MBR处理染整废水的膜污染特征研究

论文摘要

染整废水由于其高浓度、高色度、难降解等诸多特征,用传统水处理方法难以达到理想的处理效果。本研究利用水解酸化+膜生物反应器（MBR）组合工艺处理模拟染整废水,将膜的高效截留作用与活性污泥法完美结合起来达到了理想的处理效果。目前针对MBR处理染整废水处理过程中膜污染问题的研究较少,因此,本文着眼于染整废水的膜污染特征研究。实验正式运行了139天,按进水有无PVA而分成两个阶段运行。本文对比分析了添加PVA前后比膜通量的衰减特征、膜阻力的构成及其变化特征；分别测定了EDTA二钠法提取的EPS的溶液中蛋白质和多糖的含量,并对EPS组分与膜阻力的相关性进行了研究；通过SEM、傅里叶红外光谱、GC-MS以及光谱扫描等手段对膜面污染物质进行了分析和测定；通过小型试验装置对MBR混合液进行过滤实验,并用线性化的Hermia过滤模型对实验数据进行拟合,探讨了处理染整废水膜污染机理模型。本文主要得到了如下结论：（1）在长期的亚临界条件下运行,当系统HRT达到24h以上,COD去除效果可以达到80%以上,色度达到50%；当HRT增大到3d以上时,色度去除率明显升高（可达到80%）,而COD去除率变化不大。（2）比膜通量的衰减与膜面水力学因素关系密切：当初始膜通量较大时,浓差极化现象更严重,比膜通量衰减更剧烈；膜面阻力构成中,滤饼层阻力占最大比例,PVA的加入会增大浓差极化层阻力在总膜阻中所占的比例。（3）在MBR系统中,SMP和结合态的EPS的含量保持增长态势；在SMP和结合态EPS组分中,蛋白质的含量高于多糖,而且蛋白质含量与膜污染的相关性较之多糖与膜污染的相关性更强；膜面EPS组分中蛋白质含量也比多糖要多。（4）根据膜面物质IR图谱、光谱扫描等分析结果,可以确认膜丝表面污染物中有多糖、多肽的特征官能团；对膜丝表面及断面的SEM分析表明,膜表面污染较为严重,但是膜孔内部及支撑层并未明显观察到有污染物质的存在（5）通过线性化的Hermia四种堵塞过滤机理模型对MBR混合液在不同膜面流速下的错流过滤实验数据进行曲线拟合,发现滤饼堵塞模型拟合度最高,达到0.9以上。PVA的存在会增加污泥比阻,降低膜的过滤性能。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 目录
• 1 绪论
• 1.1 染整废水的处理现状
• 1.1.1 染整废水处理技术难点分析
• 1.1.2 染整废水处理技术
• 1.1.3 染整废水处理中存在的问题
• 1.2 MBR研究概况
• 1.3 MBR工艺的优点及存在的主要问题
• 1.4 MBR膜污染研究现状
• 1.5 膜污染基础理论
• 1.5.1 浓差极化现象
• 1.5.2 临界通量理论
• 1.5.3 滤饼层形成理论
• 1.6 膜污染的影响因素
• 1.6.1 操作条件的影响
• 1.6.2 膜性质的影响
• 1.6.3 混合液悬浮污泥的影响
• 1.7 膜过滤的数学模型
• 1.7.1 阻力模型
• 1.7.2 Hermia经典模型
• 1.7.3 多孔模型
• 1.8 研究目的和意义
• 2 试验装置及研究方法
• 2.1 实验装置
• 2.2 试验水质
• 2.3 实验方法
• 2.4 研究内容
• 2.5 参数设定
• 2.6 分析项目及方法
• 2.6.1 光谱扫描
• 2.6.2 傅里叶红外光谱分析（FT-IR）
• 2.6.3 扫描电镜分析
• 2.6.4 气-质联用GC-MS
• 2.6.5 污泥粘度
• 2.6.6 胞外聚合物（EPS）的提取
• 2.6.7 蛋白质的测定
• 2.6.8 多糖含量的测定
• 2.6.9 其他分析方法及仪器
• 3 MBR对染整废水的处理效果分析
• 3.1 引言
• 3.2 污泥的接种及反应器的启动
• 3.3 跨膜压差（TMP）对处理效果的影响
• r和色度的去处效果的影响'>3.4 水力停留时间（HRT）对CODc_r和色度的去处效果的影响
• 3.5 反应器内有机物的累积分析
• 3.6 PVA对处理效果的影响
• 3.7 本章小结
• 4 膜污染的解析研究
• 4.1 引言
• 4.2 比膜通量的衰减
• 4.3 PVA对比膜通量衰减速率的影响
• 4.4 膜阻变化分析
• 4.5 膜面阻力构成的研究
• 4.6 本章小结
• 5 胞外聚合物（EPS）的分析
• 5.1 引言
• 5.2 EPS对膜污染的影响
• 5.2.1 SMP含量极其对膜污染的影响分析
• 5.2.2 结合态EPS含量及其对膜污染的影响分析
• 5.3 滤饼层污染物成分及EPS含量分析
• 5.4 本章小结
• 6 膜污染的监测及分析
• 6.1 引言
• 6.2 光谱扫描
• 6.2.1 HRT对吸收光谱曲线的影响
• 6.2.2 PVA对吸收光谱曲线的影响
• 6.3 傅里叶红外光谱（FT-IR）分析
• 6.4 扫描电镜分析
• 6.4.1 膜表面观察
• 6.4.2 膜断面观察
• 6.5 气相色谱-质谱联用（GC-MS）分析
• 6.6 污泥粒径分析
• 6.7 本章小结
• 7 膜污染机理的研究
• 7.1 引言
• 7.2 实验装置及方法
• 7.2.1 实验装置
• 7.2.2 实验方法
• 7.3 拟合分析
• 7.3.1 完全堵塞模型拟合结果
• 7.3.2 标准堵塞模型拟合结果
• 7.3.3 中间堵塞模型拟合结果
• 7.3.4 滤饼过滤模型拟合结果
• 7.4 模型拟合结果的检验
• 7.5 污泥比阻的变化分析
• 7.6 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间主要的学术成果
• 致谢