SBR处理生活污水过程中清洗条件对膜清洗效果影响的研究

摘要

本毕业论文针对北京工业大学生活污水,使用实验室规模(20L)的SBR反应器进行生物处理,并用死端微滤装置(0.1μm的PES微滤膜)对SBR出水进行了过滤。对膜的过滤行为、膜的洗涤(漂洗和化学清洗)的操作条件对清洗效果的影响进行了系统研究。
　　 首先对试验用膜进行孔径分析并对污泥悬浮液进行粒径分析,证明了过滤机理为滤饼过滤机理。同时,通过Hermia's过滤定理也证明了滤饼过滤机理的正确性。在过滤过程中,膜阻力只占较小的一部分,滤饼阻力为主要阻力。
　　 其次,当过滤进行了一段时间后,膜通量下降严重,需要对膜进行清洗以恢复其下降了的通量。漂洗过程可以去除膜上的污染物,使下降了的膜通量恢复到一定水平,这证明漂洗是有效的。但是,并不能使下降了的膜通量恢复到初始值,随着漂洗周期的增加,漂洗不可去除的污染会累积,造成漂洗的效果越来越差。在漂洗过程中,阻塞率越高,透过液累积体积越大,但是膜通量的回复率越低;漂洗液温度越高清洗效果越好,但过高的温度并不能带来好的清洗效果;适当增加转速会提高清洗效果;清洗次数为5使会产生最好的漂洗效果;漂洗液用量不会对漂洗效果产生太大影响。通过正交分析得到主要影响因素对于产品水量的影响程度顺序为:阻塞率、漂洗液温度、转速、漂洗次数、漂洗液体积、漂洗时间和压力。并确定了最佳漂洗操作条件,且验证了最佳漂洗操作条件的正确性。用多元回归的方法对实验数据进行回归分析,得到以下结论:阻塞率、漂洗液温度、转速、漂洗次数、漂洗液体积为主要影响因素,漂洗时间和压力为非主要影响因素;漂洗操作条件影响因素的顺序和定量关系为:阻塞率(38.3％)、漂洗液温度(21.6％)、速(19.3％)、漂洗次数(11.2％)、漂洗液体积(9.6％)、漂洗时间和压力,这与正交试验结果一致;得到了四个周期的回归方程,并验证了方程的误差小于8％。
　　 最后,当漂洗进行了几个周期后,其效果会越来越差,需要对膜进行化学清洗。当漂洗无法使通量恢复到一个较好的值时,化学清洗可以达到目的。化学清洗可以去除膜表面和膜孔内的有机物、胶体、微生物和无机盐沉淀等污染物,但是有些污染物还是无法去除,也有累积作用。化学清洗预实验确定了化学清洗剂的使用顺序:先用NaClO清洗,后用柠檬酸清洗效果较好。通过电镜照片证明了化学清洗的有效性,也证明了膜表面和膜断面的特性与分析结果的一致性。在单因素试验中,升高NaClO的pH和温度会使膜通量得到较好的恢复并得到较高的透过液累积体积;减小柠檬酸的pH会得到较好的化学清洗效果;增加柠檬酸的温度同样会得到较高的透过液累积体积和化学清洗效果。用多元分析法对化学清洗数据进行分析,其结论为:影响因素顺序为:柠檬酸pH、柠檬酸温度、次氯酸钠pH、次氯酸钠浸泡温度、次氯酸钠浸泡时间、柠檬酸用量、NaClO用量和柠檬酸浸泡时间;柠檬酸pH、柠檬酸温度、次氯酸钠pH和次氯酸钠浸泡温度为主要影响因素,次氯酸钠浸泡时间、柠檬酸用量、NaClO用量和柠檬酸浸泡时间为次要影响因素;得到了透过液累积体积与化学清洗操作条件之间的回归方程式。

目录

文摘

英文文摘

第1章 绪论

1.1 膜—序批式生物反应器

1.1.1 序批式生物反应器(SBR)

1.1.2 微滤膜技术

1.1.3 膜—序批式生物反应器

1.2 膜污染

1.2.1 膜污染的定义及形成

1.2.2 膜污染分类

1.2.3 膜污染控制

1.3 膜清洗

1.3.1 物理清洗

1.3.2 化学清洗

1.4 本研究的内容及目的

1.4.1 本研究的目的及意义

1.4.2 本研究的主要内容

1.5 本研究的创新点

第2章 实验与数据处理

2.1 实验材料与仪器

2.1.1 实验试剂

2.1.2 实验仪器

2.1.3 实验用膜材料

2.2 实验所用生活污水的水质指标

2.2.1 水质指标分析

2.2.2 活性污泥形态分析

2.3 实验装置

2.3.1 生物反应器

2.3.2 死端微滤装置

2.4 实验步骤

2.5 实验数据处理

2.6 正交实验法和多元回归

第3章 漂洗

3.1 漂洗实验的确定

3.2 膜阻力的确定

3.3 膜污染机理

3.3.1 膜与悬浮液性质

3.3.2 Hermia's过滤定理

3.4 过滤过程的特性

3.4.1 主要阻力的确定

3.4.2 漂洗效果

4.5 最佳漂洗条件的选择

3.6 漂洗操作条件的定量分析

3.6.1 多元线性回归分析

3.6.2 多元线性回归误差分析

3.7 本章小结

第4章 化学清洗

4.1 化学清洗实验的确定

4.1.1 化学清洗药剂

5.1.2 化学清洗药剂使用顺序

5.1.3 化学清洗实验

4.2 电镜结果

4.3 化学清洗效果分析

4.3.1 膜通量的变化

4.3.2 膜通量恢复率

4.3.3 化学清洗操作条件的影响

4.4 多元回归分析

4.5 本章小结

结论

参考文献

附录

攻读硕士学位期间发表的学术论文

致谢