气升循环分体式MBR的CFD模拟及优化

基于计算流体力学(CFD)方法,对气升循环分体式膜生物反应器(AL EC MBR)的关键结构参数与水力学参数的相关关系进行了模拟、优化和敏感性分析.研究结果表明,增加气液混合高度和曝气元件数量可提高混合液的混合程度及膜面流速、剪切力分布的均匀性,有利于膜污染控制;曝气器位置升高会使MBR流场分布的均匀性下降;混合液黏度的增加会降低混合液循环流速,但使膜组件中气液混合流的均匀度提高.在MBR膜组件中存在着混合液流速和剪切力分布中部区域高外部区域低的不均匀性,这种不均匀性是导致膜有效利用面积降低和水处理成本升高的重要流体力学因素.     

厌氧膜生物反应器在食品废水处理中的应用研究

分别采用小试规模(50 L/d)外置错流管式厌氧膜生物反应器和中试规模(20 t/d)浸没式厌氧旋转膜生物反应器进行了食品厂废水的处理实验研究.结果表明,加入超滤膜单元提高了厌氧系统的总有机物去除率及甲烷产量,使系统出水水质更加稳定;外置错流式超滤膜随运行时间的延长通量明显下降,而旋转式超滤膜可通过膜片旋转速度提高和保持膜通量;浸没式旋转膜组件的运行能耗较外置管式膜组件至少降低30%;但不同形式的厌氧膜生物反应器对氨氮和总磷去除能力有限,需进一步处理.     

计算流体力学在膜技术及膜生物反应器研究中的应用

介绍了计算流体力学(CFD)的基本原理、内容和特点,综述了CFD在膜技术领域中的研究和发展,特别讨论了其在膜生物反应器(MBR)技术中的研究和应用,并对其应用前景进行了展望.     

应用CFD优化螺旋卷式膜组件流道结构

为探究螺旋卷式膜组件流道结构对流体流动和膜组件分离性能的影响,在对螺旋卷式膜组件中流体流动分离过程进行分析后,对膜组件内含有隔网的流道进行简化建模,利用计算流体力学(CFD)方法对流体在流道中的流动分离情况进行三维模拟计算.以隔网编织方式为变量,考察不同隔网编织方式下流体的流动状态和二氧化碳分离传质效果以确定较优的隔网编织方式.结果表明,隔网编织方式通过影响膜组件流道结构进而改变流体流动形态、剪应力分布、速度分布和压力分布.采用部分编织型隔网时,流体流动压降约为60 Pa/m,二氧化碳分离效率为90%左右,可以同时实现膜组件较优的分离性能和较低的流动压降.     

一体式厌氧膜生物反应器膜材质选择的试验研究

厌氧膜生物反应器作为一种处理高浓度有机废水行之有效的工艺,膜材质选择是保证其良好运行的关键之一.试验研究了一体式厌氧膜生物反应器中三种不同材质的膜PAN、PES和PVDF膜过滤特性.并通过数据拟合得出不同的膜通量和膜阻力随时间的数学模型表达式.结果表明,在相同的操作条件下,PAN膜通量维持在一个较高水平,膜污染速度增长缓慢,PAN膜是本试验条件下厌氧膜生物反应器的最佳膜材质.     

浸没式中空纤维膜生物反应器的膜污染及防治对策

膜污染是浸没式膜生物反应器(SMBR)工艺中普遍存在的问题,是影响SMBR稳定运行的关键因素.从微观和宏观两方面分析了SMBR的膜污染的机理,综述了国内外控制膜污染问题的最新研究进展,包括膜自身性质的改进、膜组件及反应器结构的优化、污泥混合液特性的改善、工艺运行条件的优化及膜清洗技术的发展,在此基础上指出了目前关于膜污染问题研究的不足及未来的主要发展方向.     

新型板框气隙式膜蒸馏组件流场的CFD数值模拟

利用计算流体力学(CFD)软件,构造三维计算模型,对新型的热量回收板框气隙式膜蒸馏组件内部热质传递过程进行研究.分别考察了不同进料温度、流速和操作真空度条件下模型内部流体温度分布情况.模拟结果表明:提高进料侧料液流速或者减小渗透侧真空度,在同一位置的膜表面温度均增加;渗透侧换热中空纤维从下至上壁面温度呈现递增的趋势,各层中空纤维外表面温度均存在差异,距离膜侧位置越近,中空纤维表面温度越高.研究发现,在不同条件下渗透侧底部区域的蒸汽温度大于热料液主体温度,不利于膜蒸馏过程和热量回收利用;当增加料液温度或者下游侧真空度时,有效膜蒸馏面积增大.结果揭示了新型组件内部直观的参数分布规律,为内部结构进一步优化奠定了基础.     

