【摘要】：膜-生物反應(yīng)器技術(shù)（MBR）是一種卓越的水處理與回用技術(shù)，與傳統(tǒng)活性污泥技術(shù)相比，膜-生物反應(yīng)器具有很多優(yōu)勢(shì)。然而，由膜污染導(dǎo)致的高昂維護(hù)費(fèi)用和操作不便是制約MBR廣泛應(yīng)用的主要瓶頸，研究膜污染過(guò)程和機(jī)理對(duì)于控制膜污染、降低MBR運(yùn)行成本具有重要意義。近年來(lái)，通過(guò)向膜-生物反應(yīng)器中投加過(guò)濾助劑/抗污染劑，人為的改善反應(yīng)器中活性污泥混合液的性質(zhì)，從而減緩膜污染進(jìn)程成為一種新興的膜污染控制技術(shù)。本研究選取了六種最常使用的絮凝劑：水和硫酸鋁（Al_2（SO_4）_3.xH_2O）、聚合氯化鋁（PAC）、三氯化鐵（FeCl_3）、聚合硫酸鐵（PFS）、殼聚糖（Chitosan）和聚丙烯酰胺（PAM），對(duì)其作為膜污染控制劑的作用和機(jī)理分別做了深入的探討。根據(jù)其化學(xué)性質(zhì)，六種絮凝劑分別屬于單體金屬鹽，聚合金屬鹽和有機(jī)高分子絮凝劑三類。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，所有絮凝劑都對(duì)改善膜-生物反應(yīng)器活性污泥混合液的可過(guò)濾性起到了顯著的作用。在操作通量為20L/m2.h時(shí)，各MBR中的膜污染速率排序?yàn)镻FS反應(yīng)器＜?xì)ぞ厶欠磻?yīng)器＜聚丙烯酰胺反應(yīng)器＜三氯化鐵反應(yīng)器＜聚合氯化鋁反應(yīng)器＜水合硫酸鐵反應(yīng)器。其中，添加殼聚糖和PFS可以使MBR可持續(xù)操作時(shí)間延長(zhǎng)至對(duì)照反應(yīng)器的約7倍。 在膜污染進(jìn)程中透膜壓力（TMP）的上升分三個(gè)階段：第一階段發(fā)生在初始的幾小時(shí)內(nèi)，由于膜孔的縮窄或堵塞造成的膜表面特性的改變，導(dǎo)致透膜壓力突然的上升。第二階段表現(xiàn)為透膜壓力的長(zhǎng)時(shí)間慢速上升過(guò)程，主要原因是膜表面的凝膠層累積。凝膠層的主要來(lái)源是膜對(duì)混合液中大分子物質(zhì)的截留。第三階段是TMP的突然躍升并導(dǎo)致膜過(guò)濾無(wú)法繼續(xù)操作，主要特點(diǎn)是泥餅層的堆積和TMP增長(zhǎng)的“自我加速”。在這三個(gè)階段中，對(duì)膜污染速率起到關(guān)鍵性作用的污染物是不同的，而各種絮凝劑作用于每個(gè)階段的效果和機(jī)理也各有區(qū)別。本研究將污染物分為溶液相和固體相兩個(gè)部分，，就各種絮凝劑對(duì)污染三階段的作用分別作了細(xì)化和深入的探討。 對(duì)于溶液相污染物而言，為了進(jìn)一步細(xì)化不同性質(zhì)以及不同顆粒大小的污染物的污染趨勢(shì)以及絮凝劑對(duì)每一種污染物組分和性質(zhì)的調(diào)節(jié)作用，本研究利用凝膠滲透色譜（GPC）對(duì)污染物的顆粒大小以膜孔徑為標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了細(xì)分，明確了目標(biāo)污染物的分子量范圍。在此基礎(chǔ)上進(jìn)一步利用傅立葉紅外轉(zhuǎn)換光譜（FTIR）對(duì)污染物的物質(zhì)屬性進(jìn)行了辨別，找出了易造成膜內(nèi)部污染的物質(zhì)的化學(xué)成分。結(jié)果表明，分子量大于100KDa的可溶性物質(zhì)才是需重點(diǎn)控制的污染物，而蛋白質(zhì)和多糖類物質(zhì)是膜內(nèi)污染的主要貢獻(xiàn)者。多種絮凝劑均能有效地降低膜孔中蛋白和多糖含量，減輕膜的不可逆污染；降低液體相大分子濃度，減緩凝膠層的形成速率和膜總孔隙率的衰減速率。 對(duì)于固體污染物，即活性污泥顆粒而言，本研究分別探討了活性污泥絮體的（1）形態(tài)學(xué)指標(biāo)：絮體平均粒徑（dp）和絮體分型維數(shù)（df）；（2）理化指標(biāo)：污泥絮體表面電荷（本研究中以污泥表面Zeta電位表征），絮體表面相對(duì)疏水性（RH），活性污泥混合液動(dòng)力學(xué)粘度（η）（3）污泥絮體的生化成分：EPS的濃度�？疾炝烁鞣N絮凝劑在不同劑量下對(duì)各個(gè)指標(biāo)的改變作用以及對(duì)膜污染帶來(lái)的影響。 在絮凝劑-MBR這個(gè)二級(jí)多因素系統(tǒng)中。膜污染的影響因子眾多，機(jī)理復(fù)雜。為了將量綱不同的各影響因子進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，本研究采用了歸一化，標(biāo)準(zhǔn)化的方法對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行了處理，并進(jìn)一步采用線性回歸和多元直線回歸等統(tǒng)計(jì)方法對(duì)添加絮凝劑的MBR中，在5個(gè)劑量梯度下的所有指標(biāo)的數(shù)據(jù)進(jìn)行了分析整合，得到了各絮凝劑的膜污染控制關(guān)鍵因素以及各因素的膜污染貢獻(xiàn)率。結(jié)果表明，絮凝劑按其對(duì)不同指標(biāo)的作用因子可以分為有機(jī)和無(wú)機(jī)兩大類。有機(jī)絮凝劑對(duì)于改變污泥形態(tài)學(xué)性質(zhì)的作用較大，殼聚糖和聚丙烯酰胺的膜污染控制效果是通過(guò)降低和轉(zhuǎn)化溶液相中的大分子物質(zhì)，增大污泥的平均粒徑和增加污泥絮體的疏松度而實(shí)現(xiàn)的。無(wú)機(jī)絮凝劑對(duì)絮體的理化性質(zhì)作用顯著但對(duì)于污泥的形態(tài)結(jié)構(gòu)以及混合液的粘度的作用可忽略。無(wú)機(jī)絮凝劑膜污染控制效果是通過(guò)降低SMP濃度，中和污泥絮體表面電荷，即增加絮體Zeta電位和增加污泥絮體表面疏水性實(shí)現(xiàn)的。用選定的關(guān)鍵因子對(duì)每一絮凝劑進(jìn)行了膜污染速率與關(guān)鍵因子的經(jīng)驗(yàn)公式擬和，結(jié)果是所有公式與實(shí)驗(yàn)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)的擬和效果非常好。
【圖文】：

