磁致效应在膜法饮用水净化工艺中的机理研究

改善工艺环境和强化清洗是膜法饮用水处理中解决膜污染问题的有效途径。本课题基于磁絮凝、膜过滤以及电磁学理论，将可控磁场引入混凝-超滤工艺的操作中，基于颗粒体在磁场中的磁致效应，建立磁絮凝-超滤膜过滤（MFUP）的全新工艺模式和与之匹配的磁强化膜清洗技术（MEMC）方法。借助实验与计算流体力学模拟（CFD）的双重手段，通过研究外磁场及工艺条件与磁致絮体分形特征的关系，磁絮凝反应器内水力特征和磁场变化规律，膜单元运行参数对磁致絮体滤饼层特性的影响，膜面磁致絮体在水力"切向"和磁效应"垂向"共同作用下的运动规律与常规膜清洗的耦合特性，从定性和定量两个方面阐明磁致絮体，滤饼层特性，外部磁场与运行参数间的内在规律，最终建立磁絮凝过程的量化控制模式，初步形成磁接触絮凝-超滤膜过滤工艺理论体系，实现磁絮凝-膜过滤单元的优化与设计。为开发、设计出新型膜法饮用水处理工艺并有效地控制膜污染问题奠定科学基础。

改善工艺环境和强化清洗是膜法饮用水处理中解决膜污染问题的有效途径。磁强化絮凝膜过滤工艺是一种新型研究的饮用水处理技术，它将磁种引入到混凝膜过滤工艺中，可以有效地强化絮凝过程，提高污染物的去除率，获得水质优良稳定的处理效果。本课题基于磁絮凝、膜过滤以及电磁学理论，将可控磁场引入混凝-超滤工艺的操作中，以地表水源水为处理对象，基于颗粒体在磁场中的磁致效应，建立磁强化絮凝膜过滤的全新工艺模式和与之匹配的磁强化清洗技术（MEC）方法。借助实验与数值模拟的双重手段，通过研究外磁场及工艺条件与磁致絮体分形特征的关系，磁絮凝反应器内水力特征和磁场变化规律，膜单元运行参数对磁致絮体滤饼层特性的影响，分析了磁致絮体，滤饼层特性，外部磁场与运行参数间的内在规律，初步形成了磁接触絮凝-超滤膜过滤工艺理论体系，实现磁絮凝-膜过滤单元的优化与设计。为开发、设计出新型膜法饮用水处理工艺并有效地控制膜污染问题奠定科学基础。. 研究中通过正交实验和响应曲面的方法，确定了最佳的混凝剂与磁种的投加比例；分析了磁絮凝膜过滤的产水水质；通过分析磁种的特性发现了磁场力和磁偶极子力可以有效的提高水中胶体颗粒的碰撞频率和效率，增加絮体粒径和分型维数；其形成的滤饼层具有孔隙率高的特点，能够增加滤饼层的透水率，防止膜通量的迅速下降。通过凝胶色谱和三维荧光扫描的方法分析了造成膜污染的主要物质，结果表明，磁强化絮凝预处理可以有效的去除水体里中分子量和小分子量的有机物（例如腐殖酸、富里酸等）。此外其对于大分子的生物质也有较高的去除效果。基于磁强化絮凝膜过滤工艺中磁絮体和含磁滤饼层的特性，设计了在线（on-line）和离线（off-line）磁强化清洗(MEC)工艺。对磁循环絮凝超滤工艺在进行了研究，通过磁场回收含有磁种的絮体，并循环投加到磁絮凝工艺中，研究了该工艺中絮体的变化特征、膜污染分析以及对PPCPs的出去效果。