【摘要】： 浸沒(méi)式膜生物反應(yīng)器(SMBR)日益廣泛的應(yīng)用于城市污水和工業(yè)污水的處理上。MBR的成功運(yùn)行與經(jīng)濟(jì)性和膜污染緊密相關(guān)。SMBR中，在給定通量(flux)條件下，膜污染主要表現(xiàn)透膜壓力(TMP)的上升。MBR的膜污染十分復(fù)雜并受到反應(yīng)器的設(shè)計(jì)特點(diǎn)、操作模式和生物學(xué)因素的影響。因此，降低膜污染，提高M(jìn)BR的表現(xiàn)需要綜合考慮解決辦法。本論文探索了膜污染的機(jī)理和各種改善MBR可持續(xù)操作的策略。 在膜污染機(jī)理的研究中，透膜壓力的上升被描述為三個(gè)階段：第一階段發(fā)生在初始的幾小時(shí)內(nèi)，由于膜孔的縮窄或堵塞造成的膜表面特性的改變，導(dǎo)致透膜壓力突然的上升。第二階段表現(xiàn)為透膜壓力的長(zhǎng)時(shí)間慢速上升過(guò)程，主要原因是膜表面的胞外高分子物質(zhì)(EPS)累積。膜表面EPS主要來(lái)源是膜對(duì)混合液中的EPS截留。第三階段是透膜壓力的突然躍升并導(dǎo)致膜過(guò)濾無(wú)法繼續(xù)操作，形成這一階段有多種原因，但都符合恒通量過(guò)濾中膜污染自我加速的基本特點(diǎn)。為了理解SMBR膜污染的復(fù)雜特性，“污染路線圖”揭示了膜生物反應(yīng)器的操作和設(shè)計(jì)特點(diǎn)與一般污染因素(例如：被過(guò)濾液的特性、膜本身的特性、流體力學(xué)條件等)的聯(lián)系。MBR的污染機(jī)理圖描述了3階段的污染和相應(yīng)的多樣化的污染機(jī)理。 在相同的污泥條件下，利用Millipore公司的系列微濾和超濾膜，考察了膜的材質(zhì)和孔徑對(duì)于膜的污染特性和截留特性的影響。膜材質(zhì)、孔徑的不同主要影響微濾膜在初始階段膜污染，表現(xiàn)在初始透膜壓力的躍升程度不同。不同操作通量下，不同孔徑的膜對(duì)有機(jī)物的截留能力隨污染程度的加重而提高。凝膠滲透色譜(GPC)試驗(yàn)結(jié)果表明，微濾膜在污染后對(duì)有機(jī)高分子聚合物都有一定的截留作用。通過(guò)對(duì)污染后膜表面特性的考察發(fā)現(xiàn)，污染后膜表面的ZETA電位受活性污泥混合液的ZETA電位影響并與活性污泥混合液ZETA電位相似。被污染膜的傅里葉變換紅外光譜圖顯示，污染后膜表面發(fā)生了多糖類(lèi)與蛋白質(zhì)的附著。共聚焦激光掃描電子顯微鏡(CLSM)與場(chǎng)發(fā)射掃描電鏡(FSEM)照片顯示，低通量下污泥顆粒的附著并不嚴(yán)重，高通量下會(huì)迅速形成EPS與污泥顆�；旌系臑V餅層。 應(yīng)用通量階梯方法，通過(guò)對(duì)超濾及微濾的平板和中空纖維膜的考察，建立了可持續(xù)通量的確定方法，也同時(shí)建立了MBR中膜污染的比較方法。在存在一定誤差情況下，能夠通過(guò)短時(shí)間的通量階梯試驗(yàn)來(lái)大致預(yù)測(cè)長(zhǎng)周期的膜污染情況。 污泥停留時(shí)間(SRT)作為MBR的重要操作參數(shù)會(huì)影響活性污泥的生物特性進(jìn)而影響膜污染。DGGE圖說(shuō)明了隨著污泥停留時(shí)間的延長(zhǎng)，污泥中占主導(dǎo)地位的菌群發(fā)生了變化。污泥停留時(shí)間10天和30天時(shí)，在相同的進(jìn)水體積負(fù)荷條件下，包含了活性污泥上清液中溶解態(tài)和污泥絮體上附著態(tài)EPS之和的總EPS濃度相似，然而，EPS的溶解態(tài)和附著態(tài)分布比例不同。上清液中占主導(dǎo)的多糖類(lèi)的EPS隨污泥停留時(shí)間延長(zhǎng)而降低�；钚晕勰嗷旌弦旱酿ざ入S污泥停留時(shí)間延長(zhǎng)而升高，然而由曝氣引發(fā)的液相流速相近。