圖1 .1 膜 堵塞 機(jī)理 ：的 完全 堵塞 (b ) 膜 孔的 內(nèi)部 堵塞 (c )膜 孔的 部分 堵塞 (d ) 濾 餅層 Fi g u re 1 .1 Me mb r a ne b lo c ki ng me c h a ni s m s：(a ) c o mp l e te Po re bl o c ki ng (b ) in t e r n a l po re bl o c ki n g(c )p a r ti a l po re bl o e ki ng (d ) c a ke f il t r a li o n定 義與 混 合液 的 臨界 點(diǎn) 通 量 通 量實(shí) 現(xiàn)膜 污染 控制 的研 究 始 于 19 8 0 年 代， 最初 作 中存 在 一 個(gè) 特定 通 量 ，低 于 該通 量， 過(guò) 濾 過(guò) 程不 ，膜 污 染就 會(huì)發(fā) 生 。 該 特定 通 量即 為臨 界 通 量 。在 出現(xiàn) 兩 種 不同 程 度 的定 義 ： 絕 對(duì)臨 界 通 量和 相 對(duì) 臨為 在低 于 該 通 量操 作 時(shí) 沒(méi)有 任 何 膜 污染 發(fā) 生 ，料液

圖1 . 2大 顆Fi g u re 1 .2 一些 研 究 者指 出 ： 在 對(duì)大 分 子 物質(zhì) 浮微 粒 可 以減 輕 膜 污染 的 程 度 。P an pa n i 加入 了 膨 潤(rùn)土 ， 發(fā) 現(xiàn) 在一 定 劑 量 范圍 內(nèi) 度的 減 輕 。然 而 ， 在 超過(guò) 臨 界 劑 量之 后 的原 因 是形 成了 緊 密的 泥 餅層 ， 如圖 1
【學(xué)位授予單位】：上海交通大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2010
【分類號(hào)】：X703

【相似文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 王月卿;;一種含絮凝劑污泥處理方法——顧建國(guó).CN101786785A[J];工業(yè)水處理;2011年07期

