發(fā)布時間：2020-11-19 00:03

　　 從好氧顆粒污泥(Aerobic granular sludge,AGS)中回收藻酸鹽已成為污水處理資源化新興研究方向。藻酸鹽是一種特殊的胞外聚合物(Extracellular polymer substances,EPS),占AGS干重可達25%。高附加值藻酸鹽回收不僅可實現(xiàn)污泥減量,而且可以提高污泥濃縮脫水性能。但是,藻酸鹽回收液含水率接近100%,進一步對其脫水濃縮成為亟待解決的問題。常規(guī)濃縮方法不僅過多消耗化學藥品,而且還會造成二次污染。相反,超濾(Ultrafiltration,UF)濃縮有可能避免這些缺陷。膜污染是超濾濃縮應用之瓶頸。基于前期高價金屬離子削減膜污染研究結果,本研究進一步探究投加金屬離子減輕膜污染的作用與機理,同時解析所回收的藻酸鹽特性�；�于4種典型高價金屬離子Ca~(2+)、Mg~(2+)、Fe~(3+)、Al~(3+)單一或組合形式,詳細探究金屬離子與藻酸鈉(Sodium alginate,SA)作用機制以及膜污染減輕行為。實驗顯示,投加不同濃度Ca~(2+)后,過濾阻抗按照1.75 M(2.8 mL)1 M(5 mL)0.5 M(10 mL)順序遞減。高濃度Ca~(2+)液滴中有一部分被包裹在包囊膜內(nèi)沒有得到有效利用,致使過濾阻抗變大。不同流速條件下過濾阻抗依據(jù)5 mL/min15 mL/min25mL/min順序減小;流速大時單位時間內(nèi)泵入Ca~(2+)含量更多,初期可形成較多藻酸鈣,因而產(chǎn)生較低的過濾阻抗。SA與單一金屬離子投加順序差異造成不同過濾行為,其原因為生成了不同結構的物質。組合金屬離子作用下,與SA作用更完全,可有效緩解SA膜污染,過濾阻抗遞減順序為Ca~(2+)→Fe~(3+)(先加Ca~(2+)后加Fe~(3+))Fe~(3+)→Ca~(2+)(先加Fe~(3+)后加Ca~(2+))Fe~(3+)+Ca~(2+)(Fe~(3+)與Ca~(2+)混合投加)。SA分子量越低、濃度越小,其過濾阻抗越小。采用光學顯微鏡、動態(tài)光散射、X射線光電子能譜和掃描電子顯微鏡研究了回收藻酸鹽的材料性能。分析表明,添加金屬離子不僅可以減輕膜污染,而且還使回收產(chǎn)物具有更高附加值。高價金屬離子作用下,可以促進藻酸鹽脫水,降低濾餅含水率;形成的藻酸鹽微觀結構差異較大,使SA鏈狀結構發(fā)生改變、絮凝體變大;藻酸鹽粒徑大小遞減順序為Al-SAFe-SACa-SAMg-SA;添加金屬離子后所形成的濾餅層會產(chǎn)生更多孔隙,孔隙率排列順序為Ca+Fe-SAFe-SACa-SASA,而且膜表面附近有剝離現(xiàn)象發(fā)生。研究結果可為好氧顆粒污泥藻酸鹽回收后超濾濃縮提供新思路,特別是金屬離子引入藻酸鹽回收過程有望為開發(fā)新型藻酸鹽納米材料提供一種新方法。
【學位單位】：北京建筑大學
【學位級別】：碩士
【學位年份】：2020
【中圖分類】：X703
【部分圖文】：

