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膜 - 生物反应器（ MBR ）中膜材质的选择及膜清洗研究

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

  1. 膜-生物反应器（MBR）中膜材质的选择及膜清洗研究膜-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

  2. 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

  3. 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。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

  4. 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…

  5. MBR系统 • 膜单元 • 出水系统 • 曝气系统 • 清洗系统 • 自动控制系统

  6. 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 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

  7. 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

  8. 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。

  9. 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。

  10. 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。

  11. 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。

  12. 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。

  13. 4. SMP的截留 TOC 糖类 蛋白质 UV254

  14. 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。

  15. 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

  16. 7. SMP、出水及污染物的荧光图谱 SMP PVDF膜出水 PAN膜出水

  17. PAN膜面污染物 PVDF膜面污染物 PAN膜内污染物 PVDF膜内污染物

  18. 8. SMP、出水组分划分 PVDF膜 PAN膜

  19. 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。

  20. 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。

  21. 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。

  22. 1. 运行压力情况

  23. 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。

  24. 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。

  25. 4. 膜表面结构的变化

  26. 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。

  27. 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。

  28. 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。

  29. 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。

  30. 谢谢Thank you

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