短程混凝-膜过滤工艺清洗过程中气液两相流对絮体形成的影响

基于数值模拟的方法研究了不同填充密度和不同曝气强度下短程混凝-膜过滤工艺中膜清洗过程反应器内流场特性。结合絮凝动力学理论,引入微涡旋尺度参数来判定影响絮体形成的流场状态,以评估膜清洗过程中曝气强度对絮体形成及膜清洗效果的影响,并用实时图像技术对模拟结果进行验证。研究结果表明,反应器填充密度为7.38%,气水比为15：1时,反应器内平均有效能耗适中,且形成的微涡旋尺度也适中,不会对絮体产生明显的破坏作用,有利于形成较大尺寸的絮体;同时在膜组件附近产生较强的水流剪切速度,使膜面得到有效的清洗。结合实验分析,反应器填充密度为7.38%,气水比为15：1时,反应器内形成的絮体粒径较大且与数值模拟得到的微涡旋尺度相近,上清液UV₂₅₄和TOC值最低,去除效果最好。     

优化曝气方式对减缓SMBR一体式反应器中膜污染的影响

在相同运行条件下,研究了改进型曝气方式（膜出水时气水比为20：1,停止抽吸时气水比为40：1）和传统曝气方式（采用气水比40：1连续曝气）一体式膜生物反应器下SMBR的运行情况。试验结果表明：改进曝气方式的SMBR中胞外聚合物（EPS）和溶解性微生物产物（SMP）浓度以及料液粘度都低于传统的SMBR,减轻了膜污染,直观表现为具有较低的跨膜压力（TMP）;两种曝气方式的膜阻力均以沉积层阻力为主,改进曝气方式的SMBR沉积层阻力所占比例高于传统的SMBR,后者膜孔吸附及堵塞阻力所占比例远高于前者,因此后者膜清洗费用高;此外改进型曝气方式由于其阶梯式曝气强度降低了能耗。     

膜曝气生物膜反应器内流场的CFD模拟及组件优化

基于数值模拟的方法研究了不同填充方式、填充密度、循环流量下膜曝气生物膜反应器(MABR)内流场特性。研究结果表明, 随机填充时, 反应器内存在偏流沟流现象, 且进口处动能损失大;规则填充时, 截面流速稳定区域较长, 更适于MABR生物膜的生长。填充密度对MABR壳程速度场的影响显著, 并且存在一最佳值;当填充密度为30%时, 反应器整体速度场比较均匀稳定。实验采用三维电磁测速仪对实体模型进行流场测量, 得到反应器内流场速度与模拟值接近, 误差小于10%;当循环流量为7.62 L·min^-1时, 反应器截面平均流速可以维持在0.026 m·s^-1, 并且进口最大流速低于0.20 m·s^-1, 不会导致生物膜的脱落, 该稳定的流场分布符合MABR内部的速度场分布需求。     

曝气量对微絮凝-曝气-超滤组合工艺中膜污染控制的研究

采用微絮凝-曝气-超滤组合工艺处理地表天然水体,硫酸铝作为混凝剂,研究曝气量对该工艺膜污染的影响。实验发现,当曝气量为20mL/min时,生成的滤饼层达到2.9μm,随着气体的引入,冲刷及扰动作用可以有效抑制滤饼层的形成,装置在60 mL/min的曝气量作用下,超滤膜的跨膜压差增长速率最低,超滤膜的过滤性能最好。当曝气量超过60 mL/min时,膜污染加剧,微絮凝生成的絮体被气泡打碎,絮体分形维数增大,生成的滤饼层更加密实,絮体破碎释放的有机物加重膜孔堵塞。因此,选择合适的曝气量对缓解膜污染至关重要。     

曝气量对微絮凝-曝气-超滤组合工艺中膜污染控制的研究

采用微絮凝-曝气-超滤组合工艺处理地表天然水体,硫酸铝作为混凝剂,研究曝气量对该工艺膜污染的影响。实验发现,当曝气量为20mL/min时,生成的滤饼层达到2.9μm,随着气体的引入,冲刷及扰动作用可以有效抑制滤饼层的形成,装置在60 mL/min的曝气量作用下,超滤膜的跨膜压差增长速率最低,超滤膜的过滤性能最好。当曝气量超过60 mL/min时,膜污染加剧,微絮凝生成的絮体被气泡打碎,絮体分形维数增大,生成的滤饼层更加密实,絮体破碎释放的有机物加重膜孔堵塞。因此,选择合适的曝气量对缓解膜污染至关重要。     

