预涂动态膜在错流过滤中的机理研究及其在膜生物反应器中应用
发布时间：2020-08-16 20:57
【摘要】：高能耗和膜污染是膜技术在污水处理推广方面的两个主要障碍,动态膜技术由于其优良的抗污染和清洗简单等优点越来越备受膜技术研究领域的关注。本文以预涂动态膜技术的应用研究为背景,利用动态膜对错流过滤工艺进行优化:减少膜污染、提高膜通量和简化膜清洗。同时首次提出动态膜技术与当前污水处理热点工艺—生物反应器结合,进一步优化错流式膜生物反应器的性能。实验结合错流式膜生物反应器(CMBR)和A/O工艺,利用动态膜进行过滤,对模拟的己内酰胺废水进行处理,考察系统内的生物活性和污泥硝化性能。在后期,反应器中加入活性炭粉末,以此来改善污泥混合液的性能,改变污泥絮体的结构、物理性能。 首先,通过对错流过滤系统中悬浮颗粒的受力分析,考虑了动态膜制备过程中膜孔堵塞和膜管曲率变化等因素,提出了更切实际的动态膜形成过程数学模型,并对该模型进行了实验验证,利用所建立的数学模型可计算整个过程中的膜通量和膜厚度。颗粒大小、错流速度和跨膜压差等参数对达到稳定状态后的动态膜的膜厚和渗透液通量影响显著,而达到平衡状态所需的时间则与跨膜压差、主体溶液的颗粒浓度和粒径等参数有关。实验显示,膜孔堵塞的速率γ并不与颗粒浓度和压力呈明显的线性关系,但随着颗粒浓度和压力的增大,膜孔堵塞的速率也随之增大。以1250目和6000目的高岭土为动态膜材料,分别在不同的流量、压力和涂膜液浓度下进行涂膜实验,结果表明:当系统常数k_0在1250目和6000目高岭土试验中分别取2和10时,实验值与计算值在非稳态和稳态情况下均比较接近。但在实验中发现膜通量进入稳态后仍随时间缓慢下降。 进一步的研究是探索预涂层动态膜的制备条件和动态膜的过滤条件。利用1250目、4000目、6000目的高岭土分别作为动态膜涂膜材料,在不同的错流速度(0.5、1.0、1.5m·s~(-1))、跨膜压差下(0.1、0.2MP)和不同颗粒浓度(0.5、0.75、1.0g·L~(-1))下分别进行涂膜的正交实验。以过滤二级出水和活性污泥的出水通量和水质作为评价膜的性能指标,结果显示0.1MP压差、1.5m·s~(-1)的初始膜面流速,用0.5g·L~(-1)的6000目高岭土进行涂膜30min得到的动态膜比较理想。在动态膜过滤和0.2μm无机微滤膜过滤实验的比较中,结果显示,动态膜过滤污泥混合液时在出水水质和通量方面明显由于直接过滤,而处理二级出水在膜通量方面没有太大的优
【学位授予单位】：东华大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2006
【分类号】：X703
【图文】：
firtlatino)两种方式。死端过滤是指有压的料液垂直流向于膜表面，被截留的颗粒在膜表面不断积累形成滤饼层，滤饼层增厚的直接后果是过滤阻力增大，如果压力保持不变，膜通量将持续减小，如图1一2()a所示。因此，在死端过滤操作中，不得不进行间歇操作来去除滤饼层或者更换膜。图1一2两种过滤方式通量一时间的曲线及操作方式()a死端过滤(b)错流过滤Figl一2Theeurvesbetweenfluxv.s.timeandoPerationsoffiltation(a)dead一endfiltation(b)eross一flowfiltration从70年代开始，死端过滤逐渐被另一种过滤方式所替代一错流过滤。错流过滤是指料液通过压力驱动流向与膜面平行，与滤液呈十字交叉，所以也称为十字过滤，如图1一2(b)所示。错流过滤工艺中料液高速流动所产生的剪切力能将沉积在膜表面的颗粒带走，阻止滤饼持续增厚，能在长时间内得到稳定的膜通量。由于其操作过程简单，通量高等优点，在工业上广泛应用。一直至今，错流过滤的机理研究是过滤领域的研究热点。若按过滤的切割量(Outoff)分类，分类的情况要根据膜孔径的大小和所能过滤的分子大小而定。图1一3为膜孔径与污染物粒径之间的关系I’]。一般分为砂滤、微滤(Mierofiirtation
第三章动态膜的制备与表征(e)(b)图3一2膜表面SEM图()a陶瓷膜支撑体(b)1250目(e)4000目(d)6000目Fig.3一2SEMofmembrnaesuarfee(a)eemariesupport(b)1250mesh(e)4000mesh(d)6o00mesh图3一2为清洁陶咨绷莫表面，依次为陶瓷膜、1250、4000〔6000目高岭土动态膜表面。可以看到基膜支撑体的平均膜孔为2娜左右，而动态膜的膜孔为.02林m左右。而从另外的1250目和4000目的动态膜表面的SEM图显示，膜孔分别为0.8林m和.04林m左右。一般来说，膜孔的孔径越小，对颗粒的截流率越高而相应的通量也就越小。但在实际的膜分离过程中，会出现膜自身阻力和膜污染阻力总和最小、膜通量最高的最优膜孔径14一5]。6000目高岭土动态膜表面膜孔要比其他两种要小，膜孔越小，悬浮颗粒越容易被截留在膜表面形成滤饼，而难以进入膜内部形成膜孔堵塞，膜污染的阻力自然要小。3.3.2动态膜厚度及成膜条件的影响动态膜的厚度不仅直接影响膜的有效过滤面积
