混合液特性对陶瓷膜MBR反应器膜污染形成的影响研究

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无机陶瓷膜因为具有化学稳定性好,机械强度大,抗生物污染性能强,耐高温,分离效率高,不易老化等优点而越来越多的得到应用。但是与其他各种膜生物反应器一样,膜污染是制约陶瓷膜生物反应器广泛推广的瓶颈。本次课题研究中设计了陶瓷膜生物反应器小试装置处理城市生活污水,研究混合液特性对陶瓷膜膜污染的影响,并希望能够采取针对性的措施控制膜污染。膜生物反应器小试装置运行时间共69d,采用蠕动泵抽吸10min,停止2min的间歇抽吸方式,反冲洗周期为1h,每次反冲洗时间45s,反冲洗水量3.2L/h,反冲洗压力约130kPa,DO控制在4-8mg/L,HRT约为13h。针对反应器运行的全过程,主要研究混合液特性的变化规律及其对膜污染的影响,发现上清液中的小颗粒物质在运行的初期可优先附着在清洁的膜表面,甚至进入膜孔,导致初期膜通量下降迅速,操作压力迅速上升,随着凝胶层的发展及膜滤饼层的沉积,操作压力上升速度较缓慢,膜通量相对较稳定,但是当滤饼层堆积并压实,且活性污泥浓度较大时操作压力又开始加速上升,膜通量衰减很快,因而应当控制滤饼层的压实沉积,并减少初期小颗粒物质对膜材料的吸附。对运行过程中不同阶段活性污泥的粒径分布进行分析发现,受曝气产生的剪切力影响,呈现出污泥粒径减小的趋势。而观察膜污染的重要因素胞外聚合物(Extracellular Polymeric Substances, EPS)与溶解性微生物产物(Soluble microbial products, SMP)的含量及组成时,发现EPS的含量远高于SMP的含量,两者在运行过程中波动不大,其中EPS中较高的蛋白/多糖值(protein/polysaccharide, P/C)对膜表面滤饼层的沉积影响重大,而SMP中较高含量的多糖组分则主要导致形成高粘度的凝胶层。随着SRT的增加,受细胞衰老死亡以及滤饼层拦截的作用,上清液中大分子量物质发生累积。由于膜表面污染层的压实堆积使得膜表面污染物中EPS的含量高于活性污泥混合液中的EPS的含量,但是两者SMP的含量相差不大。采用电镜图片表征膜污染物的形态,发现大量污染物充斥膜孔并有部分进入支撑层,使得膜层与支撑层界面模糊,膜表面被污染物覆盖而使得膜孔不均且不易辨识,膜污染层中存在与活性污泥粉末类似的生物污染。采用红外图谱分析膜表面污染物及活性污泥粉末,发现两者的吸收峰位置基本类似。无机盐与小颗粒物质的共同作用形成的吸附作用导致膜孔堵塞污染。膜组件的清洗对于膜通量的恢复和膜组件的再生有重要意义,实验选择0.033%NaClO+1%柠檬酸的组合清洗膜污染物质,最终通量恢复88.43%。膜阻力分析结果表明滤饼层阻力占过滤总阻力的95.82%,是膜阻力的主要组成部分,而吸附堵塞等造成的阻力占过滤总阻力的2.13%,远小于滤饼层阻力,但因为不易去除而影响膜通量的恢复和膜材料的再生,因而对膜污染的影响更大。采用合适的反冲洗和海绵擦洗可以有效控制滤饼层形成的污染,但是滤饼层擦除后导致形成的二次动态膜受到破坏,反而加速膜不可逆污染的形成。图[35]表[16]参[114]
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