微管自生動(dòng)態(tài)膜的過濾過程模擬與控制策略研究.pdf

1、動(dòng)態(tài)膜生物反應(yīng)器(Dynamic Membrane Bioreactor, DMBR)可應(yīng)用于生活污水處理、工業(yè)廢水處理等領(lǐng)域，具有膜通量大、成本低、能耗低、抗膜污染能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn);但存在膜通量不穩(wěn)定、在線清洗困難等缺點(diǎn)，限制了該工藝的進(jìn)一步推廣。針對(duì)自生動(dòng)態(tài)膜獨(dú)特的操作流程——“形成-過濾-清洗”，設(shè)計(jì)了一種具有“自適應(yīng)性”的動(dòng)態(tài)膜膜管及組件，并對(duì)其進(jìn)行了高通量穩(wěn)定運(yùn)行、流場(chǎng)模擬和數(shù)學(xué)模型等控制策略研究，主要內(nèi)容和結(jié)果如下:
　　

2、利用小試實(shí)驗(yàn)考察了自適應(yīng)動(dòng)態(tài)膜組件在內(nèi)置、外置系統(tǒng)中的性能，并與不同材料、不同結(jié)構(gòu)的膜組件進(jìn)行了對(duì)比。外置式自適應(yīng)動(dòng)態(tài)膜通量高達(dá)60L/m2h，連續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)長(zhǎng)高達(dá)480.3h，成膜時(shí)間少于1min，各方面性能均優(yōu)于內(nèi)置式自適應(yīng)動(dòng)態(tài)膜組件及普通管式、平板動(dòng)態(tài)膜組件。
　　采用Miseq高通量測(cè)序技術(shù)測(cè)定了好氧池內(nèi)42μm～50μm及150μm～200μm粒徑范圍的活性污泥顆粒的微生物群落。不同粒徑的微生物群落多樣性沒有明顯差異，優(yōu)

3、勢(shì)菌門均為Proteobacteria、 Actinobacteria和Bacteroidetes;差異性較大的菌屬有:Zoogloea，Anaeromyxobacter和Geobacter。
　　分別建立了內(nèi)置式、外置式動(dòng)態(tài)膜生物反應(yīng)器/組件的三維計(jì)算流體力學(xué)模型，利用測(cè)速儀/粒子圖像測(cè)速法(Particle Image Velocimetry，PIV)測(cè)速對(duì)模擬結(jié)果進(jìn)行了驗(yàn)證。外置式膜組件流場(chǎng)分布均勻，膜面流速在0～0.003

4、m/s之間;而內(nèi)置式DMBR的流場(chǎng)非常不均勻，膜面流速在0～0.05m/s之間。均勻的流場(chǎng)是外置式系統(tǒng)動(dòng)態(tài)膜性能優(yōu)于內(nèi)置式系統(tǒng)的重要原因。
　　采用BET氮吸附、掃描電鏡等方法研究了濾餅層的結(jié)構(gòu)發(fā)展過程及胞外聚合物(Extracellular Polymeric Substances，EPS)分布。動(dòng)態(tài)膜的阻力與濾餅層的厚度、緊固態(tài)EPS中多糖濃度明顯相關(guān);過濾過程中，濾餅層并未出現(xiàn)明顯的壓縮。濾餅層的孔隙率及比表面積在過濾初期1

5、2小時(shí)內(nèi)呈現(xiàn)下降趨勢(shì)，是由于1～10nm直徑的小孔隙急劇減少造成的;從頂層到底層亦呈現(xiàn)下降趨勢(shì)，則是因30～250nm直徑的大孔徑孔隙堵塞引起的。
　　基于Combined Activated Sludge Anaerobic Digestion Model(CASADM)平臺(tái)建立了外置式DMBR的生化反應(yīng)模型，分析了各池體內(nèi)MLSS組成、溶解性COD組成、污泥產(chǎn)率系數(shù)、甲烷產(chǎn)量等指標(biāo)與反應(yīng)器性能的關(guān)系。
　　進(jìn)行了為期一年