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膜 - 生物反应器( MBR )中膜材质的选择及膜清洗研究 PowerPoint PPT Presentation


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膜 - 生物反应器( MBR )中膜材质的选择及膜清洗研究. 王盼 2009 级秋博 同济大学 环境科学与工程 学院 2011.12.16. 主要内容. 一、研究背景简介 二、 MBR 中膜材质的选择 三、膜清洗的研究. 膜 - 生物反应器( MBR ) : 是一种将 膜分离技术与生物反应器相结合的 技术。. MBR 优点. 抗冲击负荷能力强. 出水水质好. 污泥产率低. 易自动管理. 占地面积少. 工艺参数易控制. MBR 技术产业快速发展 城市污水处理厂的更新升级; 有污水回用需求的地区或场所. 出水水质稳定、水质 较好等优点.

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膜 - 生物反应器( MBR )中膜材质的选择及膜清洗研究

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Presentation Transcript


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膜-生物反应器(MBR)中膜材质的选择及膜清洗研究

王盼 2009级秋博

同济大学环境科学与工程学院

2011.12.16


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主要内容

一、研究背景简介

二、MBR中膜材质的选择

三、膜清洗的研究


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膜-生物反应器(MBR):是一种将膜分离技术与生物反应器相结合的技术。

MBR优点

抗冲击负荷能力强

出水水质好

污泥产率低

易自动管理

占地面积少

工艺参数易控制


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  • MBR技术产业快速发展

  • 城市污水处理厂的更新升级;

  • 有污水回用需求的地区或场所

出水水质稳定、水质较好等优点

排放标准的提高,传统的生物法水处理工艺遇到了挑战。

  • 北京密云再生水厂;

  • 清河再生水厂二期;

  • 广州京溪污水处理厂;

  • 昆明第四污水处理厂;

  • 无锡城北污水处理…


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MBR系统

  • 膜单元

  • 出水系统

  • 曝气系统

  • 清洗系统

  • 自动控制系统


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MBR的广泛应用的限制条件之—膜污染

水通透膜的阻力增加,妨碍了膜面上的溶解与扩散,从而导致膜产生通透流量与分离特性的不可逆变化现象

溶质大分子

微粒

膜污染

胶体粒子

积累

物理化学相互作用或机械作用

膜孔内吸附

沉淀

膜孔径变小或堵塞

膜的性质

活性污泥性质

操作条件

控制减轻膜污染


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MBR中膜材质的选择

常用的有机膜材质主要有聚偏氟乙烯、聚醚砜、聚乙烯、聚丙烯腈等。

按材质

有机膜

无机膜

有机聚合物非对称膜分离效果好,制造成本低,目前应用最广。

污水处理中应用很少


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MBR中膜材质的选择

通过前期的一些筛选实验,得到聚偏氟乙烯(PVDF)、聚丙烯腈(PAN)两种材质的膜在实验MBR中的应用效果最好,因此选用这两种膜进行长期运行对比实验,研究不同材质膜的污染机理,选择最适宜污水处理用膜。


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MBR中膜材质的选择

依托A/A/O-MBR工艺,实际生活污水,有效容积198.4 L,内回流300%,外回流50%。好氧段内同时并排放置2组不同材料的膜组件,一组为PAN材料,一组为PVDF材料,每组2片。膜组件安置底部曝气管,曝气量的大小通过气体流量计来调节控制,反应器内水位通过止回阀保证,运行通量为15 L/( m2·h).

长期运行,比较分析同一MBR中的运行情况,并且分析比较两种膜的性质,对污染物的截留效果,污染终点的阻力分布,膜面、内污染物性质的不同等。


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1. 膜运行压力情况

经过长达180天的运行,可以看到,反应器初始运行时期,两种膜污染速率很快,随着运行时间的延长,两种膜污染速率降低,并且PAN膜相较PVDF膜来讲,具有更低的污染速率;两种膜均表现出“二阶段”的污染模式。


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2. 工艺运行情况

长期运行中,泥龄控制在60d,反应器内的污泥浓度稳定在4-5g/L,出水COD浓度在21.0mg/L,总氮浓度为9.0mg/L,远低于一级A标准中要求,TP去除效果不佳,主要长泥龄引起。


