碳纳米管中空纤维膜厌氧生物反应器处理城市生活污水的性能研究

发布时间：2017-11-05 16:01

  本文关键词：碳纳米管中空纤维膜厌氧生物反应器处理城市生活污水的性能研究

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【摘要】：伴随我国经济的快速发展及城市人口的逐渐增多,水资源与能源短缺、城市生活污水排放量剧增等问题日益凸显,在我国倡导低碳环保体系的同时,生活污水的再生利用成为众多专家学者的研究热点。膜生物处理技术能够很好解决该问题,且厌氧膜生物水处理技术对比于好氧生物处理最大优势在于产生能源性气体甲烷,而传统有机材料膜渗透性与膜选择性之间的矛盾关系以及膜污染等问题是妨碍其广泛应用的一个重要原因。针对这些问题,本文中首先利用碳纳米管制备出功能性导电碳纳米管中空纤维膜,通过在膜上施加电偏压实现膜分离与电化学技术的耦合,并将电化学辅助膜运用到自主设计的新型厌氧膜生物反应器(Membrane Bioreactor, MBR)中,处理低浓度生活污水,考察其分离性能、气体产量及抗污染性能。主要研究内容和结果如下：用酸化-纺丝-煅烧法制得碳纳米管中空纤维膜(Carbon Nanotube-Hollow Fiber Membrane, CNT-HFM),膜表面是由交错排列的碳纳米管形成的网状孔道结构,结构稳定,孔隙率高,纯水通量是普通有机中空纤维膜(Polyvinylidene Fluoride-Hollow Fiber Membrane, PVDF-HFM)的2倍,且具有导电性和良好的分离性能及抗污染能力。在膜上施加电偏压后的碳纳米管中空纤维膜,相比PVDF-HFM,体现出更好的抗污染性能、膜分离性能以及膜再生能力,膜与污染物之间的电排斥作用增强,膜表面的滤饼层厚度变薄,二次清洗后,膜通量恢复率高达88.27%,是PVDF-HFM的1.5倍。不同温度对厌氧MBR处理效果存在一定影响,当温度分别为40℃、30℃和20℃时,COD生物去除率从88.4%下降到78.5%,再降至38.1%,而总去除率分别为95.7%、92.7%和81.7%,说明后期的膜分离阶段COD的去除率并没有受到较大影响,膜分离后出水COD浓度始终在70 mg/L以下。表明相对传统的厌氧活性污泥法,厌氧MBR工艺在COD去除效果上有一定优势。比较使用PVDF-HFM的改进前厌氧MBR和改进后新型厌氧MBR,结果显示,在反应器内部加设圆台形状的内筒取代普通UASB中的三相分离器结构,可以提高气体的收集效率,甲烷产量从281.95 mL/d升高到396.12 mL/d,并通过设置的一圈圆形布水孔,防止污泥颗粒进入膜分离区,减缓膜污染；分别使用PVDF-HFM、CNT-HFM及膜表面施加负偏压的CNT-HFM的对比实验中,膜表面施加负偏压后COD去除中的膜分离贡献值最高为14.9%,跨膜压差增长速率仅为PVDF-HFM的一半,说明CNT-HFM在污染物分离效果和膜的抗污染能力上都体现出更优异的性能。
【学位授予单位】：大连理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：X799.3

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