【摘要】：我國是水資源貧乏的國家之一,隨著人口急劇增長,工業(yè)迅速發(fā)展,水資源短缺和水污染問題嚴(yán)重制約了我國經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。一方面人類對水資源的需求顯示出驚人的增長,另一方面日益嚴(yán)重的水污染蠶食大量可利用的水資源。污水處理與廢水回用是解決水資源短缺的重要辦法。膜生物反應(yīng)器由于其優(yōu)異的污水處理性能受到各國水處理技術(shù)研究者的廣泛關(guān)注。膜生物反應(yīng)器是在傳統(tǒng)活性污泥處理技術(shù)基礎(chǔ)上結(jié)合了膜分離技術(shù)的新興污水處理技術(shù)。相比于傳統(tǒng)活性污泥法,MBR具有出水水質(zhì)高、污泥產(chǎn)量低、運(yùn)行費(fèi)用低等優(yōu)點(diǎn),被廣泛應(yīng)用于污水處理中。然而在長期運(yùn)行過程中,膜污染是不可避免的,它將導(dǎo)致使用壽命減少,增加膜組件清洗和更換頻率,提高運(yùn)行成本。因此,研究MBR運(yùn)行中膜污染的形成機(jī)制,尋求有效的污染控制策略顯得尤為重要。本課題以穩(wěn)定運(yùn)行的實(shí)驗(yàn)室規(guī)模浸沒式膜生物反應(yīng)器為研究基礎(chǔ),深入探究了膜污染潛在機(jī)制。主要探究了隨機(jī)粗糙膜表面及污泥絮體建模,以及相關(guān)參數(shù)對表面形貌的影響。并且以 XDLVO(Extended Derjaguin-Landau-Verwey-Overbeek)為基礎(chǔ),探究了污染顆粒與隨機(jī)粗糙膜表面的作用力關(guān)系。主要研究結(jié)果如下:(1)利用原子力顯微鏡(AFM)分析MBR中膜表面形貌,研究發(fā)現(xiàn)真實(shí)膜表面具有兩個(gè)基本特征:隨機(jī)粗糙的表面形貌以及服從高斯分布的高度分布�；诟咚狗植冀Y(jié)合頻譜法和傅立葉變換法提出隨機(jī)粗糙膜表面的模擬方法。此方法模擬的隨機(jī)表面很好地展現(xiàn)了天然膜表面的兩個(gè)基本特征。統(tǒng)計(jì)并比較模擬粗糙面和真實(shí)膜表面粗糙度參數(shù),較小的偏差進(jìn)一步證明了新方法的可行性。對比傳統(tǒng)建模方法(隨機(jī)放置常規(guī)幾何,使用正弦波或周期函數(shù)和分形法)新方法具有顯著優(yōu)勢。(2)探究構(gòu)建參數(shù)對膜表面形貌的影響:相關(guān)長度(/)和分割段數(shù)(N)是影響模擬膜表面形貌的重要參數(shù)。粗糙面峰密度隨著/的增大而減小;分割段數(shù)的增加可提高膜表面精確性,減少隨機(jī)誤差的產(chǎn)生。該方法模擬的粗糙膜表面可用于研究包括膜污染在內(nèi)的界面行為。(3)對污泥表面性質(zhì)進(jìn)行表征,發(fā)現(xiàn)膜生物反應(yīng)器中的懸浮顆粒為球體結(jié)構(gòu),且表面隨機(jī)粗糙。統(tǒng)計(jì)得到,污泥懸浮顆粒直徑在20μm左右。本研究基于高斯分布、傅里葉變換、頻譜法以及坐標(biāo)變換法,提出模擬MBR中污泥絮體的新方法。構(gòu)建的污泥絮體表面形貌與實(shí)際污泥絮體有高度的相似性,并體現(xiàn)了真實(shí)顆粒的隨機(jī)粗糙性。(4)探究污泥絮體構(gòu)建參數(shù)對絮體表面形貌的影響,發(fā)現(xiàn)自相關(guān)長度(/),均方根粗糙度(σ)以及分割段數(shù)(N)在污泥絮體表面形貌構(gòu)建中起著決定性作用。絮體表面粗糙度隨著/的增加而增加;高σ值將產(chǎn)生尖銳和密集的峰;分割段數(shù)越大,球體表面粗糙度值越小。通過比較本文提出的方法與常規(guī)三種建模法,明顯新方法具有顯著優(yōu)異性。此外本文提出的污泥絮體構(gòu)建法還可用于模擬各種粗糙顆粒。(5)基于XDLVO理論對膜-污染物之間界面作用力進(jìn)行建模,并結(jié)合表面元積分法(SEI)、高斯面三點(diǎn)建面法以及復(fù)合Simpson法則定量計(jì)算了污泥絮體與高斯粗糙膜表面之間相互作用力。從熱力學(xué)角度描述污泥絮體在膜表面的粘附機(jī)制。計(jì)算發(fā)現(xiàn),在0.158-4nm分離距離內(nèi),靜電作用力(EL)為連續(xù)排斥,酸堿作用力(AB)和范德華作用力(LW)相互作用力為連續(xù)吸引。同時(shí),相比于EL和LW相互作用力,AB作用力明顯較大。同時(shí)粗糙膜表面作用力比光滑膜表面作用力小十幾倍,說明膜表面形貌對熱力學(xué)相互作用和污泥粘附具有非常大的影響。本文成功量化了污泥絮體和高斯膜表面的熱力學(xué)相互作用力。由于熱力學(xué)相互作用在污染物粘附中起著決定性的作用,因此該方法對污染物粘附提供了更深入的了解,對膜污染研究有著巨大啟示。
【圖文】：