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3. 膜阻力分布

通常将膜阻力分为三部分,污染达到终点时,对膜进行阻力分布分析,凝胶层污染引起的外部阻力占污染的大部分比重,同时PAN膜的本身阻力较PVDF膜大,但是孔内污染相对较小。


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4. SMP的截留

TOC

糖类

蛋白质

UV254


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5. 污染层粒径分布

两种膜污染层的粒径在6um以下,且PAN膜污染物的粒径更小,主要与膜孔径相关。


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6. SMP、出水及污染物的分子量分布

PAN膜出水

SMP

膜污染物

PVDF膜出水


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7. SMP、出水及污染物的荧光图谱

SMP

PVDF膜出水

PAN膜出水


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PAN膜面污染物

PVDF膜面污染物

PAN膜内污染物

PVDF膜内污染物


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8. SMP、出水组分划分

PVDF膜

PAN膜


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结论

1.在MBR处理实际生活污水中,PAN膜相对PVDF膜表现出更低的污染速率;

凝胶层污染占膜污染阻力的大部分比重,PVDF孔内污染更加严重。

2. 由于孔筛分作用,PAN膜截留更多的SMP相对PVDF膜,但是两种膜表现出不同的截留行为,如PAN膜截留更多的蛋白质,而PVDF膜截留更多的糖类物质。

3. PAN膜面污染物的粒径更小,两种膜均截留了SMP中大分子物质。

4. 荧光光谱分析得出,溶解性微生物产物类物质是两种膜面污染的主要成分,类腐殖酸类物质及类蛋白物质是PAN膜内污染的主要成分。

5. 中亲组分在SMP中所占比例最大。强疏组分对PAN膜污染最强,中亲组分对PVDF膜污染最强,亲疏水相互作用影响明显。


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MBR中膜清洗的研究

常规化学清洗药剂次氯酸钠(NaClO)清洗对平板微滤膜理化性能的影响

实验方法

在实际运行的中试MBR中,按照等效浓度的概念(浓度× 时间),对平板膜进行高频率化学清洗,模拟实际工程运行1.85,2.31, 2.77, 4.62, 5.54年的情况,考察膜理化性质的变化,得到化学清洗对膜的影响效果。


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MBR中膜清洗的研究

以实际生活污水为进水,反应器有效容积504L,好氧段内同时并排放置20片相同的膜组件,膜组件安置底部曝气管,曝气量的大小通过气体流量计来调节控制,反应器内水位通过止回阀保证,运行通量为20 L/( m2·h)。在达到规定的时间点时,将膜取出,进行分析。


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1. 运行压力情况


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2. 工艺运行情况

长期运行中,泥龄控制在20d,反应器内的污泥浓度稳定在8 g/L,出水COD浓度在18 mg/L。


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3. 膜清水通量变化

A0表示新膜。整个过程中,清水通量呈现下降的趋势,特别是A1 ,即第六次清洗后,水通量下降明显,主要原因是一些污染物的残留引起。


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4. 膜表面结构的变化


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5. 膜表面接触角的变化

整个过程中,接触角表现下降的趋势,特别是A1 ,膜表面亲水性越来越好,膜表面被氧化剂、污染物改性引起。


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6. 膜机械强度变化

整个过程中,膜拉伸强度、杨氏模量均下降,拉伸延长率增加,膜刚性减小,柔性增加,化学药剂的作用于污染物质作用的叠加引起。


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7. 膜表面红外光谱变化

红外光谱中,除了峰强度的变化外,峰的位置、数量未发生任何变化,说明长期频繁清洗并未对膜结构产生破坏性影响,另外峰强度与膜启动初始压力表现出一定相关性。


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结论

1.次氯酸钠清洗对膜初始启动压力有较好的恢复性。

2. 长期清洗过程中,膜的清水通量呈现出一定的下降现象。

3. 随着清洗次数的增加,膜面亲水性越来越好。

4. 长期清洗使膜的机械性能发生显著变化,拉升强度变低,拉伸伸长率增加。

5. 长期化学清洗并没有破坏膜的化学结构,综上,该种膜可耐长期的化学清洗,寿命可靠。


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