气液两相流下膜的抗污染性能研究

膜表面浓差极化与滤饼层形成是膜污染的重要因素.通过管式膜曝气,使膜表面形成气液两相流,增大膜表面剪切力,能有效控制膜污染行为.实验通过微滤高岭土悬浊液,观察了不同曝气量下膜组件内气液流态,发现随着曝气量的增加,膜组件内气泡单元上升速率和频率加快,膜污染速率逐渐减小,延长了膜过滤运行时间.研究发现,气体的通入使膜表面湍流程度增大,有效减缓跨膜压力增长速率,并且实现了在较低流速下控制膜污染,节省了能耗成本,延长了膜使用寿命.     

强化MBR处理含酚毒性废水及膜过滤特性的研究

考察添加白腐菌的生物强化膜生物反应器(EMBR)对含酚毒性废水的强化处理效果及其对膜过滤特性的影响.在优化工艺条件下,T=25℃,pH=6.5,水力停留时间(HRT)=10 h,菌种采用粒状活性炭(GAC)负载形式,进水TOC(总有机碳)容积负荷从0.96 kg/(m3?·d)增至2.4 k/(m3·d).实验结果表明:EMBR比传统膜生物反应器(CMBR)处理废水效果更佳(TOC平均去除超过90%),且在研究范围内负荷越高强化处理效果越显著,表明EMBR工艺具有更强的耐负荷冲击及抗毒性.此外,EMBR具有更高的临界通量[20.6 L.(m2·h)],膜持续运行时间更长,且膜污染速率及不可逆内部膜污染阻力均比CMBR有明显降低,表明其在改善膜污染方面亦具有优势.     

浸没管式MBR特性及其膜过程

从流体力学角度,研究管式MBR膜过滤过程特性.结果表明,单管膜的圆柱形形体特征造成边界层的变化,湍动增强,较一般的平板膜面更有利于抑制膜面污染层的形成;而组件内膜管间的边界层相互干扰效应改变了单管膜的边界层形态,扰动加剧,有效弱化了污染层的形成.管式MBR正三角形错排结构由于其规整的几何形状能获得较好的水力学特性,膜通量最高;等腰三角形错排结构次之,顺排结构表现相对弱些;同时,适当提高曝气强度能增强气液混合流在膜管间的交互作用,显著提高膜通量.     

可反洗平板膜生物反应器处理园区生活污水研究

就可反洗平板浸没式膜生物反应器和传统平板浸没式膜生物反应器处理园区生活污水的效果进行比较研究,发现在水力停留时间同为9.6h的条件下,两者几无区别,COD和NH3-N的去除率同样分别为90%和95%,浊度均降至0.7NTU以下,也均无SS检出,出水水质都达到国家生活杂用水水质标准(GB/T18920-2002);但前者因膜具可反洗性,可以延缓膜污染,延长系统稳定运行周期,减少化学清洗频率,既降低运行成本,延长膜使用寿命,又减少化学清洗剂对环境的污染.     

膜-生物反应器的研究及其在废水处理中的应用

综述了废水处理领域中的膜-生物反应器的基本特点、应用现状、存在的问题以及国内外研究的进展；重点阐述了膜-生物反应器运行工艺、新型膜材料与器件以及影响膜污染形成的因素与防治措施；并对今后的研究方向进行了展望．     

pH对膜污染层EPS污染特征的影响及机理分析

溶液pH值不仅影响溶质的电荷等表面性质,同时也影响膜表面的特性,从而影响溶质与膜表面之间的相互作用和溶质在膜面的沉积量及膜通量.胞外多糖(Extracellular POlvsac-charides,EPS)是膜生物反应器(Membrane Bioreactor,MBR)中主要的膜污染物质之一,从实际MBR膜污染层中分离纯化得到的EPS,在EPS引起膜污染机理分析的基础上,以过滤阻力、EPS在膜表面沉积量及膜通量为评价指标,综合分析不同溶液pH对EPS污染特征的影响,可为揭示MBR中EPS膜污染的成因和机理以及污染膜的清洗提供参考.结果表明,MBR膜污染层EPS的膜污染过程较好地符合沉积阻力模型,EPS在膜表面的污染主要是EPS沉积引起的;EPS溶液的pH越高,其与膜之间的排斥力越大,沉积量越少,沉积阻力越小,膜通量越高.pH为7.0时,沉积阻力为3.34×10~(11) m~(-1),沉积量为1.25 g/m~2,初始相对膜通量为9.8%.     