２．２．１邋ＭＢＲ裝置和操作逡逑實(shí)驗(yàn)采用有效體積為２７Ｌ（０．４５ｍｘ0．３６ｍｘ0．４０ｍ）的實(shí)驗(yàn)規(guī)模浸沒式膜生物反應(yīng)器逡逑如圖２．１所示，連續(xù)操作處理模擬的城市廢水。反應(yīng)器采用四片式膜組件，過濾膜是逡逑平均孔徑為０．１０ｐｍ的聚偏二氟乙烯（ＰＶＤＦ）超濾膜。反應(yīng)器已持續(xù)運(yùn)行４００天以逡逑上。人工合成模擬市政污水作為ＭＢＲ進(jìn)水，組成如下：ＣＯＤ邋３００邋ｍｇ邋Ｉ／１；邋Ｎａ２Ｃ０３邋（４６逡逑ｍｇ邋Ｎａ－Ｌ＇１）；邋ＮａＨＣＯｓ邋（２３邋ｍｇ邋Ｎａ邋Ｌ＇１）；邋（ＮＨ４）２Ｓ０４邋（２７邋ｍｇ邋Ｎ邋Ｌ＇１）；邋ＫＨ２Ｐ0４邋（７邋ｍｇ邋Ｐ－Ｌ＇１）；逡逑ＭｇＳ0４邋（７邋ｍｇ邋Ｍｇ＊Ｌ＿Ｉ）；邋ＣａＣｈ邋（６邋ｍｇ邋Ｃａ－Ｌ＂１）；邋ＦｅＣｂ邋（４邋ｍｇ邋Ｆｅ邋－Ｌ＇１）；邋ＺｎＣｂ邋（０．１１邋ｍｇ逡逑１４逡逑

２．３結(jié)果與討論逡逑２．３．１粗糙膜面表征逡逑圖２．２為ＰＶＤＦ膜表面的ＡＦＭ圖像。顯然，真實(shí)膜表面具有隨機(jī)粗糙的特性，逡逑說明利用周期函數(shù)或規(guī)則幾何模擬粗糙膜表面是不可行的。表２．１顯示通過Ｎａｎｏｓｃｏｐｅ逡逑軟件分析ＡＦＭ圖得到得平均粗糙度和均方根粗糙度（ＲＭＳ）。對比文獻(xiàn)，本文采用逡逑的樣品具有較好代表性，可用于研宄膜表面性質(zhì)。隨機(jī)粗糙表面可采用高斯法［３１］逡逑或分形法建模［６２】，分析ＡＦＭ圖像的高度分布比較哪種方法更適合。逡逑圖２．３為ＡＦＭ圖像中高度分布統(tǒng)計(jì)和高斯分布擬合曲線，表示膜表面各高度分逡逑布所占比例。高度分布統(tǒng)計(jì)點(diǎn)在擬合曲線附近，，說明真實(shí)膜表面高度分布符合高斯分逡逑布。為了進(jìn)一步驗(yàn)證，分析實(shí)際膜表面高度分布曲線的偏度和峰度，計(jì)算得到分別為逡逑０．０９２和－０．０４１說明真實(shí)膜表面高度分布服從正態(tài)分布。因此，相比于分形法基于高逡逑斯法建模更為合適。逡逑Ｓ邐一逡逑圖２．２粗糙膜表面ＡＦＭ圖逡逑
【學(xué)位授予單位】：浙江師范大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TQ051.893;X703