浸没板式膜生物反应器中流体运动的数值模拟

利用计算流体动力学（CFD）技术,以浸没板式膜生物反应器（MBR）中曝气槽内的流体为研究对象,将固相和液相视作“假想的均-混合相”,将气、液、固三相流简化为“气-液两相流”问题。选用FLUENT软件中的多项流Eulerian模型,对曝气槽的内部流场的流态进行了模拟分析。结果得到包括气液两相多个截面的速度场及局部气含率分布等信息。模拟结果显示浸没板式MBR具有较好的水力条件,在一定的曝气强度条件下,在获得较大的升流区上升流速的同时,也获得了较大的膜面剪切力;一定的曝气条件会在曝气槽中产生固定的影响微生物生长的缺氧区,通过改变曝气强度可以解决这一问题。以上模拟结果能够合理解释实际工况中存在的膜污染等现象,证明了CFD技术在膜生物反应器中应用的可行性。数值求解结果可以为MBR的实际工程设计提供理论依据。     

中空纤维帘式与平板式膜组件在浸没式MBR中的对比试用研究

选取两种不同结构类型的膜组件进行化工废水处理的中试应用研究,对比研究了MBR膜系统的最佳气水比、临界膜通量、膜系统的分离与处理效果以及膜的污染和清洗方式.中试结果表明,在该类废水处理中,中空纤维帘式膜组件的最佳气水比为24,平板式膜组件的最佳气水比为20;在同等曝气强度下,用流量阶梯法测得,中空纤维帘式膜组件的临界膜通量为20L·m-2·h-1,平板式膜组件的临界膜通量为25 L·m-2·h-1;两组膜在处理和分离效果上相差不大;在抗污染性能上,平板式膜组件更具优势,而且平板式膜组件更容易通过物理清洗-空曝气的方式使膜通量得以部分恢复,用次氯酸钠(NaClO)溶液对膜组件进行化学清洗,均能获得较好的通量恢复效果.     

不同水处理工艺的混凝效果比较

该文以宁夏宁东地区黄河水为研究对象,考察了不同混凝条件（常规混凝沉淀池、微涡旋混凝沉淀池、反冲洗水回流沉淀池）下三种水处理工艺对混凝效能的影响。结果表明微涡旋改造有助于提高絮凝池的混凝效果,絮体的沉降性得到改善,“跑矾”现象得到缓解,絮体颗粒数目较折板絮凝池减少,沉淀池出水浊度明显降低;滤池反冲洗水回流技术可以有效地提高浊度的去除率以及改善絮体的沉降性能,且絮体颗粒数目较微涡旋絮凝池有明显减少,说明增加水体中颗粒数目可以有效地提高混凝效果;由分形维数的数据可以看出,微涡旋改造和反冲洗水回流可以明显提高絮体的分形维数,改善了絮体的沉降性。     

好氧颗粒污泥与絮体活性污泥的竞争试验研究

采用在序批式反应器中培养50 d的好氧颗粒污泥与同期反应器排出的絮体污泥,在高有机负荷下曝气4 h,颗粒污泥和絮体污泥MLSS较初始时分别增加了67.8%和58.5%,单位体积混合液中颗粒污泥和絮体污泥的个数分别增加了15.4%和4.8%。颗粒污泥和絮体污泥的粒径分布在4 h试验过程中处于动态稳定状态,基本保持不变。曝气4 h后颗粒污泥和絮体污泥平均粒重分别增加45.4%和51.4%,可以看出在对有机底物的竞争中,与絮体污泥相比较,颗粒污泥由于具有较高的活性而占有优势,颗粒污泥的增长速率大于絮体污泥,絮体污泥和颗粒污泥的密度均有明显增长,但颗粒污泥平均粒重增加比例小于絮体污泥。     

