膜曝气与膜分离交替运行膜生物反应器的研究

摘要

针对膜生物反应器（MBR）能耗较高和膜污染较快的问题，提出了气水交替膜生物反应器（AMBR）的新工艺。在膜材料优选、膜材料改性和膜曝气影响因素综合考察的基础上，进行了AMBR和一体式膜生物反应器（SMBR）处理效能的对比研究。
　　采用物理吸附法（无水乙醇浸泡）对疏水性聚丙烯中空纤维膜进行了亲水处理，经亲水处理5min后，膜组件的曝气效果达到较优值，其泡点压力由亲水处理前的0.0015MPa提升至亲水处理后的0.097MPa，氧转移系数、充氧能力分别提高了约3倍和6倍。亲水改性前的膜组件在0.078MPa的较大压力下也不能出水，改性处理可大幅降低膜组件出水阻力，单位操作压力下膜通量提高到3.33m3/m2hMPa。气流量、气压对膜曝气效果影响较大，当气流量较小，气压在泡点以下时，氧转移效率高于45％，且随着气流量的增加，充氧速率不断上升；当气流量增大并导致气压超过泡点时，氧转移效率迅速下降。水体体积和膜片淹没深度的增加有利于提高膜曝气的效果。
　　通过长期运行实验，对比研究了两种膜生物反应器对污染物的去除效果和膜污染的变化规律。结果表明，AMBR和SMBR对COD和NH3-N的去除效果基本一致，COD、NH3-N平均去除率均大于96%。AMBR对TN的平均去除率为76.94%，比SMBR提高约25%。通过对耗氧量的计算，得出AMBR的气水比仅为SMBR的1/25，氧利用率是SMBR的37.5倍，表明膜曝气工艺在废水生物处理中的可行性与高效性。在两种MBR对比连续运行的50d里，SMBR过膜压力增长较快，经历了近两个污染周期（至第25d时，过膜压力上升了30KPa,进行清洗后，在随后的25d里，过膜压力继续上升到25KPa），而AMBR的过膜压力增长很小（仅上升5KPa），说明气水交替的膜运行方式具有很强的抑制膜污染能力。
　　因此，对于AMBR，尽管采用膜曝气替代传统鼓泡曝气，工程造价有所提高，但膜污染大大降低，氧利用率大大提高，大幅节省了能耗和运行成本，且对TN的处理效果远优于传统MBR，因此AMBR更具应用推广价值。

目录

膜曝气与膜分离交替运行膜生物反应器的研究

STUDY ON MBR WITH MEMBRANE ALTERNATELY AS SOLID/LIQUID SEPARATOR AND AIR DIFFUSER

摘　要

Abstract

目　录

第1章 绪论

1.1 课题背景

1.2 国内外研究现状与发展趋势

1.2.1 膜生物反应器的国内外研究现状

1.2.2 膜曝气技术国内外研究现状

1.2.3 MBR的膜污染与控制

1.2.4 气水交替MBR研究现状

1.2.5 气水交替MBR的可行性

1.3 研究目的和主要内容

第2章 聚丙烯中空纤维膜亲水改性

2.1 膜组件的选择

2.1.1 膜组件形式的选择

2.1.2 膜材料的选择

2.2 亲水改性的原理

2.2.1 亲水改性的必要性

2.2.2 亲水改性方法

2.2.3 改性剂的选择

2.3 亲水改性效能研究

2.3.1 实验材料与方法

2.3.2 实验结果与讨论

2.4 本章小结

第3章 膜曝气影响因素实验研究

3.1 材料与方法

3.1.1 材料

3.1.2 实验装置

3.1.3 实验过程

3.1.4 检测方法

3.1.5 数据处理方法

3.2 结果与讨论

3.2.1 气量气压对充氧效果的影响

3.2.2 水体体积对充氧效果的影响

3.2.3 膜片淹没深度对充氧效果的影响

3.2.4 膜片放置方式对充氧效果的影响

3.2.5 不同曝气方式的比较

3.2.6 水质对曝气效果的影响

3.3 本章小结

第4章 AMBR与SMBR工艺比较研究

4.1 材料与方法

4.1.1 实验装置

4.1.2 实验原水及污泥接种

4.1.3 检测指标及检测方法

4.2 污水净化效能

4.2.1 试验运行条件

4.2.2 DO的影响

4.2.3 污染物去除效果

4.2.4 两反应器内生物环境比较

4.2.5 能耗比较

4.3 膜污染

4.3.1 膜通量

4.3.2 膜过滤阻力

4.3.3 膜清洗

4.4 本章小结

结　论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的学术论文

哈尔滨工业大学硕士学位论文原创性声明

哈尔滨工业大学硕士学位论文使用授权书

致 谢