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膜生物反应器中胞外聚合物的模拟研究

史龙月  
【摘要】:本论文从中空纤维膜的制备、MBR中污泥上清液处理和MBR中胞外聚合物的模拟三个方面进行了研究。这些研究成果将为进一步研究MBR技术中的膜污染问题以及膜过滤时污染物质的选择问题提供了理论基础,本研究具有重要的理论价值和实用价值。 首先,实验通过化学反应诱导相转化法制备了中空纤维膜,考查了铸膜液组成对膜结构的影响。实验结果表明:(1)当PAN聚合物浓度为16wt%,化学诱导剂为柠檬酸时,可制得性能较好的膜,纯水通量和BSA截留率都较高;(2)不同浓度的PVDF中空纤维膜结构中,化学反应诱导效果差别很大,聚合物浓度为18wt%,化学诱导剂为柠檬酸时,化学诱导作用明显,膜孔结构指状孔分布较好。 其次,通过采用PVDF中空纤维膜对MBR中污泥上清液进行了死端过滤研究,利用多元线性回归方法定量研究了过滤过程中操作条件及工艺条件对膜性能的影响。研究结果表明:(1)跨膜压差和pH对膜通量有显著影响,而温度影响较小。对膜通量影响程度顺序为:跨膜压差(50.71%) pH(45.08%)温度(4.21%);(2)污泥浓度、温度、溶解氧、污泥停留时间、水力停留时间和pH对水质指标NH3-N和TOC影响较大,跨膜压力对水质影响较小。对TOC影响程度顺序为:污泥浓度(49.36%) pH(32.52%)水力停留时间(9.87%)污泥停留时间(4.60%)溶解氧(2.21%)温度(1.44%);对NH3-N影响程度顺序为:污泥浓度(61.39%) pH(21.38%)水力停留时间(8.82%)污泥停留时间(3.51%)温度(4.11%)溶解氧(0.79%);(3)胞外聚合物是引起膜污染的主要物质。 最后,实验对比研究了不同的模拟胞外聚合物的过滤行为,利用正交设计和多元线性回归方法对比研究了二元或三元模拟物质与真实EPS溶液在累积体积、滤饼比阻和截留率上的差别。研究结果表明:(1)三元混合物能够较好地模拟真实EPS溶液;(2)海藻酸钠对结果的影响较大,是模拟真实EPS溶液的必要组份,三元组份的相互作用比二元的更强;(3)污染机理曲线发现,滤饼过滤主导着过滤行为,当三元模拟溶液的曲线与真实EPS溶液的曲线接近平行时,实验结果的偏差较小;(4)确定了一组较适合的三元组份,SA/BSA/HA的浓度分别为251.8/280.8/11.4mg L-1时,分别为真实EPS中多糖、蛋白质和腐殖酸的2.5倍、2倍和1倍,在累积体积、滤饼比阻和截留率方面的偏差分别为13%,2.5%和22%,此结果具有一定的普遍适用性,可用来代替真实溶液进行过滤研究,使得膜性能表征时更接近真实污染状况。


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