通量階梯試驗(yàn)結(jié)果顯示污泥停留時(shí)間延長(zhǎng)能夠降低膜污染速率(dTMP／dt)，提高可持續(xù)通量。在恒通量20L／m~2·h(LMH)下長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行中發(fā)現(xiàn)，延長(zhǎng)污泥停留時(shí)間，長(zhǎng)期膜污染程度降低。 采用兩個(gè)平行運(yùn)行160天的MBR，在相同平均污泥負(fù)荷條件下，分別采用恒定負(fù)荷和波動(dòng)負(fù)荷進(jìn)水，活性污泥在非穩(wěn)態(tài)與穩(wěn)態(tài)條件下微生物代謝特性不同。通量階梯試驗(yàn)與長(zhǎng)時(shí)間過(guò)濾實(shí)驗(yàn)證明，在80天的非穩(wěn)態(tài)時(shí)，波動(dòng)負(fù)荷條件下的膜污染高于其在恒定負(fù)荷條件下。在達(dá)到穩(wěn)態(tài)條件下，波動(dòng)負(fù)荷條件下的膜污染低于其在恒定負(fù)荷條件下。微生物代謝比較發(fā)現(xiàn)，上清液中的SMP、多糖類(lèi)的EPS以及污泥顆粒粒徑是影響膜污染的主要因素，并導(dǎo)致了穩(wěn)態(tài)與非穩(wěn)態(tài)下膜污染結(jié)果的差異。穩(wěn)態(tài)條件下，波動(dòng)負(fù)荷的活性污泥的比耗氧速率遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于恒定負(fù)荷的活性污泥的比耗氧速率，推測(cè)可能其活性污泥中處于活躍狀態(tài)的微生物比例高，從而降低了“F／M”，并導(dǎo)致了兩種活性污泥的EPS代謝差異。 在MBR平行比較實(shí)驗(yàn)中，通過(guò)應(yīng)用增強(qiáng)膜過(guò)濾表現(xiàn)的高分子絮凝劑(MPE50)來(lái)研究絮凝劑對(duì)膜污染的影響。通量階梯試驗(yàn)結(jié)果顯示，加入MPE后能使反應(yīng)器的可持續(xù)通量高于空白反應(yīng)器50％。長(zhǎng)周期的實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，在可持續(xù)通量的范圍內(nèi)，加入MPE輕微改善膜污染。高于可持續(xù)通量，加入MPE后的MBR的膜污染顯著減輕。通過(guò)MPE的絮凝作用，提高了污泥的粒徑分布，降低了上清液中SMP和EPS濃度(主要是多糖類(lèi)的EPS物質(zhì))。停止加入維持劑量的MPE，應(yīng)用MPE的膜生物反應(yīng)器的膜污染比空白反應(yīng)器嚴(yán)重。停止加入MPE后，污泥粒徑雖有下降，但依然大于空白污泥。停止加入MPE會(huì)造成上清液中SMP和EPS濃度大幅提高。通過(guò)膜污染比較發(fā)現(xiàn)，上清液中SMP和EPS濃度比污泥粒徑對(duì)膜污染影響顯著，是造成膜污染主要原因。 采用連續(xù)出水和間歇出水操作方式的對(duì)比實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，間歇出水操作能有效控制污染速率并防止透膜壓力的較快躍升：在低于可持續(xù)通量操作時(shí)，間歇出水操作能推遲透膜壓力躍升出現(xiàn)。在高于可持續(xù)通量操作時(shí)，間歇出水操作能降低透膜壓力快速上升。主要原因是通過(guò)間歇出水，控制了濾餅層的厚度和密度。
【學(xué)位授予單位】：大連理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2007
【分類(lèi)號(hào)】：X703
【圖文】：