直接过滤945.312.24933.14.3.3膜管表面电镜图膜管经高岭土涂膜后直接进行电镜扫描(SEM，SJM一6360VL)，得到图4一1，用涂膜后的膜管处理污泥混合液3小时候再进行电镜扫描，得到图4一l。图4一l为过滤二级出水和污泥后的动态膜表面的SEM照片。从()a可以看到，过滤二级出水后，动态膜表面为一层较薄的污泥覆盖，但仍可以看到高岭土颗粒裸露在污染层之外，仍有小孔可以观察到。而过滤污泥的照片看，污染情况明显要比过滤二级出水严重，在表面几乎已经看不到有细微的孔。因此，在相同条件下，过滤污泥的通量要比过滤二级出水小得多。所以可以认为，在过滤二级出水
本文编号：2794936
【学位授予单位】：东华大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2006
【分类号】：X703
【图文】：
firtlatino)两种方式。死端过滤是指有压的料液垂直流向于膜表面，被截留的颗粒在膜表面不断积累形成滤饼层，滤饼层增厚的直接后果是过滤阻力增大，如果压力保持不变，膜通量将持续减小，如图1一2()a所示。因此，在死端过滤操作中，不得不进行间歇操作来去除滤饼层或者更换膜。图1一2两种过滤方式通量一时间的曲线及操作方式()a死端过滤(b)错流过滤Figl一2Theeurvesbetweenfluxv.s.timeandoPerationsoffiltation(a)dead一endfiltation(b)eross一flowfiltration从70年代开始，死端过滤逐渐被另一种过滤方式所替代一错流过滤。错流过滤是指料液通过压力驱动流向与膜面平行，与滤液呈十字交叉，所以也称为十字过滤，如图1一2(b)所示。错流过滤工艺中料液高速流动所产生的剪切力能将沉积在膜表面的颗粒带走，阻止滤饼持续增厚，能在长时间内得到稳定的膜通量。由于其操作过程简单，通量高等优点，在工业上广泛应用。一直至今，错流过滤的机理研究是过滤领域的研究热点。若按过滤的切割量(Outoff)分类，分类的情况要根据膜孔径的大小和所能过滤的分子大小而定。图1一3为膜孔径与污染物粒径之间的关系I’]。一般分为砂滤、微滤(Mierofiirtation
第三章动态膜的制备与表征(e)(b)图3一2膜表面SEM图()a陶瓷膜支撑体(b)1250目(e)4000目(d)6000目Fig.3一2SEMofmembrnaesuarfee(a)eemariesupport(b)1250mesh(e)4000mesh(d)6o00mesh图3一2为清洁陶咨绷莫表面，依次为陶瓷膜、1250、4000〔6000目高岭土动态膜表面。可以看到基膜支撑体的平均膜孔为2娜左右，而动态膜的膜孔为.02林m左右。而从另外的1250目和4000目的动态膜表面的SEM图显示，膜孔分别为0.8林m和.04林m左右。一般来说，膜孔的孔径越小，对颗粒的截流率越高而相应的通量也就越小。但在实际的膜分离过程中，会出现膜自身阻力和膜污染阻力总和最小、膜通量最高的最优膜孔径14一5]。6000目高岭土动态膜表面膜孔要比其他两种要小，膜孔越小，悬浮颗粒越容易被截留在膜表面形成滤饼，而难以进入膜内部形成膜孔堵塞，膜污染的阻力自然要小。3.3.2动态膜厚度及成膜条件的影响动态膜的厚度不仅直接影响膜的有效过滤面积
直接过滤945.312.24933.14.3.3膜管表面电镜图膜管经高岭土涂膜后直接进行电镜扫描(SEM，SJM一6360VL)，得到图4一1，用涂膜后的膜管处理污泥混合液3小时候再进行电镜扫描，得到图4一l。图4一l为过滤二级出水和污泥后的动态膜表面的SEM照片。从()a可以看到，过滤二级出水后，动态膜表面为一层较薄的污泥覆盖，但仍可以看到高岭土颗粒裸露在污染层之外，仍有小孔可以观察到。而过滤污泥的照片看，污染情况明显要比过滤二级出水严重，在表面几乎已经看不到有细微的孔。因此，在相同条件下，过滤污泥的通量要比过滤二级出水小得多。所以可以认为，在过滤二级出水
【引证文献】
相关硕士学位论文 前3条
1 孙宏梅;无机动态膜的制备及其在乳化油分离中的应用[D];大连理工大学;2011年
2 刘程华;混凝—动态膜组合工艺在污水处理中的应用研究[D];山东大学;2008年
3 王锋锋;预涂动态膜工艺在回用水处理中的适应性研究[D];西安建筑科技大学;2012年
本文编号：2794936
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