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死端微滤过程运行条件的优化及膜通量的预测研究

储金树

   本论文首先在自制的搅拌死端微滤膜装置上,研究了搅拌速率、温度、操作压力和浓度对酵母悬浮液膜通量的变化规律性的影响,并利用多元线性回归方法定量研究了操作条件对膜通量的影响程度。研究结果表明:(1)在压力为0.04MPa~0.10MPa范围内,搅拌速率(ω)、温度(T)和操作压力(P)对膜通量都具有显著的影响,各操作条件对膜通量的影响程度大小为:搅拌速率(64.9%)>温度(14.4%)>压力(12.9%)>浓度(7.8%);(2)通过多元线性回归方法得到的膜通量与操作条件之间的回归方程为: 其次,在死端微滤器上,使用膜孔径为0.1μm的聚丙烯腈(PAN)微滤膜对活性污泥混合液进行了过滤并运用多元线性回归方法定量研究了膜生物反应器处理生活污水过程中运行条件对膜的过滤性能(膜渗滤液的累积体积V)和污水处理效果(COD、NH3-N)的影响程度。研究结果表明:(1)污泥龄(SRT)对膜渗滤液的累积体积基本上没有影响,与之相比,跨膜压力(TMP)、混合液悬浮污泥浓度(MLSS)、溶解氧浓度(DO)、pH值(pH)、温度和水力停留时间(HRT)都具有显著影响。运行参数与膜渗滤液累积体积之间的定量关系为V = 249 .64TMP?0.056MLSS+31.69DO+55.06pH?5.25T?8.82HRT+16.24;(2)跨膜压力和溶液pH值对膜生物反应器的COD去除效果几乎没有影响,温度、污泥龄和水力停留时间都是显著影响因子,其相对影响程度比例分别为63.9%、13.6%和14.7%,而混合液悬浮污泥浓度和溶解氧浓度是一般影响因子。回归所得的膜渗滤液中COD的浓度与各运行参数之间的定量关系式为COD = 0. 0073MLSS?5.64DO+2.86T+0.099SRT+2.48HRT?88.82;(3)跨膜压力和水力停留时间对NH3-N的去除没有影响,混合液悬浮污泥浓度和pH值对NH3-N的去除都有较大的影响,是显著性影响因子,所占相对比例分别为40.5%和26.7%,而溶解氧浓度、温度和污泥龄的影响较小,属于一般性影响因子。回归所得的膜渗滤液中NH3-N的浓度与各运行条件之间的定量关系式为NH_3 - N=0.017MLSS-12.99DO?28.86pH+0.90T+0.13SRT+201.30。 再次,利用阻力叠加模型对微滤过程中膜污染的特性进行了分析,并运用多元线性回归法对不同污染物对各种类型过滤阻力的贡献大小进行了定量分析。研究结果表明:(1)污染物主要存在于污泥滤饼层和凝胶层中,污泥滤饼阻力和凝胶层阻力是主要的膜过滤阻力,其中污泥滤饼阻力起支配性作用;(2)凝胶层阻力Rg与混合液悬浮污泥、胞外聚合物(EPS)、胶体无关,而仅与溶解性微生物产物(SMP)浓度有关,并且两者的关系为Rg = 1. 4695×1011SMP;(3)混合液悬浮污泥、胞外聚合物和胶体对膜孔堵塞阻力Rp的贡献大小分别为21.7%、17.6%和60.7%,而对污泥滤饼阻力Rs的贡献大小分别为22.1%、44.4%和33.5% ,它们与Rp和Rs之间的定量关系式分别为Rp = -1. 4878×107 MLSS+8.7254×108EPS+6.1774×109Colloid和Rs = 1 .1309×109 MLSS+8.4635×108EPS+1.2142×1011Colloid,而溶解性微生物产物对Rp和Rs没有影响。 最后,利用达西定律和质量守恒原理建立了用于预测搅拌条件下死端微滤过程膜通量的数学模型。模型参数——剥蚀系数K用来表示因搅拌作用导致的颗粒从膜表面反向传输到主体料液中的量,且剥蚀系数K与搅拌速率和悬浮液浓度成正比,而与跨膜压差成反比。实验结果表明:搅拌能够减小滤饼层厚度并提高膜通量,模型理论预测值与实验值吻合得较好,该模型可用来预测死端微滤过程的膜通量随时间的变化规律性。……   
[关键词]:死端微滤;运行条件;多元线性回归;搅拌;优化;模型
[文献类型]:硕士论文
[文献出处]:北京工业大学2008年