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论文针对城市生活污水,采用实验室规模的SBR进行生物处理,使用死端微滤装置(0.1μmPES微滤膜)对SBR出水进行过滤。对膜的过滤行为、膜洗涤(反清洗和化学清洗)的操作条件对清洗效果的影响进行了系统研究:
首先,膜的孔径分析和污泥悬浮液的粒径分析结果证明过滤的机理为滤饼过滤。采用Hermia’s过滤定理对实验数据的分析进一步证明仅在过滤初期为膜孔堵塞机理,此后的绝大部分过滤过程为滤饼过滤机理。在过滤过程中,膜的固有阻力只占总阻力较小的一部分,滤饼阻力为过滤的主要阻力。
其次,当过滤进行一段时间后,膜通量下降严重,需要对膜进行清沈以使通量得到恢复。尽管水力过程可去除膜表面的污染物,使下降了的膜通量恢复到一定水平,但其效果有限,无法使下降的膜通量恢复到较高水平。与之相比,反清洗与水力清洗相结合的清洗方式可有效去除吸附在膜孔内及沉积在膜表面的污染物,恢复膜通量接近初始通量。然而,随着清沈周期的增加,反清沈和水力清洗不可去除的不可逆污染物会在膜表面及膜孔内逐渐累积,使得膜的清洗效果变得越来越差。膜通量恢复率(rⅰ)和清洗效率(P)随反清洗操作压力的增大而升高,却随操作温度的升高而降低。由于膜孔内及膜表面的污染物更有可能随反清洗操作时间的延长而被去除,所以膜通量恢复率(rⅰ)将随反清洗持续时间的延长而升高,但长时间的反清洗需更多的清洗液,会降低其生产率。反清洗时各操作条件对清洗效率的平均贡献率大小依次为:清洗剂温度(50.49%)>反清洗压力(39.84%)>清沈次数(7.27%)>反清洗持续时间(2.39%)。此外,采用正交分析法对反清洗条件进行了优化,并借助多元线性回归法得出了清洗效率和反清洗操作条件之间的定量数学表达式。
最后,研究了采用不同化学清洗剂进行化学清洗时去除物理清洗不能去除的间歇性膜生物反应器中不可逆污染物的可能性。实验中以膜通量的恢复率和ζ电位考察各清洗剂的清洗效果,分别分析了不同种类化学清洗剂的清洗机理和不同浓度化学清沈剂的清洗效果。结果表明:化学清洗可有效去除膜表面和膜孔内的有机物、胶体、微生物和无机盐沉淀等污染物。单独使用酸类清洗剂对于膜通量的恢复率和ζ电位均没有较大改善,其清洗效果较差;单独使用碱类清洗剂时,NaClO清洗效果较好;用酸碱结合的方式进行清洗时,膜通量恢复率达到70%左右,清洗后膜表面的ζ电位为-62~-69,且膜具有高抗污染性能。