一體式膜生物反應(yīng)器膜污染機理及處理生活污水穩(wěn)定運行特性研究

【摘要】：膜生物反應(yīng)器是由污水生物處理技術(shù)與膜分離技術(shù)結(jié)合而成的新型污水處理與回用工藝。本論文就一體式膜生物反應(yīng)器處理生活污水的工藝條件和膜污染理論開展了研究，并對其工藝設(shè)計進(jìn)行了探討。主要結(jié)果如下： 通過正交設(shè)計試驗，確定了一體式膜生物反應(yīng)器處理生活污水的較優(yōu)工藝條件。工藝條件按影響程度由大到小排序為：水力停留時間(HRT)5h，溶解氧濃度(DO)3mg／L，抽吸時間12min，停止時間6 min。HRT對膜生物反應(yīng)器的運行效果影響很大，主要反映了膜通量的大小。第一次從理論角度研究了廢水濃度對混合液粘度的影響，并得到了混合液的粘性與各操作條件的總關(guān)系式。本實驗條件下得到膜生物反應(yīng)器最佳排泥時間為36d，反應(yīng)器內(nèi)最大活性污泥濃度可達(dá)到12.0151g／L，并根據(jù)生物反應(yīng)器中活性污泥增長量公式得到理論說明。 通過連續(xù)運行試驗，較為詳細(xì)的研究了膜的污染情況。曝氣產(chǎn)生反應(yīng)器內(nèi)污水循環(huán)和增氧，曝氣量愈大水循環(huán)流量愈大，并且隨主腔水深增大，水循環(huán)流量增大，在主腔污水上升過程中流速隨氣泡的體積增大、浮力增大而增大；副腔盡量減小流速可增加主腔的曝氣浮力。通過消除膜外污染的臨界流速理論研究得出：運行時膜污染的臨界流速，和反沖洗時膜污染的臨界流速。在污染物顆粒粒徑一定的情況下，膜面不淤積臨界流速減小的方法為減小膜管的抽吸壓力，減小主腔的寬度。減小副腔內(nèi)的流速，合理控制膜管內(nèi)的壓力可極大的減少膜外污染或消除膜污染。增加污染物顆粒粒徑，減少凝膠層與膜管壁的吸引力，是解決膜污染的途徑。膜管內(nèi)層流時，膜管內(nèi)徑愈大，膜管內(nèi)污染物顆粒粒徑愈小，管內(nèi)不污染的臨界流速愈小。紊流時膜管內(nèi)徑愈小，管內(nèi)污染物顆粒愈大，管內(nèi)不污染的臨界流速愈小。清洗時，膜管內(nèi)為層流時需解決污染物顆粒粒徑減小，紊流時需解決污染物顆粒粒徑增大， 西安理工大學(xué)博士學(xué)位論文 才可使膜管內(nèi)不污染的臨界流速減小。同時不論層流或紊流皆需減小膜與污染物間 的粘結(jié)力，即就是污水與膜面材料具有同種電荷性質(zhì)可有效的減少膜面污染。膜管 的抽吸壓力對膜管內(nèi)存在凝膠層時，對抗污染有利。由于曝氣使主腔內(nèi)的流速隨氣 泡上升而增大，是水深的函數(shù)。膜外污染主要是膠體物質(zhì)及污泥層在膜外表面沉積 形成的;內(nèi)部污染主要是以絲狀體及葡萄球菌為主體的生物污染，這些絲狀體緊緊 的纏繞在一起，塞死透過液運動的通道。