MBR膜污染解析及MFC-MBR耦合系統(tǒng)膜污染控制研究.pdf

1、膜生物反應(yīng)器(MBR)以膜分離裝置取代傳統(tǒng)的二沉池,具有高效的固液分離效果,受到國內(nèi)外學(xué)者的普遍關(guān)注。但膜污染問題仍然制約著MBR的廣泛應(yīng)用,膜污染機(jī)理及膜污染控制方法仍是膜技術(shù)領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。本文針對(duì)目前關(guān)于膜污染研究存在的關(guān)鍵問題,探討了胞外聚合物(EPS)的靜態(tài)吸附機(jī)理,解析了溶解性微生物產(chǎn)物(SMP)及生物大分子(BMM)在膜過濾過程中發(fā)生的堵塞機(jī)理,考察了膜對(duì)SMP和BMM的截留情況,提出了污泥穩(wěn)定性和聚集性兩個(gè)識(shí)別污泥絮體污

2、染傾向的綜合指標(biāo),構(gòu)建了微生物燃料電池與膜生物反應(yīng)器耦合系統(tǒng)(MFC-MBR),并解析其膜污染減緩機(jī)理。
　　利用靜態(tài)吸附的方法分析了膜污染初期的吸附污染,通過熱力學(xué)途徑確定了膜對(duì)EPS的吸附機(jī)理。結(jié)果表明,Sips等溫線最適合描述膜對(duì)EPS多糖和蛋白質(zhì)的吸附;通過熱力學(xué)計(jì)算得到膜吸附過程的qDrG值在-10至-17kJmol-1之間,qDrH值在10至30kJmol-1之間。說明膜對(duì)EPS多糖和蛋白質(zhì)的吸附是熱力學(xué)可行且自然吸熱

3、的過程,EPS多糖和蛋白質(zhì)與膜之間的相互作用主要是物理吸附,溫度的升高可以提供更多的能量來強(qiáng)化吸附。
　　利用多級(jí)Hermia模型研究了膜污染初期的過濾污染,分析了SMP及BMM不同時(shí)間段內(nèi)主導(dǎo)的膜堵塞機(jī)理,確定了不同堵塞機(jī)理主導(dǎo)時(shí)段通量衰減的情況。結(jié)果表明,SMP過濾阻力的平均增長速率隨時(shí)間增加,而BMM過濾阻力的平均增長速率隨時(shí)間減少。對(duì)于SMP,主要順次發(fā)生中間堵塞、標(biāo)準(zhǔn)堵塞及完全堵塞;而對(duì)于BMM,順次發(fā)生了中間堵塞及濾餅

4、過濾。不同堵塞機(jī)理所對(duì)應(yīng)的時(shí)間及通量衰減百分比表明,膜孔堵塞是造成通量下降的主要原因。
　　考察了不同SRT下MBR的膜污染情況及污泥性質(zhì),分析了基于修正的粘附-侵蝕模型的污泥絮體剪切穩(wěn)定性,提出采用污泥絮體穩(wěn)定性作為評(píng)價(jià)污泥性質(zhì)和污染潛力的綜合指標(biāo)。結(jié)果表明,具有較差的沉降性、較高的疏水性、較高EPS含量、較多的絲狀菌及更多初級(jí)粒子的低SRT(15d)污泥絮體容易形成致密無孔的污染層,導(dǎo)致嚴(yán)重的膜污染;低SRT(15d)污泥絮體

5、具有較高的剪切敏感值,即更差的污泥穩(wěn)定性。
　　分析了MBR混合液及濾餅層污泥性質(zhì),解析了基于擴(kuò)展DLVO理論的混合液及濾餅層污泥聚集性,提出采用污泥聚集性作為一個(gè)綜合指標(biāo)反應(yīng)污泥的膜污染趨勢(shì)。結(jié)果表明,濾餅層污泥具有較高的SMP、膠體及LB-EPS含量、較多小于100μm的絮體、較高DSI、更疏水的表面以及更負(fù)的zeta電勢(shì)。同時(shí),污泥細(xì)胞間相互作用能曲線表明,濾餅層污泥具有較高的初級(jí)能量最大值和較淺的二級(jí)能量最小值,意味著濾餅

6、層污泥具有較差的聚集性。
　　本研究基于污泥改性構(gòu)建了低污染、低能耗的新型MFC-MBR耦合系統(tǒng)。結(jié)果表明,新型MFC-MBR耦合系統(tǒng)系統(tǒng)同時(shí)具有廢水處理、污泥減量、電能回收及污染抑制的效果。耦合系統(tǒng)MBR的操作周期大約是傳統(tǒng)MBR操作周期的兩倍。對(duì)膜污染減緩機(jī)理分析可知,耦合系統(tǒng)MBR中污泥性質(zhì)得到改善,表現(xiàn)出更好的過濾性和脫水性。與傳統(tǒng)MBR相比,耦合系統(tǒng)MBR中LB-EPS的濃度從16.14mg·gSS-1降低到12.56m