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膜技术因其分离效率高,易于自动化控制和节能降耗等优点已经被广泛应用于各工业领域,然而膜污染是制约其长期稳定运行的主要瓶颈,因此膜清洗是解决膜污染问题最有效的方法。本文针对序批式生物反应器(SBR)中的活性污泥悬浮液造成的膜污染问题,采用水洗与化学清洗相结合的清洗方式对污染膜进行清洗。对于污染过程,采用达西定律与质量守恒原理,建立了过滤过程中膜通量的预测模型。对于清洗过程,基于污染层结构(比阻)的变化,建立了合适的清洗模型,另外采用不同的膜对模型进行验证。最后利用XDLVO理论对不同清洗条件下清洗行为的变化进行解释。取得了以下研究成果: (1)采用0.1μm聚偏氟乙烯(PVDF)微滤膜对活性污泥悬浮液和酵母悬浮液分别进行死端和错流过滤实验时,操作条件对污染过程影响程度最大的是压力。这两种过滤方式的污染机理都为滤饼过滤。此外,采用达西定律与质量守恒原理建立了污染模型,该模型能够准确预测过滤过程中的膜通量(R2>0.98),并可用于描述膜通量与滤饼厚度随过滤器空间位置的变化。 (2)基于清洗过程中活性污泥污染层结构(比阻)的空间变化,建立了相应的清洗模型,所建立的清洗模型能够准确地描绘PVDF污染膜清洗过程中清洗通量恢复率随清洗时间和浓度的变化(R2>0.83)。此外,PAN污染膜的清洗验证实验也证明了清洗模型的普适性(R2>0.91)。 (3)对被活性污泥污染膜进行化学清洗时,膜通量恢复率随清洗时间和浓度的增加先快速增加,随后趋于平缓,相应的不可逆污染阻力随清洗时间和浓度的变化趋势与之相反。此外,利用模型参数计算得到的膜上残留滤饼质量随清洗时间和浓度的增加先快速减少,随后趋于平缓,证明了膜上滤饼的去除对膜通量的恢复起到了重要的作用。对于不同的清洗剂,次氯酸钠的清洗效果最好,其次是氢氧化钠,最后是柠檬酸。 (4)XDLVO理论分析结果表明,在污泥颗粒离开膜面的过程中存在一个斥力能垒。污染膜经过次氯酸钠,氢氧化钠和柠檬酸清洗后,膜与污染物之间斥力能垒的大小顺序为:次氯酸钠(0.74wt%)(36105KT)>氢氧化钠(0.40wt%)(22180KT)>柠檬酸(1.92wt%)(4606KT)。从中得出次氯酸钠清洗后,膜与污染物之间的斥力能垒最大,活性污泥更容易从膜表面剥离,从而提高膜清洗通量恢复率。此外,次氯酸钠和氢氧化钠浓度的增加有利于斥力能垒的提高。然而,柠檬酸浓度的增加却不利于斥力能垒的提高。斥力能垒的大小主要由静电作用能(EL)和共轭酸碱对作用(AB)能来决定。斥力能垒的提高促进静电作用能(EL)在较短的分离距离内(膜与污染物之间)占据主导作用。