新型螺旋膜组件及其在水处理中的应用研究

论文摘要

膜一生物反应器(MBR)集生物反应器的生物降解和膜的高效分离于一体,与传统的生化污水处理技术相比,具有出水水质好且出水可直接回用、设备占地面积小、污泥浓度高、剩余污泥产量低和便于实现自动控制等优点,在污水处理中的应用越来越广泛。在膜生物反应器技术的研究与发展中,生物降解(活性污泥)法已是成熟技术,因此膜一生物反应器技术应用与发展的关键在于膜材料及膜组件的性能与成本。由于膜组件是膜生物反应器(MBR)应用的基本单元,膜组件种类不同决定着MBR性能的差异,所以组件的优化设计有着重要的意义,在减缓膜污染和提高膜通量方面的作用是不容忽视,合理的膜组件设计不仅对降低膜污染有重要作用,还可以通过其外形的优化减小系统的动力耗费。针对目前膜组件形式存在的缺点,本论文从仿生学原理出发,设计具有一定的旋转角度的新型螺旋膜组件,从而提高膜组件对水、气等流体扰动的敏感性,产生膜的振动摇摆,并增加气泡与膜面弹性碰撞,从而降低膜分离中的浓差极化现象,有效控制膜污染,提高膜分离效率和通量,并且降低膜分离能耗。通过对不同长宽比、不同旋转角度的膜组件的性能测试,确定膜组件的最佳几何构型,并利用两相流体力学及气泡动力学,分析气泡与曲面的相互碰撞及相互作用,从理论上说明气流、液流对膜组件通量衰减及节流效率的影响。最后,把新型膜组件放入SMBR中,处理模拟生活污水,测定其运行条件及处理效果。研究发现：螺旋膜组件与常规平板膜组件相比,具有更优越的过滤性能和抗污染能力。在MBR中,螺旋膜组件表面形成的滤饼层结构疏松,不但有助于提高出水水质,而且能有效减轻不可逆污染。在曝气量对膜组件性能影响的测试中,提高曝气强度,螺旋膜的传质系数增量幅度比平板膜大,而降低曝气量时,螺旋膜组件通量衰减仍然慢于平板膜组件且截留率不下降,这很好得说明螺旋膜组件在减缓膜污染的同时,具有节省曝气能耗的潜力。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 引言
• 1 综述
• 1.1 膜生物反应器概述
• 1.1.1 膜生物反应器的分类
• 1.1.2 膜生物反应器研究发展历史
• 1.1.3 膜生物反应器研究与应用现状
• 1.2 膜组件简介
• 1.3 膜组件的优化设计
• 1.3.1 膜组件优化设计的原则与要求
• 1.3.2 膜组件优化设计的基本内容
• 1.4 气液二相流在抗膜污染方面的应用研究
• 1.4.1 气液二相流强化膜过滤过程的机理分析
• 1.4.2 气液二相流强化膜过滤过程的机理分析
• 2 研究目的、意义与内容
• 2.1 研究目的和意义
• 2.2 研究内容
• 3 反应器的构建与新型膜组件的设计
• 3.1 反应器的构建
• 3.1.1 反应器的设计
• 3.2 新型膜组件的设计
• 3.2.1 膜材料的选择与制备
• 3.2.2 膜组件几何构型的设计
• 3.3 本章小结
• 4 3:1膜组件不同旋转角度及多片膜组件性能研究
• 4.1 3:1膜组件不同旋转角度性能对比
• 4.1.1 垂直膜组件与四个不同旋转角度的膜组件的对比
• 4.1.2 曝气量对螺旋膜组件的影响
• 4.2 多片膜组件间相互影响研究
• 4.3 本章小结
• 5 两个不同长宽比的复合膜组件性能对比
• 5.1 长宽比为2:1的复合膜组件不同旋转角度性能测试
• 5.1.1 实验方法及操作条件
• 5.1.2 结果与讨论
• 5.1.2.1 通量与截留率测试与分析
• 5.1.2.2 膜阻力分析
• 5.1.2.3 动态膜孔隙率测定与分析
• 5.2 长宽比为3:1的复合膜组件不同旋转角度性能测试
• 5.2.1 实验方法及操作条件
• 5.2.2 结果与讨论
• 5.2.2.1 通量与截留率测试与分析
• 5.2.2.2 膜阻力分析
• 5.3 长宽比为3:1与2:1的膜组件同一角度下性能对比
• 5.3.1 通量与截留率测试与分析
• 5.3.2 膜阻力分析
• 5.4 本章小结
• 6 膜组件MBR中的运行对比
• 6.1 螺旋与平板膜组件恒压短期运行效果对比
• 6.1.1 通量衰减对比
• 6.1.2 COD去除效果对比
• 6.1.3 膜污染分析对比
• 6.2 螺旋与平板膜组件恒流短期运行效果对比
• 6.2.1 实验装置及操作条件
• 6.2.2 结果与讨论
• 6.2.2.1 出水处理效果对比
• 6.2.2.2 膜阻力分析对比
• 6.3 本章小结
• 7 结论与展望
• 7.1 结论
• 7.2 展望与建议
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况
• 致谢