微囊藻及其胞外分泌物进行研究证实，铜绿微囊
藻细胞浓度随生长时间的增加逐渐增大，在稳定期达到最高值后又逐渐降低。
在生长对数期和稳定期时，铜绿微囊藻细胞的等电点在pH4~5之间，随着pH
值的增大电负性不断加强。研究还发现，在不同生长阶段胞外分泌物的主要成
分均为亲水性的大分子物质（大于30kDa）。在对分泌物的重要组成物质（碳
水化合物、蛋白质和藻毒素）进行分析后发现，其浓度均随藻细胞的生长繁殖
逐渐增加。随着时间的变化，碳水化合物与溶解性有机碳（DissolveOrganic
Carbon，DOC）比值逐渐降低，而蛋白质与DOC的比值以及蛋白质与碳水化
合物的比值均呈增加的趋势。
通过对比UF和PAC/UF生物反应器处理含藻水的效果发现，UF能够去
除全部的藻细胞，但对胞外有机物的去除效果不明显，从而造成严重膜污染；
相比UF工艺，PAC/UF生物反应器可明显减缓TMP的上升速率，同时提高

DOC、UV254和MC-LReq的去除率（分别为10.9±1.7%、27.1±1.7%和
40.8±4.2%）。但是，PAC对膜处理碳水化合物和蛋白质等大分子有机物的效果
几乎没有改变。UF反应器中对有机物的去除机理主要包括膜截留、生物降解
和污染层强化截留作用，PAC/UF反应器中的生物作用优于UF工艺。实验还

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哈尔滨工业大学工学博士学位论文

发现，由于PAC降低了反应器内的光照强度，从而导致PAC/UF反应器中碳

水化合物和蛋白质的生成量下降；虽然光照