U型中空纤维膜生物反应器中膜污染控制研究

摘要

膜生物反应器(membrane bioreactor, MBR)是一种高分离效率的水处理技术，其特点是占地面积小，处理效率高，出水水质稳定，管理运行简便。然而，运行过程中出现的膜污染问题使得运行费用升高，维护不便，制约了MBR的推广应用。通过对膜污染的研究，寻找改善并减缓膜污染的方法，维持膜通量的稳定，成为MBR研究的重点。本研究通过气液两相流、絮凝剂的添加等措施优化操作条件、改善混合液性质，从而延缓膜污染。通过曝气条件、膜组件结构等因素优化气液两相流对膜污染的控制效果，添加絮凝剂改善活性污泥混合液的生化及理化性质，从而改善膜污染，寻求理想的絮凝剂种类及添加范围，并且尝试多种膜清洗方法，获得最佳清洗组合。
　　研究了U型中空纤维膜生物反应器的微滤实验中不同活性污泥浓度、曝气强度、曝气方式、膜组件结构、抽停比等因素对膜污染影响。通过试验选择了最佳的膜组件内径为46mm，结合曝气强度试验最终确定了曝气强度为70 L/(m2-h)，选择了最佳的抽/停时间为7min/3min。
　　试验不同添加剂量的絮凝剂对活性污泥脱水性能的影响，获得絮凝剂的添加种类和添加范围;在MBR连续运行试验中考察絮凝剂对对膜污染的控制效果;实验分析絮凝剂添加后，活性污泥絮体平均粒径，EPS含量，上清液COD，混合液粘度等方面分析了膜污染控制机理。
　　试验比较了毛刷擦洗、次氯酸钠清洗、柠檬酸钠清洗和超声清洗四种不同的清洗方式，以及不同的组合方式。在MBR初始运行阶段，毛刷擦洗是最直接有效的的清洗方式，可以去除膜表面的吸附沉积物，使得膜通量得到较大程度的恢复。随着MBR运行时间的增加，毛刷擦洗的效果逐渐变差，膜通量的恢复率变小。此时采用毛刷擦洗和次氯酸钠清洗相结合的方法，膜通量得到显著恢复。最终选择次氯酸钠清洗之后再使用超声清洗，可以使得通量几乎完全恢复，达到最优效果。

目录

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致谢

摘要

第一章 绪论

1．1 膜生物反应器工艺

1．1．1 膜分离过程概述

1．1．2 膜分离过程的基本运行参数及模式

1．1．3 膜生物反应器处理技术

1．2 MBR中膜污染的形成

1．3 膜污染控制方法

1．3．1 膜材料和膜组件结构的优化

1．3．2 活性污泥混合液的理化及生化性质优化

1．3．3 MBR的操作条件优化

1．4 气液两相流对膜污染的减缓作用

1．4．1 流体类型

1．4．2 弹状流体的流体力学和传质性质

1．5 添加絮凝剂改善膜分离过程

1．5．1 絮凝剂的分类

1．5．2 絮凝剂对膜污染的控制作用

1．6 研究思路与主要内容

第二章 U型中空纤维膜生物反应器操作条件优化

2．1 实验装置与材料

2．1．1 主要仪器与药品

2．1．2 膜生物反应器装置

2．1．3 实验用水

2．1．4 活性污泥培养

2．2 实验方法

2．2．1 测试方法和原理

2．3 结果与讨论

2．3．1 曝气强度对微滤过程的强化作用

2．3．2 活性污泥浓度对膜污染的影响

2．3．3 膜组件内径对微滤过程的强化作用

2．3．4 间歇出水对膜污染的影响

2．3．5 曝气设备孔径及其排布对膜污染的影响

2．4 本章小结

第三章 絮凝剂对膜污染过程的影响

3．1 絮凝剂添加范围及添加种类选择

3．1．1 实验装置与材料

3．1．2 实验方法

3．1．3 结果讨论与分析

3．1．4 小结

3．2 MBR连续运行时添加絮凝剂对膜污染的影响

3．2．1 絮凝剂对活性污泥混合液粘度影响

3．2．2 絮凝剂对活性污泥平均粒径的影响

3．2．3 絮凝剂对EPS含量的影响

3．2．4 絮凝剂对上清液COD含量影响

3．2．5 絮凝剂膜污染速率影响

3．3 本草小结

第四章 膜的清洗对膜污染的影响

4．1 膜污染的清洗方法

4．2 试验结果分析

4．3 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间的学术活动及成果情况