膜生物反應(yīng)器（MBR）是一種將生物處理工藝與膜過濾技術(shù)有機(jī)結(jié)合的新型污水處理與回用技術(shù)，近年來在我國得到廣泛重視與迅速推廣。MBR微濾過程中的膜污染是制約MBR進(jìn)一步推廣應(yīng)用的一大障礙。膜污染過程主要包括初期階段和凝膠層階段。針對目前MBR領(lǐng)域缺乏對膜污染過程與機(jī)理的深入、系統(tǒng)及定量化認(rèn)識，本論文深入研究了MBR微濾過程中的膜污染全過程與作用機(jī)理。對于初期膜污染階段，本研究引入Thomas動態(tài)吸附模型定量表征吸附型污染，獲取膜和污染物之間的吸附平衡常數(shù)及速率常數(shù)，并論證了模型在微濾體系的適用性。通過建立吸附平衡常數(shù)與膜和污染物的水-接觸角及zeta電位之間的半經(jīng)驗(yàn)關(guān)系式，描述膜和污染物的疏水性和帶電性對吸附型膜污染的聯(lián)合影響。構(gòu)建了非理想條件下的界面能理論框架，用以定量評價疏水作用和靜電作用對吸附型膜污染的貢獻(xiàn)率。對于試驗(yàn)中所有典型膜-污染物組合，吸附平衡時靜電作用能與疏水作用能之間的比例均低于5%，說明疏水作用是吸附型膜污染的決定性機(jī)理。對于凝膠層污染階段，本研究基于濾餅層過濾理論和濃差極化理論建立了凝膠層發(fā)展模型。在模型基礎(chǔ)上定義了凝膠層發(fā)展的特征點(diǎn)——臨界點(diǎn)、假穩(wěn)態(tài)點(diǎn)和轉(zhuǎn)折點(diǎn)，分... 

【文章來源】：清華大學(xué)北京市 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：263 頁

【學(xué)位級別】：博士

【文章目錄】：
摘要
Abstract
主要符號對照表
第1章 緒論
    1.1 微濾技術(shù)
    1.2 膜生物反應(yīng)器
        1.2.1 MBR 的工藝特點(diǎn)
        1.2.2 MBR 在我國的應(yīng)用進(jìn)展
        1.2.3 MBR 在我國的發(fā)展環(huán)境
    1.3 膜污染與膜污染機(jī)理
        1.3.1 基本理解
        1.3.2 膜污染物
        1.3.3 膜污染機(jī)理
        1.3.4 膜污染控制策略
    1.4 研究目的與內(nèi)容
        1.4.1 研究背景
        1.4.2 研究目的
        1.4.3 研究內(nèi)容
        1.4.4 技術(shù)路線
第2章 Thomas 動態(tài)吸附模型用于表征吸附型膜污染
    2.1 引論
    2.2 Thomas 模型簡介
        2.2.1 物料衡算方程
        2.2.2 吸附動力學(xué)
        2.2.3 吸附穿透曲線的完整式
        2.2.4 吸附穿透曲線的簡化式
    2.3 試驗(yàn)材料及方法
        2.3.1 微濾膜
        2.3.2 模型溶液
        2.3.3 動態(tài)吸附試驗(yàn)
        2.3.4 分析方法
    2.4 試驗(yàn)及擬合結(jié)果
        2.4.1 部分模型參數(shù)的預(yù)估
        2.4.2 Langmuir 簡化式的擬合
        2.4.3 線性簡化式的擬合
        2.4.4 線性完整式的擬合
        2.4.5 Langmuir 完整式的擬合
    2.5 模型各形式的比較分析
        2.5.1 Langmuir 簡化式和完整式的比較
        2.5.2 線性簡化式和完整式的比較
        2.5.3 線性完整式和 Langmuir 完整式的比較
        2.5.4 線性完整式的數(shù)據(jù)篩選
    2.6 模型假設(shè)的檢驗(yàn)
        2.6.1 擴(kuò)散傳質(zhì)的忽略
        2.6.2 Langmuir 吸附動力學(xué)的基礎(chǔ)假設(shè)
        2.6.3 其它假設(shè)
    2.7 模型參數(shù)的意義
