【摘要】：膜生物反應(yīng)器(MBR)是一種高效的污水處理技術(shù),膜污染層的形成使系統(tǒng)處理能力降低,從而制約了MBR技術(shù)的推廣。膜污染層具有復(fù)雜的多孔結(jié)構(gòu),待濾液從其中通過;因此需從孔隙結(jié)構(gòu)出發(fā),研究膜污染層的滲透特性。本文首先從待濾液成分出發(fā),研究膜污染層的宏觀過濾特性。搭建了浸沒式膜分離系統(tǒng),將活性污泥混合液分離成懸浮固體和上清液兩種成分分別開展研究。根據(jù)堵塞模型將膜污染過程劃分成完全堵塞和濾餅層堵塞兩個(gè)階段,并得到相應(yīng)的擬合曲線。討論了改變曝氣強(qiáng)度對(duì)三類待濾液過濾特性的影響,分析了活性污泥混合液中兩種成分的共同作用對(duì)過濾特性的影響。膜分離實(shí)驗(yàn)后提取污染層樣品,對(duì)膜污染層進(jìn)行了三維重構(gòu)與流體力學(xué)計(jì)算。分別通過掃描電子顯微鏡(SEM)和共聚焦激光掃描顯微鏡(CLSM)對(duì)膜污染層進(jìn)行觀測(cè)。利用免疫熒光染色方法,得到了多孔介質(zhì)的光學(xué)切片圖;通過圖像重構(gòu)的方法建立了膜污染層的三維結(jié)構(gòu),獲取了多孔結(jié)構(gòu)參數(shù)。對(duì)該結(jié)構(gòu)進(jìn)行網(wǎng)格劃分進(jìn)而開展流體力學(xué)計(jì)算,獲得膜污染層的滲透率;另一方面,通過滲流實(shí)驗(yàn)獲得膜污染層滲透率。通過滲透率模擬值與實(shí)驗(yàn)值的比較,驗(yàn)證了CFD計(jì)算、圖像處理以及三維重構(gòu)的可靠性。隨后分析了膜污染層的孔隙結(jié)構(gòu)對(duì)過濾特性的影響。利用海藻酸鈉和酵母粉兩種人工污染物,對(duì)多糖和蛋白質(zhì)兩種主要污染物的過濾特性進(jìn)行了研究。通過對(duì)其孔隙結(jié)構(gòu)特性和傳質(zhì)特性的分析,得到了兩種污染物隨過濾過程的變化以及孔隙分布對(duì)滲透率的影響。大孔對(duì)滲透率的貢獻(xiàn)占主導(dǎo)作用。隨著蛋白質(zhì)類物質(zhì)的加入,膜污染層中大孔數(shù)急劇減少,進(jìn)而導(dǎo)致了膜污染層滲透率的衰減。最后考察了典型的預(yù)處理方法對(duì)膜污染的防控作用。使用氯化鈣作為預(yù)混凝劑,結(jié)合CLSM圖像分析了不同鈣離子濃度下系統(tǒng)的過濾特性。添加混凝劑能提高透膜流量,但過高的鈣離子使透膜流量降低;同時(shí)添加氯化鈣和高錳酸鉀能起到強(qiáng)化混凝的作用。使用次氯酸鈉作為預(yù)氧化劑,對(duì)待濾液的分離特性展開實(shí)驗(yàn)研究,結(jié)果顯示通過分次投加的方式能夠更好地防控膜污染的過程。
【學(xué)位授予單位】：清華大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：X703
【圖文】：

第 1 章 緒論.1 課題背景及研究意義水是自然界廣泛存在的天然物質(zhì)，也是人體組織重要的組成部分。水覆蓋了大部分的表面，而水資源指的是具有足夠數(shù)量和合適質(zhì)量、滿足某一地區(qū)在一間內(nèi)的具體需求的水源，主要以地表水和地下水的形式存在[1-3]。根據(jù) 2015 年中國(guó)環(huán)境公報(bào)，我國(guó)地表水和地下水水質(zhì)監(jiān)測(cè)結(jié)果如圖 1.1 中。967 個(gè)地表水國(guó)控?cái)嗝妫c(diǎn)位）的水質(zhì)監(jiān)測(cè)結(jié)果如圖 1.1(a)所示：Ⅰ~Ⅲ類、Ⅴ類和劣Ⅴ類水質(zhì)斷面分別占 64.5%、26.7%和 8.8%。全國(guó) 5118 個(gè)地下水水質(zhì)點(diǎn)的水質(zhì)監(jiān)測(cè)結(jié)果如圖 1.1(b)所示：水質(zhì)為優(yōu)良級(jí)的監(jiān)測(cè)點(diǎn)比例為 9.1%，良好監(jiān)測(cè)點(diǎn)比例為 25.0%，較好級(jí)的監(jiān)測(cè)點(diǎn)比例為 4.6%，較差級(jí)的監(jiān)測(cè)點(diǎn)比例2.5%，極差級(jí)的監(jiān)測(cè)點(diǎn)比例為 18.8%[4]。

