膜生物反应器中膜污染的形成机理及其影响因素研究

发布时间：2019-03-14 20:40

【摘要】：膜生物反应器(Membrane Bioreactor, MBR)是一种将膜分离过程与生物处理过程结合在一起的新型污水处理工艺。与传统的活性污泥法(CAS)相比,该工艺具有处理效果佳、占地面积少、便于实现自动化控制等优点,现己被广泛应用于污水处理和回用领域。然而,膜污染问题却极大地限制了该技术的推广应用。膜污染的形成对MBR技术的经济性与实用性均具有不利影响,它不仅会降低MBR的运行性能,同时还会增加它的运行能耗。由此可见,明确MBR中膜污染的形成机制及其关键影响因素,对MBR中膜污染的控制与该技术的推广应用均具有重要的理论与现实意义。本文以一个长期稳定运行的浸没式平板MBR为研究基础,深入探究了MBR中膜污染的形成机理及其关键影响因子。主要考察了EPS、pH、离子强度和膜面粗糙度等因素对膜污染的影响,并通过渗透压机理和XDLVO (Extended Derjaguin-Landau-Verwey-Overbeek)理论对这些影响产生的内在机制进行了深入和全面的阐释。主要研究结果如下：(1)MBR过滤过程中还存在着一种新的膜污染机制,即滤饼层过滤过程中的渗透压效应。所构建模型的拟合结果表明：渗透压效应是滤饼层过滤阻力的主要来源；此外,pH、操作压力及离子强度是滤饼层渗透压效应的主要影响因子。(2)滤饼层结构和成分的表征结果表明：滤饼层具有高度水化且富弹性的结构特征；滤饼层中水的化学势会随着滤饼层深度的变化而变化；滤饼层表面带负电官能团所截留的正离子是滤饼层中渗透压效应产生的主要原因所在。此外,上清液中SMP和BPC的存在会显著影响渗透压效应,并最终导致滤饼层高过滤阻力的形成。(3)pH值对膜污染的影响：洁净膜的过滤阻力随着pH的增大而轻微的增加；膜孔堵塞所产生的过滤阻力很小,因此受pH的影响甚微；污泥颗粒的粘附性随着pH的增加而降低。XDLVO理论分析结果表明,在污泥颗粒靠近膜面的过程中存在一个斥力能垒,这个能垒的大小随着pH的减小而减小,这将有利于污泥颗粒在膜上的粘附。此外,渗透压效应的存在使得滤饼层的过滤阻力随着pH的增大而显著增加。(4)在离子强度为0.005-0.05 mol/L的范围内,离子强度对膜孔堵塞阻力与滤饼层过滤阻力均没有显著的影响。XDLVO理论分析结果表明,在污泥颗粒靠近膜面的过程中,存在一个第二能量最低点和一个斥力能垒,斥力能垒会随着离子强度的增加而显著降低,表明存在一个临界离子强度值,当溶液离子强度高于该值时,斥力能垒就会完全消失。此外,滤饼层过滤阻力没有受到离子强度的显著影响,但却高度依赖上清液中的SMP,并可通过渗透压机理加以解释。(5)与污泥颗粒-平滑膜面的作用能相比,污泥颗粒在粗糙膜表面上更容易发生粘附,同时也更容易被脱除下来；较小的突起半径将更有利于污泥颗粒在膜面上的粘附,并且还存在一个“临界”突起半径,当突起半径大于这个半径时,总作用能在特定的分离距离内将会是排斥的；突起高度对膜污染的影响将主要依赖于MBR中的水动力条件,在良好的水动力条件下,高水平的突起高度更有利于膜污染的控制；污泥颗粒对膜污染的影响在热力学和水动力学方面表现出了相反的影响特征,因此在探讨污泥粒径对MBR膜污染的影响时,须进行综合的分析和评估。
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【学位授予单位】：浙江师范大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：X703

【参考文献】