    2.8 面向中空纖維膜的 Thomas 模型
        2.8.1 中空纖維膜流態(tài)分析
        2.8.2 表觀吸附穿透曲線推導(dǎo)
    2.9 小結(jié)
第3章 膜和污染物的疏水性和帶電性對吸附型膜污染的聯(lián)合影響
    3.1 引論
    3.2 試驗(yàn)材料與方法
        3.2.1 微濾膜
        3.2.2 模型溶液
        3.2.3 動態(tài)吸附試驗(yàn)
        3.2.4 水-接觸角測量方法
        3.2.5 zeta 電位測量方法
        3.2.6 其它分析方法
        3.2.7 Thomas 模型用于測量吸附常數(shù)
        3.2.8 XDLVO 理論用于解析吸附行為
    3.3 膜和污染物的空間性質(zhì)
    3.4 膜和污染物的疏水性和帶電性
    3.5 吸附型膜污染結(jié)果
    3.6 膜和污染物的疏水性和帶電性對吸附型膜污染的聯(lián)合影響分析
    3.7 污染物分子構(gòu)象變化對半經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ偷挠绊?br>    3.8 小結(jié)
第4章 吸附型膜污染機(jī)理的定量解析
    4.1 引論
    4.2 界面能理論
        4.2.1 界面能的組成
        4.2.2 疏水作用能
        4.2.3 靜電作用能
        4.2.4 布朗運(yùn)動作用能
        4.2.5 水動力學(xué)作用能
        4.2.6 吸附總自由能變與平衡常數(shù)
    4.3 膜和污染物的表面能參數(shù)
    4.4 膜和污染物之間的作用能分析
        4.4.1 作用能隨膜與污染物分子間距離的變化
        4.4.2 平衡位置各種作用能對總吸附能的貢獻(xiàn)率
    4.5 膜和污染物分子的形狀及表面粗糙度對界面能計算的影響
        4.5.1 形狀及表面粗糙度對界面能影響的理論分析
        4.5.2 膜表面形貌的試驗(yàn)表征及其對界面能計算的影響
    4.6 污染物分子的非均質(zhì)性對界面能計算的影響
    4.7 各種作用能對總吸附能的貢獻(xiàn)率分析
    4.8 用界面能理論預(yù)測膜表面的抗吸附型污染改性效果
    4.9 小結(jié)
第5章 膜污染發(fā)展過程的定量化描述
    5.1 引論
    5.2 試驗(yàn)材料與方法
        5.2.1 膜和污染物
        5.2.2 膜污染發(fā)展試驗(yàn)
        5.2.3 分析方法
    5.3 膜污染發(fā)展現(xiàn)象觀察
    5.4 膜污染發(fā)展過程的模型化描述
        5.4.1 初始階段及其向凝膠層階段的轉(zhuǎn)化
        5.4.2 凝膠層增長與穩(wěn)定階段的過濾曲線
        5.4.3 凝膠層增長與穩(wěn)定階段的幾個特征點(diǎn)
    5.5 膜污染發(fā)展模型對試驗(yàn)數(shù)據(jù)的擬合
        5.5.1 初始階段
        5.5.2 凝膠層增長和穩(wěn)定階段
        5.5.3 凝膠層發(fā)展模型參數(shù)意義
    5.6 膜污染發(fā)展模型的檢驗(yàn)
    5.7 小結(jié)
第6章 膜疏水性與其它因素對膜污染發(fā)展的協(xié)同影響
    6.1 引論
    6.2 試驗(yàn)材料與方法
        6.2.1 膜和污染物
        6.2.2 膜污染發(fā)展試驗(yàn)
        6.2.3 膜污染發(fā)展過程的定量化描述
        6.2.4 分析方法
    6.3 膜疏水性和孔徑對污染發(fā)展的協(xié)同影響
    6.4 膜疏水性和污染物粒徑對污染發(fā)展的協(xié)同影響
    6.5 膜疏水性和污染物濃度對污染發(fā)展的協(xié)同影響
    6.6 膜疏水性和水力剪切率對污染發(fā)展的協(xié)同影響