2 劉克勝;楊月雙;石詩(shī)琦;何有節(jié);;絮凝劑在制革廢水處理中的研究現(xiàn)狀及應(yīng)用前景[J];皮革與化工;2011年03期

3 范先媛;周志輝;余微;朱小麗;陳士祥;;類Fenton氧化-絮凝耦合處理染料中間體廢水[J];工業(yè)水處理;2011年05期

4 施仲生;;高分子絮凝劑在印染廢水處理中的應(yīng)用進(jìn)展[J];中國(guó)新技術(shù)新產(chǎn)品;2011年13期

5 王曉峰;郭清泉;李大光;朱文新;;鈦鐵礦渣制備高效絮凝劑的試驗(yàn)研究[J];工業(yè)水處理;2011年08期

6 王學(xué)川;胡艷鑫;鄭書(shū)杰;任龍芳;;超支化聚合物絮凝劑的合成與表征[J];精細(xì)石油化工;2011年03期

7 張倩倩;邱業(yè)先;朱艷霞;丁曉鋒;;陽(yáng)離子淀粉絮凝劑的制備及對(duì)印染廢水的處理[J];蘇州科技學(xué)院學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版);2011年03期

8 劉智峰;;無(wú)機(jī)絮凝劑處理垃圾滲濾液的研究[J];化工技術(shù)與開(kāi)發(fā);2011年07期

9 李文靜;衣守志;任雪峰;苗迪;;聚硅酸氯化鋁鎂絮凝劑的制備及廢水處理研究[J];水處理技術(shù);2011年08期

10 魏俊;舒婕;楊清;;鈦金屬微濾膜污染控制的研究[J];科技資訊;2011年17期

相關(guān)會(huì)議論文 前10條

1 邢啟宏;聞景超;;絮凝劑對(duì)冷軋乳化液的影響研究[A];中國(guó)金屬學(xué)會(huì)2003中國(guó)鋼鐵年會(huì)論文集（4）[C];2003年

2 王曙光;高寶玉;岳欽艷;李劍;馮貴穎;;微生物絮凝劑的研究進(jìn)展[A];中國(guó)化學(xué)會(huì)第七屆水處理化學(xué)大會(huì)暨學(xué)術(shù)研討會(huì)會(huì)議論文集[C];2004年

3 鄭懷禮;馬江雅;盧偉;范偉;孫永軍;關(guān)慶慶;馮力;;新型復(fù)合聚鐵絮凝劑的制備與應(yīng)用研究[A];第六屆全國(guó)環(huán)境化學(xué)大會(huì)暨環(huán)境科學(xué)儀器與分析儀器展覽會(huì)摘要集[C];2011年

4 許士洪;彭長(zhǎng)琪;上官文峰;;用粉煤灰制備聚氯硫酸鋁鐵及其絮凝性能研究[A];中國(guó)化學(xué)會(huì)第七屆水處理化學(xué)大會(huì)暨學(xué)術(shù)研討會(huì)會(huì)議論文集[C];2004年

5 何鳳云;;白水絮凝劑的選擇與應(yīng)用[A];中國(guó)造紙學(xué)會(huì)第八屆學(xué)術(shù)年會(huì)論文集（下）[C];1997年

6 衣守志;蘇繼成;石淑蘭;賈青竹;楊金泉;李學(xué)明;;粉煤灰絮凝劑的制備及用于造紙廢水處理研究[A];中國(guó)造紙學(xué)報(bào)2003年增刊——中國(guó)造紙學(xué)會(huì)第十一屆學(xué)術(shù)年會(huì)論文集[C];2003年

7 操衛(wèi)平;馮玉軍;向波;;聚硅酸鋁鐵在造紙廢水深度處理中的應(yīng)用[A];第五屆全國(guó)水處理化學(xué)品行業(yè)年會(huì)論文集[C];2009年

8 胡筱敏;鄧述波;羅茜;;高效生物絮凝劑產(chǎn)生菌的篩選及其絮凝特性的研究[A];面向21世紀(jì)的科技進(jìn)步與社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展（上冊(cè)）[C];1999年

9 秦澤農(nóng);成崇遠(yuǎn);劉足票;謝世久;李子存;宋世遠(yuǎn);;潤(rùn)滑油絮凝更生新工藝[A];中國(guó)機(jī)械工程學(xué)會(huì)摩擦學(xué)分會(huì)潤(rùn)滑技術(shù)專業(yè)委員會(huì)第七屆學(xué)術(shù)年會(huì)論文集[C];2000年

10 崔成武;紀(jì)樹(shù)蘭;任海燕;高景峰;;絮凝-序批式生物膜法處理青霉素廢水的試驗(yàn)研究[A];中國(guó)化學(xué)會(huì)第七屆水處理化學(xué)大會(huì)暨學(xué)術(shù)研討會(huì)會(huì)議論文集[C];2004年