圖 1.2 MBR 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖BR 技術(shù)相對(duì)于傳統(tǒng)的活性污泥法有著眾多的優(yōu)勢(shì)，但也統(tǒng)運(yùn)行成本高是阻礙 MBR 技術(shù)進(jìn)一步發(fā)展和推廣的主要行成本高主要是由膜污染造成的，這降低了 MBR 系統(tǒng)也縮短了膜元件的使用壽命，膜元件需要頻繁維護(hù)，增加。在 MBR 系統(tǒng)中，膜組件的維護(hù)費(fèi)用遠(yuǎn)高于占地和建筑的維護(hù)費(fèi)用占到了 MBR 系統(tǒng)總運(yùn)行費(fèi)用的 40%至 75% MBR 技術(shù)發(fā)展的主要問題。狀染現(xiàn)象統(tǒng)中膜污染現(xiàn)象的產(chǎn)生導(dǎo)致了污水透膜流量的下降，受

圖 1.3 膜污染現(xiàn)象示意圖膜污染層具有以下幾方面特征：（1）分析式(1-1)中各項(xiàng)阻力可知，未被污染的濾膜的自身阻力是一個(gè)確定值，不隨分離過程改變。隨著過濾過程的進(jìn)行，越來越多污染物顆粒進(jìn)入膜孔內(nèi)部進(jìn)而發(fā)生堵塞，造成孔隙堵塞阻力；同時(shí)大量的污染物顆粒被濾膜截留而在膜表面沉積形成膜污染層，造成污染層阻力。膜污染層形成之后，對(duì)后續(xù)污染物顆粒進(jìn)入膜孔造成了一定的阻礙作用，減緩了孔隙堵塞阻力的進(jìn)一步增大。與此同時(shí)，膜污染層由于與待濾液中的污染物顆粒直接接觸而不斷發(fā)展，污染層阻力進(jìn)一步增大。研究認(rèn)為，膜污染層產(chǎn)生的阻力是 MBR 系統(tǒng)阻力的最主要來源[35-37]。（2）MBR 系統(tǒng)的復(fù)雜性導(dǎo)致較多因素會(huì)影響污染物的分離效率，曝氣強(qiáng)度、污泥濃度以及跨膜壓差等參數(shù)的變化均會(huì)導(dǎo)致膜分離效率的改變[38-40]。從傳遞過程角度出發(fā)，膜分離過程可看作是待濾液中的溶劑分子透過膜污染層及濾膜層，進(jìn)而被分離成為濾出液的過程。不同尺寸大小的污染物顆粒在膜表面堆積、團(tuán)聚形成了多孔介質(zhì)層，而待濾液中的溶劑分子則經(jīng)過該多孔介質(zhì)層而被濾出。

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 陳莉;徐軍;陳晶;;掃描電子顯微鏡顯微分析技術(shù)在地球科學(xué)中的應(yīng)用[J];中國(guó)科學(xué):地球科學(xué);2015年09期

2 王欣;齊梅;李武廣;胡永樂;劉佳;趙凱;;基于分形理論的頁巖儲(chǔ)層微觀孔隙結(jié)構(gòu)評(píng)價(jià)[J];天然氣地球科學(xué);2015年04期

3 王會(huì)林;盧濤;姜培學(xué);;生物多孔介質(zhì)熱風(fēng)干燥數(shù)學(xué)模型及數(shù)值模擬[J];農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào);2014年20期

4 曹水良;梁志紅;尹平河;;不同加速電壓對(duì)不導(dǎo)電樣品掃描電鏡圖像的影響[J];暨南大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)與醫(yī)學(xué)版);2014年04期

5 計(jì)根良;鄭宏林;周勇;;MBR系統(tǒng)運(yùn)行條件對(duì)膜污染影響研究[J];水處理技術(shù);2014年06期

6 駱靈喜;劉歡;裴廷權(quán);李旭寧;;膜污染狀態(tài)下的胞外聚合物、細(xì)菌數(shù)量及微生物群落結(jié)構(gòu)研究[J];環(huán)境污染與防治;2014年05期

7 李彥希;黎智;陶軼妮;刁慶春;;激光共聚焦掃描顯微鏡在皮膚科的應(yīng)用進(jìn)展及評(píng)價(jià)[J];重慶醫(yī)學(xué);2013年16期

8 陳注里;李英姿;錢建強(qiáng);陽睿;;原子力顯微鏡的幾種成像模式簡(jiǎn)介[J];電子顯微學(xué)報(bào);2013年02期

9 陳康;王新華;李秀芬;肖小蘭;談?dòng)袂?;鈣離子對(duì)短期膜污染的影響[J];環(huán)境工程學(xué)報(bào);2012年02期

10 姚嘉;黃天寅;俞漢青;李文衛(wèi);;污泥性質(zhì)對(duì)動(dòng)態(tài)膜形成和膜污染的影響[J];環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào);2011年08期

本文編號(hào)：2789731