膜污染機理主要有四種形式:膜面吸附; 濃差極化;凝膠層的形成;膜孔堵塞。維持膜長期穩(wěn)定運行的主要控制條件:保持 生物反應(yīng)器內(nèi)良好的水力循環(huán)條件，維持膜面良好的水力沖刷作用，反應(yīng)器主、副 腔通道的設(shè)計要合理，曝氣量要適當(dāng);保持操作條件的穩(wěn)定，操作條件的經(jīng)常變化 會促進(jìn)膜的堵塞過程，加速膜污染。由微生物造成的生物污染是本研究膜通透性低 下的主要原因。采用酸洗和堿洗相結(jié)合的方法對膜組件進(jìn)行清洗能有效除去生物污染。 通過長期運行試驗，考察了優(yōu)化條件下膜生物反應(yīng)器處理生活污水的穩(wěn)定運行 特征。通過用模糊數(shù)學(xué)方法對膜過濾過程進(jìn)行評價，條件間相互比較選擇最佳條件 完全可行。整個運行期間，系統(tǒng)對有機物的去除效果穩(wěn)定，系統(tǒng)COD始終保持在 50mg幾以下，其它各項指標(biāo)均能達(dá)到中水回用標(biāo)準(zhǔn)。雖然系統(tǒng)抗沖擊負(fù)荷能力很 強，但還是避免形成沖擊負(fù)荷，所以應(yīng)對系統(tǒng)內(nèi)的污染物濃度進(jìn)行控制。第一次從 理論上分析出應(yīng)控制的系統(tǒng)內(nèi)最大污染物濃度。本研究提出了一體式MBR各參數(shù) 間的設(shè)計原則、方法、步驟，最佳運行條件下各動力間的配合選型，并對該工藝的 運行能耗與固定投資作了評價。 通過對反應(yīng)器內(nèi)流態(tài)進(jìn)行分析，得到主腔氣體的上升流速遠(yuǎn)大于液體的上升流 速。大量氣泡以較高速度穿過中空纖維膜組件，再加上氣體挾帶的水流對膜表面的沖 刷，避免了凝膠極化層的增厚和堵塞物質(zhì)的積累。反應(yīng)器中微生物菌群與普通活性污 泥法中的比較，大致認(rèn)識了MBR中的微生物菌群。MBR中菌膠團(tuán)結(jié)合緊密，有 較強的氧化和吸附能力，原、后生動物適應(yīng)性較差。 通過加入彈性填料考察了膜生物反應(yīng)器處理生活污水性能的變化。投加填料的 MBR在投入穩(wěn)定運行后膜的通透性隨運行時間的延長而緩慢下降，且較投加填料 前明顯增大。附著相和懸浮相污泥共存，并以附著生長的微生物為主。這可以有效 的減緩膜過濾阻力的上升和膜的堵塞。 關(guān)鍵詞:一體式膜生物反應(yīng)器，排泥時間，膜污染，膜過濾過程，優(yōu)化，填料 【關(guān)鍵詞】：一體式膜生物反應(yīng)器 排泥時間 膜污染 膜過濾過程 優(yōu)化 填料
【學(xué)位授予單位】：西安理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2004
【分類號】：X703
【目錄】：