【相似文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 陳烈,楊沛然,張胤,葉維江;超導(dǎo)Nb膜表面的俄歇電子能譜[J];低溫物理學(xué)報(bào);1988年01期

2 劉鳳德;;土工儀器中傳壓板與試樣膜表面的摩擦與潤滑效果的研究[J];大壩觀測與土工測試;1989年03期

3 覃志堅(jiān);膜表面補(bǔ)體的臨床應(yīng)用前景[J];廣西醫(yī)學(xué);2001年05期

4 劉樹森，徐海樓，焦選茂;能化態(tài)與線粒體及其內(nèi)膜體膜表面局部脫水[J];生物物理學(xué)報(bào);1994年01期

5 郭浩;畢立恒;丁麗;莫育俊;;銀島膜表面胸腺嘧啶吸附行為的表面增強(qiáng)拉曼光譜和表面增強(qiáng)紅外光譜研究[J];光譜學(xué)與光譜分析;2011年12期

6 錢俊青;膜表面特性影響蛋白質(zhì)超濾分離的研究[J];浙江大學(xué)學(xué)報(bào)(農(nóng)業(yè)與生命科學(xué)版);2000年02期

7 張賢華;張?zhí)N惠;章錦才;;細(xì)菌脂多糖在人牙齦成纖維細(xì)胞膜表面的定位研究[J];中華醫(yī)院感染學(xué)雜志;2010年09期

8 楊興娟;修志鋒;尤叢賦;張超;常燕;;PET薄膜表面改性研究進(jìn)展[J];工程塑料應(yīng)用;2015年04期

9 吳迎奔;羊小海;王青;王柯敏;王勝峰;;溫度敏感的金膜表面的制備及表征[J];化學(xué)傳感器;2007年03期

10 齊永志;府偉靈;姚春艷;羅陽;;壓電石英晶體傳感器金膜表面親和素固定研究[J];重慶醫(yī)學(xué);2006年17期

相關(guān)會議論文 前10條

1 王芳;仰云峰;徐志康;;抗菌膜表面的構(gòu)建、現(xiàn)狀與挑戰(zhàn)[A];第四屆中國膜科學(xué)與技術(shù)報(bào)告會論文集[C];2010年

2 楊瑜靜;谷雪蓮;徐秀林;朱根娣;王新華;;復(fù)用血液透析器(人工腎)膜表面粘附蛋白的實(shí)驗(yàn)研究[A];第4屆全國醫(yī)藥行業(yè)膜分離技術(shù)應(yīng)用研討會論文集[C];2007年

3 王振剛;萬靈書;黃小軍;聶富強(qiáng);徐志康;;新型丙烯腈共聚物的合成及其膜表面性能研究[A];第二屆中國膜科學(xué)與技術(shù)報(bào)告會論文集[C];2005年

4 梅馨;陳俊英;黃楠;;氨等離子體離子注入改性Ti-O薄膜表面[A];第六屆中國功能材料及其應(yīng)用學(xué)術(shù)會議論文集（5）[C];2007年

5 張蓉平;左彪;盧曉林;王新平;;不同成膜條件對均聚物膜表面結(jié)構(gòu)的影響[A];中國化學(xué)會第十三屆膠體與界面化學(xué)會議論文摘要集[C];2011年

6 楊立穎;王湛;王秀艷;李文娟;裴崢;;流動電位法測定化學(xué)清洗后膜表面Zeta電位的研究[A];第四屆中國膜科學(xué)與技術(shù)報(bào)告會論文集[C];2010年

7 湯曉明;毛祖遂;魏賽珍;汲偉明;陳曉鋒;鄭永銘;;用STM研究薄膜表面的分形特征[A];華東三省一市第三屆真空學(xué)術(shù)交流會論文集[C];2000年

8 陳睿超;趙長穩(wěn);馬育紅;楊萬泰;;基于受限光催化氧化法的COC薄膜表面修飾研究[A];2013年全國高分子學(xué)術(shù)論文報(bào)告會論文摘要集——主題H：醫(yī)用高分子[C];2013年

9 汪黎明;蘇朝暉;;靜電組裝膜表面潤濕性的可逆調(diào)控[A];2009年全國高分子學(xué)術(shù)論文報(bào)告會論文摘要集（下冊）[C];2009年

10 陳俊英;葛勝男;冷永祥;楊蘋;王進(jìn);萬國江;孫鴻;趙安莎;黃楠;;鈦氧比對Ti-O薄膜表面人臍靜脈血管內(nèi)皮細(xì)胞行為的影響[A];2004年中國材料研討會論文摘要集[C];2004年