浸没式中空纤维膜反应器的在线超声清洗

将超声波用于浸没式中空纤维膜反应器的在线清洗,考察了超声波参数和操作条件对清洗效果的影响。结果表明,超声功率352 W、频率40 kHz时,最佳超声时间为10 min,最佳清洗距离为5 cm。膜表面SEM照片显示,超声距离过近和超超声时间过长会对膜自身结构造成破坏。在以上条件下,试验采取曝气强度0.6 m3/(m2.h)的超声-曝气组合清洗方式取得了最理想的清洗效果,膜通量恢复率可达74.24%。而曝气强度不宜过大,否则清洗效果明显下降。     

絮体表面形态对膜污染预测的影响

现有对混凝-膜过滤过程中膜污染的预测分析,一般采用XDLVO理论对光滑界面的作用能进行计算,但混凝絮体表面形态会对预测结果产生较大的影响。利用正弦波球体模型对粗糙腐殖酸(HA)絮体表面进行模拟,并通过表面元素积分法(SEI)结合XDLVO理论与复合辛普森规则,对不同粗糙程度的混凝絮体与聚偏氟乙烯(PVDF)膜的界面作用能进行量化模拟;并将结果与传统XDLVO理论模拟的光滑界面作用能进行了比较。实验结果表明,该模型适用于混凝-膜过滤体系中絮体界面作用能的模拟,同时在模拟过程中,由于粗糙度的不同会导致界面作用能在数值上存在1~2个数量级的差异;并且粗糙的絮体较完全光滑的絮体与膜污染趋势的拟合程度更高,即引入絮体表面形态对利用絮体与膜界面间相互作用能表征膜污染趋势的置信度更高。     

双介质阻挡放电降解苯酚废水研究

研究了双介质阻挡放电降解苯酚废水过程中不同因素对苯酚降解效果的影响,确定了最佳反应条件,并初步探讨其反应机理。采用自制双介质阻挡放电反应器,以模拟苯酚废水为研究对象,研究了苯酚废水浓度、输入电压、废水曝气量、反应时间等因素对苯酚降解效率的影响。结果表明:输入电压为5 k V,曝气气水比为40∶1,反应时间60 min,降解质量浓度为200 mg/L的模拟苯酚废水,苯酚最大去除率达到95.3%;其中苯酚废水浓度、输入电压、曝气气水比对试验结果影响较大。     

曝气量控制微絮凝-曝气-超滤工艺膜污染研究

针对超滤膜污染问题,在微絮凝-曝气-超滤水处理工艺中,以自然水体为研究对象,通过跨膜压差(TMP)的变化趋势来反应超滤膜污染过程,着重考察了在不同曝气量作用对膜污染速率的影响情况。结果表明,以氯化铁为混凝剂时,曝气的扰动作用可以促进微絮凝反应的进行,并且曝气的扰动作用可以抑制滤饼层的形成,从而减轻膜污染现象,但曝气量超过100 mL/min时,微絮凝产生的絮体会被气泡打碎,料液侧有机物再释放从而加重膜孔堵塞现象。曝气量100 mL/min的操作条件下,膜污染速率最低,适用于超滤水处理工艺。     

一体式MBR控制膜污染的最佳曝气强度及影响因素

强化曝气可有效控制膜污染,但会导致系统能耗增加,且曝气强度过大还会对膜污染控制产生负面影响;系统存在一个经济曝气强度-可在保证处理效果、控制膜污染的同时最大限度地降低能耗。反应器结构、膜组件型式、曝气方式、污泥浓度、抽停时间、操作压力等运行条件都会影响经济曝气强度。本试验条件下,最佳组合操作条件为:经济曝气强度500～550L/m·2h、污泥浓度6g/L、抽吸时间12min、停抽时间3min、操作压力40kPa。     

水动力学条件对絮体形成的影响

利用颗粒运动方程,分析颗粒运动导致的碰撞絮凝,提出涡旋惯性离心力和剪切力是颗粒接触絮凝的主要动力因素,其中涡旋剪切力是主导动力;湍流过渡区控制絮体的成长尺度和密度;并讨论了提高絮凝效率的技术途径。     