• 前言11-12
• 1 膜生物反應(yīng)器在污水處理中的發(fā)展和應(yīng)用研究現(xiàn)狀12-29
• 1．1 膜生物反應(yīng)器在污水處理中的發(fā)展12-27
• 1．1．1 膜生物反應(yīng)器概述12-17
• 1．1．2 膜生物反應(yīng)器的研究和應(yīng)用現(xiàn)狀17-27
• 1．2 本研究的目的及主要內(nèi)容27-29
• 1．2．1 研究目的27
• 1．2．2 研究內(nèi)容27-29
• 2 不排泥條件下膜生物反應(yīng)器長期穩(wěn)定運行特征29-57
• 2．1 實驗裝置與實驗方法29-30
• 2．1．1 實驗裝置與處理對象29-30
• 2．1．2 分析項目30
• 2．2 膜生物反應(yīng)器的運行30-45
• 2．2．1 試驗運行過程30-33
• 2．2．2 運行試驗結(jié)果33-45
• 2．3 廢水的水質(zhì)對膜污染的影響45-50
• 2．3．1 膠體濃度45-48
• 2．3．2 廢水濃度對混合液粘度的影響48-50
• 2．4 污泥的性質(zhì)50-56
• 2．4．1 混合液MLVSS與MLSS的測定50-52
• 2．4．2 最佳排泥時間的理論分析52-56
• 2．5 小結(jié)56-57
• 3 膜污染問題的研究57-97
• 3．1 污染規(guī)律的理論研究57-74
• 3．1．1 一體式膜生物反應(yīng)器結(jié)構(gòu)57-58
• 3．1．2 曝氣量與錯流流速的關(guān)系理論研究58-64
• 3．1．3 消除膜面污染的理論研究64-69
• 3．1．4 減少中空纖維膜管內(nèi)部污染理論研究69-73
• 3．1．5 小結(jié)73-74
• 3．2 定性分析實驗過程中膜污染的發(fā)展情況74-77
• 3．2．1 膜通量及過濾壓差的時間變化74-75
• 3．2．2 事故分析75
• 3．2．3 膜污染的發(fā)展75-77
• 3．3 污染物的鑒定及污染機理77-86
• 3．3．1 污染物的鑒定77-83
• 3．3．2 膜污染的機理83-86
• 3．4 減緩膜污染的有效措施86-90
• 3．4．1 操作方式的優(yōu)化86-87
• 3．4．2 曝氣作用87
• 3．4．3 錯流過濾87-88
• 3．4．4 降低膜面受到的平均壓力88-89
• 3．4．5 膜自身特性的改進(jìn)(膜材料的改性)89-90
• 3．4．6 膜組件結(jié)構(gòu)的優(yōu)化90
• 3．5 膜的清洗90-93
• 3．5．1 反沖洗92-93
• 3．5．2 空曝氣93
• 3．5．3 化學(xué)清洗93
• 3．6 膜的抗污染性(等溫吸附曲線)93-95
• 3．7 小結(jié)95-97
• 4 優(yōu)化條件下膜生物反應(yīng)器穩(wěn)定運行情況97-131
• 4．1 膜過濾過程的優(yōu)化97-103
• 4．1．1 建立膜過濾過程的模糊綜合確定體系97
• 4．1．2 膜過濾過程的因素集97-100
• 4．1．3 膜過濾過程評價、條件選擇實例操作100-101
• 4．1．4 上述計算結(jié)果與實際運行的比較101-103
• 4．1．5 小結(jié)103
• 4．2 優(yōu)化條件下的運行情況103-108
• 4．2．1 對污染物的去除情況104-107
• 4．2．2 系統(tǒng)的抗沖擊負(fù)荷能力107-108
• 4．3 污染物限制濃度分析108-115
• 4．3．1 污染顆粒懸浮速度ω108-109
• 4．3．2 懸浮污染顆粒被中空纖維膜管吸附速度ω_1109-110
• 4．3．3 中空纖維膜管表面污染顆粒的臨界起動流速110-111
• 4．3．4 懸浮污染顆粒沿橫向分布111-113
• 4．3．5 反應(yīng)器內(nèi)污染物濃度限制113-115
• 4．4 膜生物反應(yīng)器的模擬設(shè)計115-121
• 4．4．1 基本設(shè)計控制步驟116-117
• 4．4．2 各參數(shù)間相互控制關(guān)系117-118
• 4．4．3 放大設(shè)計基本原則118-119
• 4．4．4 設(shè)計方法119
• 4．4．5 放大設(shè)計實例119-121
• 4．5 膜生物反應(yīng)器的經(jīng)濟分析121-130
• 4．5．1 能量消耗121
• 4．5．2 MBR的最佳曝氣水深及氣泡大小的理論分析121-127
• 4．5．3 MBR工藝的經(jīng)濟評價127-128
• 4．5．4 MBR工藝與傳統(tǒng)中水處理工藝的經(jīng)濟比較128-130
• 4．6 小結(jié)130-131
• 5 反應(yīng)器內(nèi)的流態(tài)與微生物菌群分析131-139
• 5．1 反應(yīng)器內(nèi)的流態(tài)分析131-133
• 5．1．1 試驗過程與結(jié)果131
• 5．1．2 試驗結(jié)果分析討論131-133
• 5．2 反應(yīng)器內(nèi)微生物菌群與傳統(tǒng)活性污泥法的不同133-138
• 5．3 小結(jié)138-139
• 6 加入彈性填料后膜生物反應(yīng)器的性能變化139-145
• 6．1 試驗方法139-140
• 6．2 試驗過程140
• 6．3 試驗結(jié)果140-143
• 6．3．1 對污染物去除的影響140-141
• 6．3．2 對膜通透性的改善141-143
• 6．4 污泥濃度的變化143-144
• 6．5 小結(jié)144-145
• 7 結(jié)論與建議145-149
• 7．1 結(jié)論145-148
• 7．2 建議148-149
• 致謝149-150
• 參考文獻(xiàn)150-160
• 附錄160-168

