膜生物反应器料液特性对膜过滤阻力的影响

摘要

水资源匮乏是我国本世纪面临的一个最大的难题，制约着工农业的发展。污水资源化则是实现水资源可持续发展的保证，它既解决了水资源的短缺，又解决了污水的处理问题。 膜生物反应器(MBR)是膜分离技术与活性污泥系统相结合，用膜组件来代替活性污泥法中的二沉池。该技术以其新型、高效的优势广泛应用于污水处理和回用中。膜生物反应器应用微滤来完全截留污泥，提高了反应器中的微生物浓度，减小污泥产量。然而，膜的污染问题是膜生物反应器工艺得到进一步广泛推广的障碍，膜污染减小了膜通量，并增加了操作费用。 本课题主要考察在不同的气水比下，MBR运行中料液特性与膜过滤阻力的关系。三个相同的中空纤维膜生物反应器在不同的气水比下以每小时2升的流量恒流出水，气水比分别为20：1、40：1、80：1。为了研究料液特性对膜污染的影响，泥水分离过程分别在错流过滤与死端过滤操作下进行。 试验结果表明：随着气水比的增加，料液的可滤性变差。胞外聚合物(EPS)含量是影响膜污染的关键因素，污泥沉降性能与胞外聚合物浓度有较好的相关性；非丝状菌膨胀主要因反应器中累积的高浓度胞外聚合物所致；非丝状菌膨胀极大影响了污泥混合液的过滤性能，污泥膨胀后过滤阻力急剧增大。 膜表面吸附的EPS质量随着悬浮EPS浓度变化而变化；周期性排放污泥可减少反应器内悬浮EPS浓度和膜表面EPS含量，从而降低膜的过滤阻力；膜生物反应器中悬浮EPS浓度与过滤阻力之间的相关性方程为：R=7×105×Pv3.3385；单位膜面积吸附EPS质量与过滤阻力之间的相关性方程为：R=3.1525×1013×Pu-2.201×1012. 主要产生于内源代谢过程中的溶解性微生物代谢产物(SMP)会在反应器内累积。SMP的浓度与膜过滤阻力有较好的相关性，二者关系可用R=1.76×1012(TOC)0.1914表示；过滤阻力分布实验表明：SMP是凝胶层阻力的主要来源。

目录

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第一章绪论

1.1膜生物反应器

1.1.1膜生物反应器的技术及分类

1.1.2膜生物反应器的优点

1.1.3膜生物反应器的局限性

1.2膜过滤方式及膜污染的表征

1.2.1膜过滤基本操作方式

1.2.2膜污染现象的表征

1.3广义膜污染

1.3.1浓度差极化

1.3.2膜的污染

1.4膜的生物污染

1.4.1膜的生物污染现象

1.4.2膜的生物污染的形成过程

1.5料液特性对膜污染的影响

1.5.1悬浮物

1.5.2溶解性有机物

1.5.3污泥颗粒分布的影响

1.5.4胞外聚合物

1.6液中各组分对膜污染的影响

1.6.1优势污染物的确定

1.6.2料液中各组分对膜污染的贡献

1.7本研究的主要目标及内容

第二章实验装置与实验方法

2.1实验装置

2.2实验运行条件

2.3实验用水

2.4主要分析项目及测定方法

2.5料液过滤性能测试方法

2.5.1错流过滤实验方法

2.5.2死端过滤实验方法

2.6 SMP的产出对膜阻力影响的测定

2.6.1实验装置

2.6.2实验方法

第三章曝气强度对料液过滤特性的影响

3.1污泥浓度

3.2料液粘度

3.3料液沉降性能

3.4胞外聚合物

3.4.1反应器内胞外聚合物随运行时间的变化

3.4.2反应器内胞外聚合物与料液粘度的关系

3.4.3反应器内胞外聚合物与污泥沉降性能的关系

3.5溶解性有机物

3.5.1溶解性有机物在反应器内的积累

3.5.2溶解性有机物对出水的影响

3.6平均颗粒粒径的分布

3.7 小结

第四章错流过滤操作下料液特性对膜污染的影响

4.1过滤阻力随运行时间的变化

4.1.1工况1过滤阻力随运行时间的分析

4.1.2工况2过滤阻力随运行时间的分析

4.2工况1过滤阻力与MLSS的关系

4.3工况2过滤阻力与料液粘度的关系

4.4工况2 EPS在膜面的积累

4.4.1 EPS在膜面的积累量

4.4.2 EPS的比阻力

4.5反应器A在整个运行过程中的探讨

4.5.1胞外聚合物在反应器A内与膜表面的积累

4.5.2反应器A过滤阻力随运行时间的变化

4.5.3反应器A胞外聚合物与过滤阻力的相关性

4.6小结

第五章死端过滤操作下料液特性对膜污染的影响

5.1料液通量与过滤总阻力的比较

5.2悬浮液部分与微生物絮体部分过滤阻力分析

5.2.1悬浮液部分过滤阻力分析

5.2.2微生物絮体部分过滤阻力分析

5.3料液阻力分布实验

5.4污泥膨胀对膜阻力的影响

5.4.1污泥膨胀前后膜过滤阻力的比较

5.4.2污泥膨胀前后过滤阻力分布

5.4.3污泥沉降性能与过滤总阻力的关系

5.5 SMP的产出对膜污染的影响

5.5.1正丁醇的降解及SMP的产出

5.5.2 SMP的产出前后过滤阻力的变化

5.5.3 SMP产出量与过滤总阻力的关系

5.5.4 SMP的产出前后污泥混合液阻力分布实验

5.6小结

第六章结论

参考文献

发表论文和专利情况说明

致 谢