相關(guān)重要報(bào)紙文章 前8條

1 馮樹銘;印刷鍍鋁對BOPET薄膜表面性能的要求[N];中國包裝報(bào);2004年

2 于柏林 記者 張兆軍;長效無滴膜新材料為農(nóng)民解憂[N];科技日報(bào);2004年

3 利姆;棚室降濕有八招[N];新疆科技報(bào)(漢);2008年

4 食機(jī);膜污染產(chǎn)生的原理與解決辦法[N];中國包裝報(bào);2012年

5 河 葉;進(jìn)軍頑疾[N];大眾科技報(bào);2004年

6 王小云;新膜與陳膜的辨別[N];瓜果蔬菜報(bào).農(nóng)業(yè)信息周刊;2009年

7 王鳳英;菜棚除濕八招[N];陜西科技報(bào);2007年

8 撫寧縣留守營鎮(zhèn)農(nóng)業(yè)技術(shù)綜合推廣站 秦繼偉;棚室除濕七措施[N];河北科技報(bào);2008年

相關(guān)博士學(xué)位論文 前10條

1 馬忠;基于膜清洗響應(yīng)的膜表面智能改性研究[D];天津工業(yè)大學(xué);2018年

2 趙雪婷;非均相膜表面可控構(gòu)建與多重抗污染機(jī)制協(xié)同強(qiáng)化[D];天津大學(xué);2015年

3 李學(xué)智;RET和TrkB在神經(jīng)元膜表面分布水平不同以及神經(jīng)元活性依賴的RET膜表面插入的機(jī)制研究[D];山東大學(xué);2012年

4 舒清明;AFM觀察人體腫瘤細(xì)胞膜形態(tài)特征及其診斷價(jià)值[D];中國人民解放軍軍醫(yī)進(jìn)修學(xué)院;2011年

5 陳文娟;抗污染自清潔膜表面的仿生構(gòu)建及油水分離過程強(qiáng)化研究[D];天津大學(xué);2012年

6 趙玲;神經(jīng)元活性調(diào)控TrkB受體細(xì)胞膜表面插入機(jī)制的研究[D];山東大學(xué);2009年

7 宋源;極紫外多層膜表面碳污染原子氫清洗技術(shù)研究[D];中國科學(xué)院長春光學(xué)精密機(jī)械與物理研究所;2017年

8 張廣法;兩親/特殊浸潤性聚合物膜的制備及抗油污性能研究[D];浙江大學(xué);2016年

9 劉星;界面水誘導(dǎo)的分子篩和仿生物膜表面結(jié)構(gòu)的理論研究[D];中國科學(xué)院大學(xué)(中國科學(xué)院上海應(yīng)用物理研究所);2018年

10 高學(xué)理;抗生物污染超濾膜的制備及性能研究[D];中國海洋大學(xué);2014年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前10條

1 屈曉璐;任意粗糙膜表面的構(gòu)建及其與膜污染界面作用力的關(guān)系研究[D];浙江師范大學(xué);2018年

2 宋曉緒;有機(jī)分離膜表面ZETA電位測試方法及應(yīng)用研究[D];天津工業(yè)大學(xué);2018年

3 王媛媛;基于溶劑蒸發(fā)誘導(dǎo)調(diào)控膜表面有序構(gòu)造[D];天津工業(yè)大學(xué);2017年

4 李春輝;應(yīng)用凝集素芯片檢測癌細(xì)胞膜表面糖表達(dá)譜[D];中國醫(yī)科大學(xué);2010年

5 謝飛躍;原子力顯微鏡對人乳腺上皮細(xì)胞膜表面結(jié)構(gòu)的觀察[D];河北醫(yī)科大學(xué);2008年

6 王牧;原子力顯微鏡對人口腔鱗狀上皮膜抗體結(jié)合后細(xì)胞膜表面形態(tài)的觀察[D];遼寧醫(yī)學(xué)院;2012年

7 龔祖元;肝細(xì)胞癌細(xì)胞膜表面唾液酸含量變化的研究[D];南方醫(yī)科大學(xué);2011年

8 盛愛麗;神經(jīng)元細(xì)胞膜表面TrkB受體免疫熒光定量分析方法的建立[D];山東大學(xué);2009年

9 冷云飛;聚硯膜表面親水化改性研究[D];北京化工大學(xué);2009年

10 周桂花;兩性離子在聚偏氟乙烯（PVDF）膜表面接枝改性的研究[D];西安建筑科技大學(xué);2013年

本文編號：2625973