自主动态膜生物反应器膜污染控制研究

论文摘要

近年来,一种新型的污水处理工艺,自生动态膜生物反应器越来越受到关注。它是通过在粗孔材料上（无纺布、尼龙、工业滤布等）自发形成的污泥层（孔径大约为10-100μm）来实现近似于微滤膜的高效的泥水分离。由于使用廉价的粗孔材料代替昂贵的微滤膜,并且能耗大大降低,从而使得自生动态膜生物反应器的运行费用大大降低。因此为其在发展中国家的推广应用打下了良好的基础。但是与传统膜生物反应器一样,膜污染问题仍然是限制其发展的重要瓶颈。基材对于自生动态膜的污染速率影响巨大,因此选择合适的基材显得尤为重要。本文选取三维滤布和普通单滑面无纺布两种基材做对比,试验结果显示,选用三维滤布作为基材时,由于其特殊的三维结构和憎水表面,可以有效控制自生动态膜的污染速率,明显延长自生动态膜生物反应器稳定运行时间。更重要的是,研究表明,在次临界通量条件下运行反应器可以有效控制膜污染。但是在自生动态膜生物反应器领域,临界通量方面的研究并不多,由于自生动态膜具有高度的可压缩性,使得至今还没有合适的测试临界通量方法。本研究中提出一种间歇式压力步长法,能够最大程度的减少自生动态膜可压缩性对临界通量测量的影响。同时试验表明,当使用传统压力步长法测量临界通量时,阶梯式上升的过膜压力使得自生动态膜不断被压缩,过膜阻力不断上升,加剧污染,导致临界通量测定不准确；而我们所提出的间歇式压力步长法可以有效去除自生动态膜可压缩性的影响,使得测量结果相对准确。在本文中,为了使试验结果更准确我们同样给出了间歇式压力步长法测量临界通量各个参数的建议值。试验结果表明,曝气强度和污泥浓度对临界通量影响很明显。当曝气量小于240 L·h-1时,临界通量随着曝气量的增大而增大；而当污泥浓度小于9 g·L-1时,临界通量随着污泥浓度的上升而下降。同时污泥性质,如EPS含量、粘度、电负性和憎水性等都会对自生动态膜临界通量产生相应影响。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 膜生物反应器
• 1.2.1 分类
• 1.2.2 工艺特点
• 1.2.3 减缓膜污染方法
• 1.3 动态膜生物反应器
• 1.3.1 自生动态膜
• 1.3.2 动态膜生物反应器
• 1.3.3 动态膜生物反应器的优点及问题
• 1.4 临界通量
• 1.5 研究目的和内容
• 第二章 膜基材的选取对自生动态膜生物反应器膜污染影响
• 2.1 实验装置及方法
• 2.1.1 试验装置
• 2.1.2 试验方法
• 2.2 膜基材物理特性表征
• 2.3 两种基材过滤性能对比
• 2.3.1 清水过滤实验
• 2.3.2 初滤实验
• 2.4 两种基材反应器运行特征比较
• 2.4.1 对COD的去除效果
• 2.4.2 对氨氮的去除效果
• 2.5 两种基材对膜污染影响及原因分析
• 2.5.1 反应器膜基材污染周期
• 2.5.2 EPS与膜污染关系探究
• 2.5.3 膜基材生物相电镜扫描分析
• 2.5.4 膜基材污染成因初探
• 2.6 小结
• 第三章 间歇压力步长法测定自生动态膜生物反应器临界通量
• 3.1 实验装置及方法
• 3.1.1 试验装置
• 3.1.2 试验方法
• 3.2 自生动态膜的可压缩性
• 3.3 间歇压力步长法和传统压力步长法比较
• 3.4 初始水头和间歇时间的影响
• 3.5 步长和步高对临界通量测定的影响
• 3.6 长期试验
• 3.7 小结
• 第四章 各因素对临界通量测定的影响
• 4.1 实验装置及方法
• 4.1.1 试验装置
• 4.1.2 试验方法
• 4.2 曝气量对自生动态膜临界通量测定的影响
• 4.3 污泥浓度对自生动态膜临界通量测定的影响
• 4.4 污泥性质对自生动态膜临界通量测定的影响
• 4.4.1 EPS与临界通量的影响
• 4.4.2 相关憎水性和Zeta电势与临界通量的影响
• 4.4.3 污泥粘度与临界通量的关系
• 4.5 小结
• 第五章 结论与建议
• 5.1 结论
• 5.2 建议
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文
• 学位论文评阅及答辩情况表