個(gè)物理過(guò)程，在膜分離的過(guò)程中，組分沒(méi)有發(fā)生化學(xué)的、生物的或是熱力學(xué)變化。膜分離可以應(yīng)用在污水和飲用水的處理上，也可以用在工業(yè)污水的回收和中水回用等領(lǐng)域內(nèi)。圖1.1給出了膜過(guò)濾基本原理。截留物，。.透過(guò)物、。人，，。.丫卜理‘泛‘J、尹t外，1「DI習(xí)門(mén)夕JFigure圖1.1膜過(guò)濾基本原理 BasiePrineiPlesofmembraneProcesses

學(xué)藥品用量少等優(yōu)點(diǎn)。電滲析、納濾和反滲透可以部分或是接近完全脫除水中的離子。反滲透和電滲析可以用于苦咸水的脫鹽。本章關(guān)于膜性質(zhì)和膜污染討論將主要針對(duì)有孔的超、微濾膜進(jìn)行。表1.2列舉了兩種分類(lèi)的方式。圖1.2顯示了膜分類(lèi)及截留能力。表1.2膜的分類(lèi) Table1.2ClassifieationofmembraneProeesses膜過(guò)濾過(guò)程分離粒徑 0.1一10林m5一100nm驅(qū)動(dòng)力微濾超濾納濾 <5nrn反滲透電滲析 <5nrn <5flrn壓力梯度壓力梯度壓力梯度壓力梯度電場(chǎng)梯度

圖1.3錯(cuò)流微濾過(guò)程的原理Figure1.3PrinciPleoferossfiowmicrofiltration死端過(guò)濾操作中，進(jìn)水側(cè)垂直于膜表面方向(圖1.4)。顆粒被膜截留并在層。濾餅層的厚度隨過(guò)濾時(shí)間和過(guò)濾液通量增大而增大。

【引證文獻(xiàn)】

相關(guān)博士學(xué)位論文 前1條

1 劉志強(qiáng);基于缺氧/好氧膜生物反應(yīng)器的分散聚居區(qū)污水處理及回用研究[D];西安建筑科技大學(xué);2010年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前8條

1 王秀麗;MBR系統(tǒng)處理醫(yī)院污水的運(yùn)行監(jiān)測(cè)及出水臭氧消毒研究[D];天津大學(xué);2012年

2 汪媛;在線超聲對(duì)流化床膜生物反應(yīng)器膜污染的控制及其機(jī)理研究[D];北京林業(yè)大學(xué);2012年

3 孫立坤;PVA/PVAm改性滌綸濾布復(fù)合膜制備及其抗污染性能研究[D];大連理工大學(xué);2012年

4 張志華;缺氧/好氧膜生物反應(yīng)器強(qiáng)化除磷及其對(duì)膜污染的影響研究[D];青島理工大學(xué);2011年

5 鄭力菲;混合液特性對(duì)陶瓷膜MBR反應(yīng)器膜污染形成的影響研究[D];安徽建筑工業(yè)學(xué)院;2012年

6 程江紅;電化學(xué)活性菌強(qiáng)化厭氧MBR處理硝基苯廢水[D];大連理工大學(xué);2013年

7 施龍;處理制藥廢水的MBR膜組件性能研究[D];鄭州大學(xué);2013年

8 趙玉軍;碟管式反滲透膜處理垃圾滲濾液膜污染控制分析[D];西南交通大學(xué);2013年

本文編號(hào)：2783395