相關(guān)重要報(bào)紙文章 前10條

1 特約記者 范雪松;千業(yè)環(huán)保雙機(jī)絮凝劑項(xiàng)目一期工程完工[N];自貢日?qǐng)?bào);2011年

2 鐔詰;真溶性有機(jī)物絮凝劑研制成功[N];中國(guó)環(huán)境報(bào);2005年

3 記者 李宏乾;水處理技術(shù)終于實(shí)現(xiàn)“綠化”化[N];中國(guó)化工報(bào);2005年

4 劉廣學(xué);投加PAM絮凝劑：鉬礦尾水沉降大大加快[N];地質(zhì)勘查導(dǎo)報(bào);2007年

5 朱愛(ài)華 孫繼盛;大連石化找到絮凝劑降耗新方法[N];中國(guó)環(huán)境報(bào);2006年

6 李斌;淀粉基高分子絮凝劑環(huán)保價(jià)廉[N];中國(guó)化工報(bào);2005年

7 福建金谷科技研究小組 福建農(nóng)業(yè)大學(xué)動(dòng)物養(yǎng)殖技術(shù)研究所;復(fù)合型絮凝劑在水產(chǎn)養(yǎng)殖中的應(yīng)用（未完待續(xù)）[N];中國(guó)海洋報(bào);2001年

8 福建金谷科技研究小組 福建農(nóng)業(yè)大學(xué)動(dòng)物養(yǎng)殖技術(shù)研究所;（接上期）復(fù)合型絮凝劑在水產(chǎn)養(yǎng)殖中的應(yīng)用（完）[N];中國(guó)海洋報(bào);2001年

9 李文武;新型淀粉基絮凝劑國(guó)際領(lǐng)先[N];科技日?qǐng)?bào);2005年

10 王子敏 雙方;聚丙烯酰胺的前途在哪里[N];中國(guó)化工報(bào);2007年

相關(guān)博士學(xué)位論文 前10條

1 紀(jì)婧;絮凝劑對(duì)減緩膜—生物反應(yīng)器膜污染速率的效果和機(jī)理研究[D];上海交通大學(xué);2010年

2 李永紅;粘土顆粒和有機(jī)物對(duì)浸沒(méi)式超濾膜給水處理的膜污染特性[D];清華大學(xué);2011年

3 趙曙光;A~2/O+MBR工藝特性及其膜污染控制研究[D];中國(guó)礦業(yè)大學(xué)（北京）;2009年

4 張艷;浸沒(méi)式超濾膜處理含藻水及膜污染控制研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2011年

5 張海豐;膜生物反應(yīng)器混合液特性對(duì)膜污染的影響[D];天津大學(xué);2009年

6 齊魯;浸沒(méi)式超濾膜處理地表水的性能及膜污染控制研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2010年

7 杜俊;復(fù)合膜生物反應(yīng)器處理榨菜廢水效能及膜污染控制試驗(yàn)研究[D];重慶大學(xué);2011年

8 湛雪輝;微生物絮凝劑MBFXH的制備及其性能研究[D];中南大學(xué);2004年

9 魏在山;新型高效氣浮絮凝劑及設(shè)備的開(kāi)發(fā)應(yīng)用研究[D];昆明理工大學(xué);2002年

10 朱洪濤;臭氧—微濾工藝處理二級(jí)出水過(guò)程中的膜污染及控制機(jī)理[D];清華大學(xué);2009年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前10條

1 江元霞;絮凝劑與離子交換樹(shù)脂復(fù)合體的制備與應(yīng)用研究[D];大連鐵道學(xué)院;2003年

2 劉巖;聚合物驅(qū)含油污水絮凝劑研究[D];吉林大學(xué);2004年

3 王國(guó)強(qiáng);有機(jī)高分子絮凝劑合成新工藝[D];長(zhǎng)春工業(yè)大學(xué);2010年

4 曾璞;高效除磷絮凝劑的制備及應(yīng)用研究[D];武漢理工大學(xué);2011年

5 潘素娟;胞外生物高分子絮凝劑的制備與性能研究[D];西北師范大學(xué);2004年

6 石璐;高效微生物絮凝劑產(chǎn)生菌的篩選及培養(yǎng)條件研究[D];湘潭大學(xué);2003年

7 昝繼清;一株微生物絮凝劑產(chǎn)生菌的分離鑒定及其特性研究[D];華南理工大學(xué);2010年

8 蘭建霜;硅基金屬鹽無(wú)機(jī)高分子絮凝劑的制備及穩(wěn)定性研究[D];河北科技大學(xué);2010年

9 丁遠(yuǎn)見(jiàn);隧道施工廢水處理技術(shù)研究[D];暨南大學(xué);2010年

10 龐新宇;絮凝劑制備及其自動(dòng)添加系統(tǒng)研究[D];太原理工大學(xué);2004年

本文編號(hào)：2615893