颗粒悬浮填料复合式膜生物反应器的过滤性能研究

介绍了颗粒填料复合式膜生物反应器(HMBR)在工业废水处理中的应用.在运行条件一致的情况下,对普通膜生物反应器(MBR)和颗粒填料复合式膜生物反应器(HMBR)进行了对比实验,着重研究了颗粒填料在膜污染控制方面的作用.结果表明:由于投加填料颗粒,HMBR的沉积层阻力减少了86%,临界通量增长了约20%;在长期运行过程中MBR的膜污染速率是HMBR的3.3倍.在膜生物反应器中投加颗粒填料可以有效地改善其过滤性能,减缓膜通量的下降.     

膜生物反应器运行中的膜污染及其控制

阐述了膜生物反应器(MBR)在水处理方面的优缺点及膜污染的主要影响因素,总结了国内外关于膜污染及其数学模型的研究进展,归纳出膜污染模型的几种形式,并从膜本身的理化性质改变、混合液理化特性改善、操作条件优化等方面论述了减缓膜污染的方法及措施,介绍了几种膜清洗的方法及设计和操作过程中应注意的问题,提出了今后研究的重点和方向．     

集成膜过程污水深度处理工艺

介绍了集成膜过程及其在污水深度处理方面的应用．集成膜过程是将超遽／微遽与反渗透(或纳滤)相结合，形成能够满足各种回用目的的污水深度处理集成工艺．PVDF、PP、PE、PES等超滤／微滤膜，抗污染反渗透复合膜具有化学稳定性高、耐污染、装填密度高等特点，适宜于规模化污水处理．污水处理用超滤／微滤膜以中空纤维为主，系统技术采用了低压运行、频繁(气水、透过液)反冲、气水冲洗等抗污染工艺，能够维持稳定的通量、运行维护费用较低、产水质量稳定．二级出水的集成膜系统工艺已成熟并得以广泛推广，针对原废水的集成膜工艺(膜生物反应器 反渗透)还需要进一步的工程化研究．     

Is hydraulic retention time an essential parameter for MBR performance?

The effect of hydraulic retention time (HRT) on membrane bioreactors (MBR) operation is discussed. A brief literature review on this topic indicates that biased conclusions can be drawn if data is obtained under non steady-state conditions. Another relevant aspect regarding steady-state operation includes activated sludge adaptation to bioreactor running conditions. In addition, wastewater components also have influence on steady-state achievement and MBR performance.     

TiO_2动态改性膜应用于MBR的研究

采用二氧化钛(TiO_2)纳米粒子对聚偏氟乙烯中空纤维膜微滤膜(PVDF MF,0.1μm)和实验室自制聚砜中空纤维膜超滤膜(PSF UF,0.05μm)进行表面亲水改性,以期提高膜的抗污染能力.采用膜接触角、纯水通量、出水TOC、膜压差和扫描电子显微镜(SEM)进行表征了TiO_2动态膜的性能.将TiO_2纳米颗粒改性后的PVDF MF和PSF UF膜应用于膜生物反应器(MBR)处理模拟焦化废水(TOC=500 mg/L),考察了其对MBR过滤性能的影响.实验结果表明,改性后膜的水接触角明显减小,亲水性增强,TMP升高速率明显降低,模拟焦化废水,TOC的去除率平均可达95%,经返洗及次氯酸钠清洗后膜表面TiO_2层外观没有明显变化.改性后的膜组件较显著地增加了MBR的膜抗污染的优势,且具有一定的稳定性.因此,将TiO_2动态改性耐污染膜应用于MBR是可行的.     

膜截留分子量对污水分置式好氧膜生物反应器处理性能的影响

不同截留分子量超滤膜的好氧膜生物反应器研究结果表明,膜的截留分子量越大,膜表面越易出现浓差极化现象,清洗周期缩短;截留分子量对越滤膜水通量的影响随运行时间增加而逐渐减少;截留分子量对好氧膜生物反应器有机物去除性能影响较小;膜截留分子量不同,生物反应器内的MLSS浓度也会明显不同,该现象的确切原因则有待于实验研究来进一步确定。     

微污染水处理中投加粉末炭减缓膜污染的机理研究

采用MBR(膜生物反应器)及MBR-PAC(PAC,粉末活性炭)组合工艺处理微污染湖水.试验考察了各工艺条件下的膜污染状况,发现投加PAC降低了膜阻力,利于减缓膜污染.为了进一步研究相应的机理,采用空间排阻液相色谱(SELC)法对粉末炭投加前后膜污染物的分子量分布(MWD)进行了直接和间接的测定.结果表明,在MBR应用于微污染湖水处理时,小分子物质是一类重要的膜污染物质.PAC对大量小分子污染物(MW<3 000)的有效吸附去除是投加PAC后膜污染状况改善的重要原因.