        6.6.1 水力剪切率對過濾阻力曲線的影響
        6.6.2 水力剪切率對過濾特征指數(shù)的影響
    6.7 膜疏水性對過濾通量可恢復(fù)性的影響
    6.8 膜污染發(fā)展過程中的機(jī)理與影響因素總結(jié)
    6.9 小結(jié)
第7章 實(shí)際 MBR 膜池上清液性質(zhì)對微濾膜污染發(fā)展?jié)搫莸挠绊?br>    7.1 引論
    7.2 試驗(yàn)材料與方法
        7.2.1 MBR 上清液的采樣和分離
        7.2.2 微濾膜
        7.2.3 膜污染發(fā)展試驗(yàn)與過濾阻力分析
        7.2.4 分析方法
    7.3 上清液各組分性質(zhì)的表征
        7.3.1 物質(zhì)種類
        7.3.2 分子量分布
        7.3.3 熒光性質(zhì)
        7.3.4 酸性基團(tuán)分布
        7.3.5 硬度離子絡(luò)合能力
    7.4 微濾膜性質(zhì)的表征
    7.5 上清液不同組分的膜污染發(fā)展過程
        7.5.1 總體發(fā)展趨勢
        7.5.2 初始階段
        7.5.3 凝膠層階段
    7.6 膜過濾阻力的成分分析
    7.7 膜污染層成分分析
    7.8 膜污染影響因素綜合分析及控制策略建議
        7.8.1 膜污染發(fā)展影響因素綜合模型
        7.8.2 膜污染控制策略建議
    7.9 小結(jié)
第8章 結(jié)論與建議
    8.1 結(jié)論
    8.2 建議
參考文獻(xiàn)
致謝
附錄 A Thomas 模型的求解與簡化
附錄 B 基于 Matlab 的 Thomas 模型非線性擬合方法
附錄 C 正反阻力法表征膜結(jié)構(gòu)沿厚度方向的相對不均勻度
附錄 D 基于 Matlab 的分形維數(shù)計算方法
附錄 E 膜及污染物的水-接觸角、zeta 電位與吸附平衡常數(shù)之間的相關(guān)關(guān)系推導(dǎo)
附錄 F 物質(zhì)親/疏水性的判斷標(biāo)準(zhǔn)
附錄 G 污染物分子構(gòu)象變化對吸附動力學(xué)及吸附平衡的影響
附錄 H 吸附型膜污染半經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ偷男拚ǹ紤]污染物構(gòu)象變化對吸附平衡的影響）
附錄 I 吸附型膜污染半經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ偷男拚ǹ紤]膜疏水性對污染物構(gòu)象變化的影響）
附錄 J 環(huán)辛烷-水-接觸角與空氣-水-接觸角之間的換算
附錄 K 吸附型膜污染過程中水動力學(xué)作用能的計算
附錄 L 小球粒與平面之間的作用能公式推導(dǎo)
附錄 M 攪拌過濾杯中濃差極化水力邊界層及濃度邊界層厚度計算
附錄 N 擴(kuò)散系數(shù)與濃度的關(guān)系
附錄 O 攪拌過濾杯中剪切力和剪切率的估計
附錄 P 攪拌過濾杯中擴(kuò)散系數(shù)的估計
附錄 Q 考慮邊界層內(nèi)污染物積累的凝膠層發(fā)展模型推導(dǎo)
附錄 R 溶解性有機(jī)物酸性基團(tuán) pKa分布計算方法
附錄 S 腐殖酸凝膠層的環(huán)境掃描電鏡照片
附錄 T 濃差極化邊界層內(nèi)過濾阻力的推導(dǎo)
附錄 U 膜污染發(fā)展影響因素綜合半經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ偷耐茖?dǎo)
附錄 V 恒流過濾模式下膜疏水性和污染物濃度對污染發(fā)展的協(xié)同影響模型
個人簡歷、在學(xué)期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文與研究成果


【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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本文編號：3385134