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污水资源化藻菌共生反应器藻类膜法截留的研究

作 者: 齐增禄
导 师: 金文标
学 校: 哈尔滨工业大学
专 业: 环境科学与工程
关键词:  藻类 截留 城市污水
分类号: X703.1
类 型: 硕士论文
年 份: 2010年
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内容摘要


水污染与能源短缺严重威胁人类社会的可持续发展。生物柴油作为绿色替代能源被各界广泛关注,同时藻类以高产油率成为生物柴油原料来源的首选。因此,利用城市污水养殖高脂微藻是实现污水处理并资源化的最佳途径。课题组由此开发了新型污水资源化藻菌共生反应器。但一直未找到截留效果好、处理成本低的藻类截留工艺。针对原藻菌共生反应器内藻类停留时间过短导致的藻类无法大量繁殖的问题,本研究提出在藻菌共生反应器中使用法进行藻类截留。采用理论分析、文献借鉴、市场调研的方式,确定4种错流式膜组件和4种死端式膜组件作为研究对象。通过对各膜组件藻类截留的性能对比,优选出最佳膜组件及其操作条件,并通过小试实验对膜法藻类截留工艺的效果进行考察,得到以下成果:(1) 8种标称孔径在1.2μm以下的膜对斜生栅藻截留率均达到100%。在4种死端式膜组件中0.4μmPVDF平板膜膜通量最高,达到225L/(h·m~2);4种错流式膜组件中1.2μm陶瓷管式膜膜通量最高,达到187L/(h·m~2)。死端式及错流式膜过滤过程中影响膜污染速率的主要因素分别为曝气量和操作压力。(2)通过膜法藻类截留过程中的膜通量、运行能耗、膜污染速率等参数的对比,死端式最优膜组件为0.4μmPE中空纤维膜,最优操作条件为抽停比=8min:2min,曝气量=30m~3/(m~3·h),蠕动泵功率=80W/m~3;错流式最优膜组件为1.2μm陶瓷管式膜,最优操作条件为操作压力=0.1MPa,蠕动泵功率=25kW/m~3。(3)反冲洗实验结果表明:反冲周期从每过滤120min反冲6min调整至每过滤60min反冲3min后,0.4μmPE中空纤维膜污染速率降低了4.8%,1.2μm陶瓷管式膜膜污染速率降低了52.8%。40kHz超声对膜污染速率影响的正交试验确定死端式膜最佳超声操作条件为开停时间=5min:5min,超声功率=7.5W/L。0.4μmPE中空纤维膜以低膜污染速率、高膜通量和低能耗的特性确定为本工艺最优膜组件。(4)动态小试采用0.4μmPE中空纤维膜进行藻类截留后,藻类截留率大于99%,对比二沉池工艺藻类平均停留时间延长了314%。经过14d的连续运行后,膜组件TMP仅上升0.01MPa。通过以上试验证明,在污水资源化菌藻共生系统中使用膜法藻类截留工艺具有较高的技术可行性。

全文目录


摘要  4-6
Abstract  6-11
第1章 绪论  11-25
  1.1 课题背景  11-13
    1.1.1 我国水资源现状及能源危机  11-12
    1.1.2 藻菌共生污水处理系统的发展  12-13
  1.2 国内外研究现状及分析  13-22
    1.2.1 藻菌共生系统中藻类截留技术的研究现状  13-15
    1.2.2 法截留技术的研究现状  15-20
    1.2.3 膜法藻类截留技术的研究现状  20-22
  1.3 目的意义和技术路线  22-23
    1.3.1 研究目的和意义  22
    1.3.2 技术路线  22-23
  1.4 主要研究内容  23-25
第2章 实验材料与方法  25-41
  2.1 试验装置  25-31
    2.1.1 膜法藻类截留装置  25-28
    2.1.2 小试实验装置  28-31
  2.2 实验材料  31-37
    2.2.1 藻种  31-33
    2.2.2 实验用水及水质  33-35
    2.2.3 膜元件  35-37
    2.2.4 实验设备  37
  2.3 实验方法  37-40
    2.3.1 常规指标检测  37
    2.3.2 藻生物量的测定  37-38
    2.3.3 藻类截留率的测定  38
    2.3.4 膜通量的测定  38-39
    2.3.5 过膜压差(TMP)的测定  39
    2.3.6 膜清洗  39-40
  2.4 本章小结  40-41
第3章 膜组件藻类截留对比研究  41-67
  3.1 膜组件的选择  41-43
  3.2 膜通量的考察  43-44
  3.3 藻类截留率的考察  44-47
    3.3.1 荧光叶绿素仪检测藻类截留率  44-45
    3.3.2 光学显微镜考察藻类截留效果  45-46
    3.3.3 分光光度法检测藻类截留率  46-47
  3.4 膜法截留对藻类活性的影响  47-50
    3.4.1 错流过滤试验  47-48
    3.4.2 死端过滤试验  48-50
  3.5 40kHz 超声波对藻类活性的影响  50-52
  3.6 操作条件对膜污染生成速率的影响  52-54
    3.6.1 40kHz 超声波对死端式膜污染速率的影响  52-53
    3.6.2 高速水流对错流膜污染的影响  53-54
  3.7 膜法截留最佳工况点的研究  54-65
    3.7.1 错流组正交实验  55-60
    3.7.2 死端组正交实验  60-65
  3.8 膜组件藻类截留性能分析  65-66
  3.9 本章小结  66-67
第4章 膜法藻类截留抗污染方法的研究  67-75
  4.1 错流式膜组件抗污染方法对比  67-69
    4.1.1 反冲洗周期对膜污染速率的影响  67-68
    4.1.2 降压反冲洗组合工艺效果的考察  68-69
  4.2 死端式膜组件抗污染方法对比  69-71
    4.2.1 反冲洗周期试验  69-70
    4.2.2 超声波最佳工况的考察  70-71
  4.3 膜组件浓差极化现象的考察  71-73
  4.4 静态小试膜组件截留性能对比  73
  4.5 本章小结  73-75
第5章 动态小试膜法藻类截留工艺运行效果的考察  75-89
  5.1 长水力停留时间试验  75-80
    5.1.1 膜组件TMP变化情况  75-76
    5.1.2 膜法藻类截留效果的考察  76
    5.1.3 污染物去除效果的考察  76-80
  5.2 短水力停留实验研究  80-85
    5.2.1 膜组件TMP变化情况  80-81
    5.2.2 膜法藻类截留效果的考察  81-82
    5.2.3 污染物去除效果的考察  82-85
  5.3 动态小试膜法截留方案的改进研究  85-86
  5.4 工程经济分析  86-87
    5.4.1 膜组件费用  86-87
    5.4.2 曝气所需费用  87
    5.4.3 动力泵运行所需费用  87
    5.4.4 超声装置运行所需费用  87
    5.4.5 总运行费用  87
  5.5 本章小结  87-89
结论  89-91
参考文献  91-99
附录A 正交试验数据  99-102
  A.1 错流正交试验数据  99-100
  A.2 死端正交试验数据  100-102
致谢  102

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中图分类: > 环境科学、安全科学 > 废物处理与综合利用 > 一般性问题 > 废水的处理与利用 > 技术方法
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