重力流超滤系统中无机颗粒对滤饼层的影响机制及其调控策略研究

Gravity-Driven Membrane (GDM) filtration is a promising decentralized drinking water treatment process. During the operation of the process, no physical cleaning is conducted, therefore inorganic particles are readily deposited on the cake layer and have a pronounced influence on the system. In this study, the interplay between inorganic particles, organic matter and microorganisms in the cake layer is investigated; the formation and the microstructure of the cake layer are studied. The aim of the study is to clarify the deposition of the inorganic particles on the cake layer, to show the influence of the inorganic particles on the structure of the cake layer, to propose the methods to control the inorganic particles in the cake layer. The study is intended to provide suggestions to the design and operation of the GDM system.

重力流超滤（GDM）系统是一种在分散式供水中具有广阔应用前景的新工艺。在该系统运行过程中，由于不实施物理清洗，无机颗粒会不断的沉积在滤饼层中，对GDM系统滤饼层结构及“稳定通量”具有重大影响。因此，本项目拟通过对比不同进水条件下（不同无机颗粒粒径及浓度）GDM系统滤饼层的形成过程及微观结构，分析无机颗粒与滤饼层中有机物及微生物之间的相互影响。试图阐明无机颗粒在GDM系统滤饼层上的沉积过程，揭示无机颗粒对滤饼层结构特性及滤饼阻力的影响，并据此提出GDM系统中针对无机颗粒的滤饼层调控策略。本项目的研究结果可为GDM系统的设计及优化运行提供理论基础和参考依据。

重力流超滤系统一种由超低的水头差（<1 m）驱动的膜过滤系统，由于其优异的净水效能及低维护特性，在分散式水处理具有广阔的应用前景。本研究针对进水中无机颗粒物，通过对比水平、垂直放置的膜组件，明确了无机颗粒会大幅度降低重力流超滤系统的通量。在甄别有机物对无机颗粒物沉积具有重要影响的基础上，通过分析有机物、颗粒物、膜三者之间的微观作用力，明确了沉积在膜上的有机物对无机颗粒沉积的关键作用。本研究还通过在膜表面预先涂敷吸附剂颗粒，改变生物滤饼层中无机颗粒的组成，并通过吸附剂的吸附提升了重力流超滤系统的净水效能。另外，本研究还考察了进水水质（Ca2+、难降解有机物和易降解有机物）和环境因素（水温和光照）对重力流超滤系统的净水效能和通量的影响。并且，本研究基于通量对生物滤饼层的重要影响，提出了在低通量下运行的生物膜/膜过滤系统，该系统具备低维护特性，且膜表面的生物膜可以有效去除氨氮和可同化有机碳，从而弥补超滤膜不能有效截留这些小分子物质的缺陷。