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

论文摘要

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k0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

论文目录

• 第一章 前言
• 1.1 膜技术的应用与发展
• 1.1.1 膜技术的发展历程
• 1.1.2 膜过滤技术在水处理中的应用
• 1.2 过滤基本原理
• 1.2.1 过滤分类
• 1.2.2 传质机理
• 1.2.3 膜过滤技术在水处理中的应用
• 1.3 膜技术与膜生物反应器（MBR）
• 1.3.1 膜生物反应器（MBR）的简介
• 1.3.2 发展与现状
• 1.3.3 MBR的分类和特点
• 1.3.4 MBR中膜污染的主要因素
• 1.3.5 膜生物反应器的清洗
• 1.4 动态膜过滤
• 1.4.1 动态膜的类型
• 1.4.2 动态膜通量预测的数学模型
• 1.4.3 动态膜技术的发展和应用
• 1.5 课题的提出
• 1.5.1 课题的意义和目的
• 1.5.2 研究内容
• 1.5.3 研究流程
• 参考文献
• 第二章 动态膜涂膜过程的模型建立及模拟
• 2.1 理论分析与模型建立
• 2.1.1 膜孔堵塞
• 2.1.2 滤饼形成
• 2.1.3 受力分析
• 2.1.4 模型建立
• 2.2 模型模拟与预测
• 2.2.1 跨膜压力、流量对稳定状态的影响
• 2.2.2 跨膜压力、流量对达到稳定状态时间的影响
• 2.2.3 颗粒粒径和颗粒浓度对达到稳定状态时间的影响
• 2.3 实验材料与方法
• 2.3.1 实验材料
• 2.3.2 实验装置
• 2.3.3 测试项目和分析方法
• 2.3.4 膜清洗方法
• 2.4 实验验证与讨论
• 2.4.1 膜孔堵塞速率
• 2.4.2 非稳态下实验值与计算值的比较
• 2.4.3 稳态下实验值与计算值的比较
• 2.5 本章小结
• 符号说明
• 参考文献
• 第三章 动态膜的制备及表征
• 3.1 引言
• 3.2 实验材料和设备
• 3.2.1 实验设备及运行
• 3.2.2 膜材料与涂膜材料
• 3.2.3 测试与分析项目
• 3.3 高岭土动态膜制备条件的探索
• 3.3.1 成膜颗粒的粒径的影响
• 3.3.2 动态膜厚度及成膜条件的影响
• 3.3.3 错流速度对动态膜成膜的影响
• 3.4 动态膜过滤的条件探索
• 3.4.1 错流速度的影响
• 3.4.2 跨膜压力的影响
• 3.4.3 污泥浓度的影响
• 3.5 动态膜过滤与陶瓷膜过滤的比较
• 3.5.1 动态膜与微滤膜的过滤性能比较
• 3.5.2 动态膜与微滤膜的能耗比较
• 3.6 水回用的可行性分析
• 3.7 本章小结
• 参考文献
• 第四章 污染机理分析及清洗研究
• 4.1 引言
• 4.2 膜阻力测试实验
• 4.2.1 阻力分布分析
• 4.2.2 阻力分布分析
• 4.3 污染成分研究
• 4.3.1 污染物成分分析
• 4.3.2 动态膜污染物分析
• 4.3.3 膜管表面电镜图
• 4.4 清洗方法的研究
• 4.4.1 物理清洗
• 4.4.2 化学清洗
• 4.4.3 清洗方法的重复性考查
• 4.4.4 动态膜过滤与微滤无机膜清洗效果比较
• 4.5 本章小结
• 参考文献
• 第五章 动态膜-错流式膜生物反应器（CMBR）处理己内酰胺废水
• 5.1 引言
• 5.2 实验材料和设备
• 5.2.1 实验装置
• 5.2.2 实验运行方式
• 5.2.3 分析项目
• 5.2.4 耗氧呼吸速率的测定
• 5.2.5 污泥混合液的分离
• 5.2.6 EPS的提取
• 5.2.7 涂膜方式及膜清洗
• 5.3 CMBR处理己内酰胺废水的运行情况
• 5.3.1 己内酰胺废水的特点及处理现状
• 5.3.2 实验的启动
• 5.3.3 系统第一、第二阶段的运行情况
• 5.3.4 投加PAC后的运行情况
• 5.4 本章小结
• 参考文献
• 第六章 膜-生物反应器运行过程中通量研究及膜污染分析
• 6.1 引言
• 6.2 通量衰减影响因数
• 6.2.1 “假拟稳定通量”概念的提出
• 6.2.2 压力影响
• 6.2.3 错流速度影响
• 6.2.4 污泥浓度影响
• 6.2.5 动态膜与微滤膜通量衰减的比较
• 6.2.6 投加PAC后的通量衰减
• 6.3 动态膜的抗污染性能
• 6.3.1 污染阻力分布
• 6.3.2 污染物分析
• 6.4 膜清洗
• 6.4.1 动态膜的反压冲洗周期的理论计算
• 6.4.2 反冲洗实验
• 6.5 本章小结
• 参考文献
• 第七章 结论与展望
• 7.1 动态膜制备的机理分析和模型建立
• 7.2 动态膜的表征及考察
• 7.3 动态膜在膜生物反应器中长期运行的考察
• 7.4 展望
• 附录
• 致谢