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与传统活性污泥法相比,膜生物反应器(Membrane bioreactor, MBR)技术由于出水水质好、占地面积小及有机负荷高,而被广泛应用于净水和污水处理领域。但由于滤饼污染和浓差极化造成的膜污染导致膜通量下降和膜操作费用增加,限制了膜生物反应器的推广应用。研究表明,气液两相流能有效阻止膜表面滤饼层和抑制浓差极化层的形成,但曝气会增加反应器能耗,因此,曝气量的优化是国内外学者研究的一个热点。而垂直折流生化反应器(Vertical Tubulant Biological Reactor, VTBR)拥有良好的气液条件,不仅能为膜表面气液两相流提供气源,其余压可作为膜驱动力,从而提高了曝气利用率,节省了能耗。本研究通过将VTBR与管式膜组件有机结合,采用管式膜出水提高出水水质,并利用VTBR气液条件在管式膜中形成气液两相流,增大膜表面剪切力,以减轻浓差极化和滤饼层带来的膜污染。实验通过管式膜组件微滤高岭土悬浊液,对VTBR与管式膜组件结合的可行性进行了研究。研究发现,随着曝气量的增加,膜组件内形成气泡单元和频率明显增加,并且气体的通入有效延缓了跨膜压差的增长速率,延长了膜污染周期。通过膜表面水力条件分析发现,气体的通入显著增大了膜表面湍流程度,可以实现在较低膜面流速下使膜污染然指数控制在较低水平,节省了反应器能耗。通过将VTBR与膜组件合理优化结合,研究了曝气量为6.9L/h、11.4L/h和15.0L/h下反应器出水水质和膜污染状况。研究发现,随着曝气量的增加,反应器出水COD、NH3-N均降低,并且膜出水水质明显优于VTBR出水水质。曝气量的增加使膜组件内形成的气泡单元和频率明显增加,减缓了跨膜压差增长速率,延长了膜操作周期。通过临界通量测定发现,曝气量与临界通量存在较好的线性关系,R2为0.99左右。实验发现,曝气量对微生物生长特性有较大影响,随着曝气量的增加,微生物分泌的胞外聚合物(EPS)逐渐减小,且对EPS组成有较大影响。溶解性蛋白质在膜表面出现了累积现象,并且可能改变膜表面亲水性,这对膜污染控制产生不利影响。另外,曝气量的增加使生长在填料上的微生物团体脱落,从而造成反应器内悬浮态污泥粒径增加。