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膜生物反應(yīng)器處理造紙廢水    馬春明;葉豐;張玉忠;李泓;靳文禮;孫旭東;

膜生物反應(yīng)器污水處理技術(shù)的現(xiàn)狀與未來發(fā)展    黃霞;

超濾膜和膜生物反應(yīng)器在市政行業(yè)中的應(yīng)用現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢    羅敏;

膜生物反應(yīng)器處理工業(yè)廢水研究    邢林;張輝;王淦;

膜生物反應(yīng)器處理污水高效環(huán)保    蔡忠仁

漢姆沃斯為兩艘豪華游船配套薄膜生物反應(yīng)器    積軒

備受關(guān)注的膜生物反應(yīng)器    中國膜工業(yè)協(xié)會 張保成

膜生物反應(yīng)器引起關(guān)注    張保成

新型超濾膜生物反應(yīng)器處理世博園污水    祝君翔

膜生物反應(yīng)器環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)征求意見    記者 劉全昌

污水處理新技術(shù)膜生物反應(yīng)器推出    張樂

水處理首選技術(shù)：膜生物反應(yīng)器    郭有智

天津投用膜生物反應(yīng)器污水處理系統(tǒng)    張濤

膜生物反應(yīng)器凈化污水    曉陽

電場膜生物反應(yīng)器耦合處理工業(yè)園區(qū)綜合廢水試驗研究    羅文連

膜生物反應(yīng)器工藝中膜污染因素及控制研究    許穎

移動床膜生物反應(yīng)器脫氮除磷性能的研究    楊帥

氣水交替膜生物反應(yīng)器處理生活污水的效能研究    王宏杰

基于缺氧/好氧膜生物反應(yīng)器的分散聚居區(qū)污水處理及回用研究    劉志強

不同生態(tài)因子下LMBR處理制藥廢水運行效能及數(shù)學(xué)模型    白羽

膜抗生物污染改性及其在MBR中性能研究    王嬋嬋

PVDF/Al_2O_3雜化膜的制備及其性能研究    李香莉

膜生物反應(yīng)器游離細(xì)胞催化體系生產(chǎn)丙烯酰胺的研究    孫旭東

非織造布膜生物反應(yīng)器處理生活污水研究    孟志國

厭氧自生動態(tài)膜生物反應(yīng)器處理低濃度廢水的研究    趙立健

固定化細(xì)胞膜生物反應(yīng)器脫除地下水中硝酸鹽的研究    李棟

A/O膜生物反應(yīng)器脫氮特性研究    李瑞賢

膜生物反應(yīng)器應(yīng)用于海水養(yǎng)殖廢水處理的基礎(chǔ)研究    沈加正

一體式膜生物反應(yīng)器和序批式膜生物反應(yīng)器處理生活污水的實驗研究    傅振鵬

一體式膜生物反應(yīng)器膜污染控制的研究    陳紅楓

新型膜生物反應(yīng)器開發(fā)及性能研究    張西旺

超聲波強化膜生物反應(yīng)器處理低溫城市污水脫氮性能研究    王波

膜生物反應(yīng)器處理生活污水運行控制優(yōu)化研究    陳旭東

序批式膜生物反應(yīng)器處理抗生素廢水的試驗研究    盛金聰