磁絮凝膜过滤工艺中附加磁场强化清洗

基于磁强化絮凝膜过滤(MEFMF)工艺中磁絮体和含磁滤饼层的特性,设计了在线(on-line)和离线(off-line)磁强化清洗(MEC)工艺.在磁场和曝气剪切的协同作用下,含磁滤饼层脱离膜纤维表面,膜通量恢复率较常规物理清洗(RC)明显提高.在离线磁强化清洗时,设计反洗装置中心的磁感应强度为6 mT,曝气强度为500 L·m^-2·min^-1,控制清洗时间为5 min,维持反洗压力0.04 MPa,可达到最佳的膜清洗效果,通量恢复率达97%以上.在外加磁场强化清洗过程中,滤饼层中的磁种发生磁化作用,滤饼层表现出微弱的宏观磁性,在磁场的作用下向磁极运动,使得膜通量恢复率明显提高.此外,在MEFMF工艺中采用间歇磁强化清洗,可以更加有效地去除引起不可逆膜污染的胶体和有机物,降低膜污染速率,减缓膜污染.     

生物铁-MBR处理生活污水的试验研究

为提高膜生物反应器的处理效果,在一体式膜生物反应器中加入氢氧化铁絮体,将生物铁法与一体式膜生物反应器相结合,提出了生物铁-MBR法。利用生物铁-MBR法处理模拟生活污水,并与普通MBR进行平行对比试验。结果表明,生物铁-MBR法在提高处理效果、改善污泥性能方面具有明显优势。与普通MBR相比,生物铁-MBR对CODCr、BOD5和NH3-N的去除效率分别高1.8%、0.7%和5.6%;生物铁-MBR污泥絮体疏松多孔、呈团粒状、菌胶团形状较大;脱氢酶活性波动较小,处理效果较稳定。     

膜分散微结构反应器制备纳米氧化锌的实验及模型

以硫酸锌和氢氧化钠为原料,在膜分散微结构反应器中通过快速均匀混合制备得到颗粒平均尺寸为10～20 nm的氧化锌,并利用混合尺度模型模拟了微反应器内纳米颗粒的成核、生长和团聚过程。模拟计算结果表明,在最初的0.6 ms内颗粒成核占主导地位,在1.6 ms以后以生长为主,同时由于颗粒数密度较大,颗粒运动碰撞造成团聚效应,使得颗粒尺寸具有一定的分布。混合尺度和反应物浓度对颗粒直径和分布有很大影响。模拟结果表明当混合尺度从50 μm减少到5 μm,纳米氧化锌颗粒从19 nm降低到12 nm。微反应器制备实验结果表明,随着膜孔径的减小,混合强度增加,纳米氧化锌颗粒平均直径从20 nm 降低至11 nm,当初始反应物浓度从0.05 mol·L^-1提高到0.20 mol·L^-1,氧化锌纳米颗粒尺寸由10 nm增大至16 nm。颗粒平均直径及分布的模拟值与实验值相符较好。     

微气泡曝气对模拟黑臭水体的治理效果

分别利用空气微气泡曝气和普通大气泡曝气治理模拟黑臭水体,比较了两种曝气方式下TOC、TN、氨氮、TP、OD_(680)、浊度和透明度等各项水质参数的变化。模拟黑臭水体由富营养化地表水投加河道底泥得到,两种曝气装置的运行方式均为每日间歇运行,持续25 d。受限于微气泡发生装置的气水比,微气泡曝气的曝气量仅为普通曝气气量的1/10。结果表明,微气泡曝气处理可以显著降低水体藻密度OD_(680)和浊度,提高透明度,对于常规水质指标如TOC和氨氮,微气泡曝气的治理效果略优于普通曝气。在停止曝气后一段时间内,普通曝气处理后的水明显劣化,有大量藻类繁殖,而微气泡曝气处理后的水质较为稳定。     

PAC-MBR用于微污染水源水处理的运行工况优化研究

通过正交试验对粉末活性炭-膜生物反应器(PAC-MBR)组合工艺处理微污染水源水的运行工况进行了优化。分层次构建了运行工况优化多目标模型,确定了各评价指标权重的分配,利用隶属度统一量化在各工况下实测的评价指标数值,经综合指标公式得出较优工况。通过极差分析确定了膜池内的曝气强度是首要影响因素,选定最优工况:膜池内曝气强度40 L/h,膜池刮泥间隔1 h,出水抽吸泵抽、停时间9、3 min,膜池采用间歇曝气。