活性污泥污染微滤膜的水力清洗及清洗动力学模型的建立

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膜技术广泛应用在水处理领域,但膜污染是制约膜技术推广的瓶颈问题,对污染膜进行清洗是解决这一难题直接有效的方法之一。然而,长期的化学清洗会增加操作成本,引起二次环境污染甚至损坏膜,降低膜的使用寿命。因此,选择环境友好且高效的清洗方式是十分必要的。本文采用死端过滤装置(0.1μm微滤膜)过滤膜生物反应器(MBR)中的活性污泥悬浮液,探究了不同操作条件对膜清洗效果的影响,并针对膜清洗过程建立了合适的动力学方程。得出相应结论:  首先,使用微滤膜对MBR中活性污泥悬浮液进行了过滤研究,采用支持向量机模型预测膜通量,对小容量样本数据而言,支持向量机模型的预测值与实验值误差小,预测精度高。  通过Hermias过滤定理分析得出0.1μm PVDF微滤膜过滤活性污泥悬浮液的污染机理为滤饼过滤。对污染膜的水力清洗过程研究表明,水力清洗可以有效地去除沉积在膜表面上的污染物,恢复膜通量。水力清洗过程中,膜通量随清洗时间的增加呈现先增加后缓慢降低的趋势,相应的污染阻力变化趋势与之相反。考察了操作条件(温度,操作压力,搅拌转速)对膜通量恢复率的影响:清洗温度的影响最大,为66.37%;压力对通量恢复率为负作用,为28.68%;转速最小,为4.95%。膜的通量恢复率随着清洗温度的增加而增加;随着清洗压力增加而降低;随搅拌速度的增大呈略微增加的趋势。  其次,基于质量守恒定律,本文建立了水力清洗过程的动力学模型,所建模型的预测值与实验值的拟合结果(R2>0.9)较好,证明可以用所建立的动力学模型准确地描绘清洗过程中污染阻力随清洗时间的变化。此外,考虑操作条件对模型中的参数影响,在最优的动力学模型的基础上分别建立了相应的回归模型和平均值模型,且回归模型的拟合效果要优于平均值。利用长周期的清洗操作以及不同污染液(不同浓度的活性污泥悬浮液)所污染的不同膜(PAN膜、PES膜)的清洗过程验证了回归模型的普适性。  最后,用3种清洗剂(次氯酸钠、氢氧化钠、柠檬酸)对MBR中活性污泥污染膜进行化学清洗,分别考察了不同清洗条件(清洗剂浓度、清洗温度、搅拌转速、清洗时间)等对清洗效果的影响,分析可知:在相同的清洗条件下,次氯酸钠的清洗效果优于氢氧化钠和柠檬酸的清洗效果。
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