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一体式膜生物反应器(Submerged Membrane Bioreactor,以下简称SMBR),是在气升式内循环反应器基础上改进的一种高效的生物处理与膜分离技术结合的反应器。在应用过程中,膜污染是限制MBR推广应用的主要问题之一。本文利用自行设计的SMBR系统,考察了不同曝气位置反应器对污水处理效果并结合CFD数值模拟结果,证明了曝气位置的改变有利于减缓膜污染。主要研究结果如下:膜组件选用平板式聚偏氟乙烯膜组件。生物反应器的设计主要以物料守恒原理为基础,根据细胞反应动力学计算反应器的有效体积为21.1L,结合内部组件尺寸确定反应器物理尺寸为300mm×200mm×500mm。曝气管为穿孔竖直曝气管,曝气孔间距为60mm。数值模拟是建立在简化模型之上,根据连续性方程、动量方程和Standardκ-ε湍流方程,利用Fluent软件对反应器内的流体流动状况进行了模拟,获得了不同曝气位置反应器升流区、降流区的流体速度、气体分布以及流体的流动状态等规律。结果显示与底部曝气相比竖直曝气使升流区的流速增加了71.4%,流动状态发生了明显变化。数值模拟结果与实验结果相联系,可以说明曝气位置引起的流速及流动状态的改变有利于减缓跨膜压差的增长速率。本文考察了不同曝气位置SMBR的污水处理效果。竖直曝气管曝气时,膜生物反应器对COD、NH3-N、TP和浊度的平均去除率分别为98.6%、55.91%、97.98%和95.59%,对电导率的去除没有效果。底部曝气时,膜生物反应器对COD、NH3-N、TP和浊度的平均去除率分别为98.51%、37.54%、98.16%、93.06%,对电导率的去除基本没有效果。实验结果表明,跨膜压差随着运行时间的增加而增加,两种曝气方式下,竖直曝气比底部曝气时跨膜压差增长缓慢,表明曝气位置改变使膜生物反应器内部流体流动状态发生变化,从而减缓了膜污染速率。利用微反应器的筛分作用,根据多孔模型筛分机理设计了一套微生物反应器用于污水处理。其微通道长为120mm宽为0.3mm深为0.5mm,反应器片数为40片。微反应器与生物处理技术相结合对污水的处理效果如下:出水的COD、NH3-N、浊度分别为7.738 mg/L、1.239mg/L、1.66NTU,对COD、NH3-N和浊度的平均去除率分别为96.90%、93.08%和96.73%,但对电导率不能起到良好的去除效果。实验结果表明,微反应器对污水的COD、NH3-N和浊度的去除率与膜生物反应器对污水的COD、NH3-N和浊度的去除率相近,证实了设计新型的微反应器-膜生物反应器具有可行性。