论文部分内容阅读
膜生物反应器(Membrane Bioreactor, MBR)是将膜过滤应用于污水处理的一项高效技术,而膜污染却成为其在市场化推广与应用中的一个主要制约瓶颈。研究证明,提高MBR中膜表面剪切速率是减缓膜污染的最有效方法之一。利用运动膜组件在膜表面产生高剪切速率的运动剪切动态过滤技术逐渐成为研究热点。但动态过滤膜生物反应器中的膜污染特性,以及由膜组件运动引起的水力学状态变化对膜污染的影响机理还有待研究。本论文以两种新型动态过滤膜生物反应器——旋转管式/平板式膜生物反应器为研究对象,分析了旋转管式MBR的氧气传质等基本性能,利用偏最小二乘方法(PLS)构建了旋转管式MBR的膜污染模型,并利用粒子成像测速系统(PIV)探究了旋转平板式MBR中机械力引起的流体力学状态变化对膜污染的作用机理,从而为运动剪切动态过滤MBR的设计和应用提供了理论指导和借鉴思路,得到的主要结论如下：(1)旋转管式MBR随着膜组件转速的提高,氧传质系数及氧传质效率均呈现指数式增加,同时反应器的微孔曝气装置在氧传质性能方面要优于大孔曝气装置。反应器PIV图像和雷诺数计算证明,随着膜组件转速的提高,反应器内流体扰动加剧。(2)采用转速、曝气量、SS. EPS和污泥平均粒径作为预测变量,使用PLS回归对旋转管式MBR的膜污染速率进行预测是可行的,预测模型具有较好的拟合效果、稳健性和预测能力。模型结果显示膜污染速率随转速的提高而减小,并且转速对膜污染速率的影响较为显著,说明反应器中的剪切力加强过滤对减缓膜污染是有效的。另外,5种因素按照对膜污染影响大小排序依次为SS、EPS.转速、污泥平均粒径及曝气量。(3)旋转平板式MBR中流体速度与膜污染之间并不存在明显的相关关系,随着流体速度的增大,膜污染并不一定呈现减缓的趋势；而膜污染受湍流强度的影响显著,具体来说,湍流强度和膜污染速率之间呈现显著的负相关关系,也就是说由速度波动所引起的湍流对减缓膜污染是有利的。另外,对比旋转平板式MBR与普通MBR的膜污染情况可以发现,当消耗相同能量时,前者的膜污染速率比后者要低,说明旋转平板式MBR有着更出色的过滤性能。