第1章緒論2鹽納米材料提供了理論基矗1.2藻酸鹽的性質與來源1.2.1性質藻酸鈉（Sodiumalginate，SA）（（C6H7O6Na)n）是藻酸鹽應用最廣的一種形式，由β-D-甘露糖醛酸殘基（β-D-mannuronicacid，記為M）與其同分異構體，α-L-古羅糖醛酸殘基（α-L-guluronicacid，記為G），通過α（1→4）糖苷鍵連接而成的線型嵌段共聚物。SA分子以甘露糖醛酸鈉鹽殘基組成的MM區(qū)、古羅糖醛酸鈉鹽殘基組成的GG區(qū)以及由兩類殘基交替變化的MG區(qū)構成。這三種區(qū)段在藻酸鹽中的比例、數(shù)量和排列順序可能存在很大的差異，并決定其化學結構和性能[12-14]。藻酸鹽是一種帶負電荷的高分子聚合物，在二價陽離子存在的情況下，藻酸鹽具有從粘性溶液逐漸形成凝膠狀結構的獨特性能。藻酸鹽與二價金屬離子的相互作用具有一定的選擇性，結合順序依次為：Mg2+<<Mn2+<Ca2+<Sr2+<Ba2+<Cu2+<Pb2+[15]。藻酸鹽與金屬離子的結合能力與藻酸鹽的結構組成密切相關，隨著G殘基增多，藻酸鹽與金屬的結合能力變強，如，與二價金屬離子的結合形成凝膠能力依次為：MM區(qū)<MG區(qū)<GG區(qū)[15,16]。圖1-1藻酸鹽化學結構[15]：Figure1-1Alginatechemicalstructure(a)β-D-mannuronicacid(M)sodiumsaltandα-L-guluronicacid(G)sodiumsalt,(b)TheblockcompositionofalginatewithG-blocks,M-blocks,andMG-block.

第1章緒論4圖1-2海藻中提取藻酸鹽的典型工藝流程圖[17]Figure1-2Typicalprocessforextractingalginatefromseaweed1.3膜污染控制策略1.3.1膜污染研究趨勢近年來，膜技術在污水處理、濃縮高分子物質等領域應用越來越廣泛，但膜污染問題不容忽視，各種膜分離過程中都面臨高分子物質膜污染，會造成膜通量下降、分離效果變差、增加運行和維護費用，成為制約膜技術應用的瓶頸[30-32]。各種膜分離過程中都面臨高分子物質膜污染，多糖類物質被認為是工業(yè)過濾過程中主要的污染成分。分別對知網(wǎng)和WebofScience數(shù)據(jù)庫進行文獻計量，從膜污染相關研究年度發(fā)文量、發(fā)文國家和地區(qū)、研究方向等方面分析膜污染問題的研究進展。以“膜污染”為關鍵詞檢索知網(wǎng)數(shù)據(jù)庫共有文獻7012篇，應用MicrosoftExcel2019軟件對相關數(shù)據(jù)進行處理。圖1-3為1983-2019年知網(wǎng)數(shù)據(jù)庫中有關膜污染研究的發(fā)文量，由圖可看出1983-1999年間，每年總計發(fā)文量從1篇增至40篇，增長趨勢較緩，而2000-2019年間，年度發(fā)文量從59篇增至603篇，增長速度突飛猛進，膜污染問題自2000年之后引起高度重視。再依據(jù)膜種類不同進行檢索發(fā)現(xiàn)，關于膜生物反應器（MBR）有1622篇，超濾膜357篇，反滲透膜138篇，納濾膜132篇。超濾膜因裝置簡單，操

第1章緒論6圖1-41996-2019膜污染相關研究發(fā)文量（WebofScience）Figure1-4Numberofpublishedpapersreferringtomembranefoulingfrom1996to2019(WebofScience)對WebofScience收錄的14064篇文獻統(tǒng)計1996-2019年間各國家/地區(qū)發(fā)文總量，按所占百分比進行排名，結果如圖1-5所示。從圖中可看出，中國的發(fā)文量高達3775篇，占全球的26.84%，居世界第一。美國（2399，17.06%）、韓國（1122，7.98%）、澳大利亞（1065，7.57%）、法國（806，5.73%）等國緊隨其后。各國家/地區(qū)在膜污染領域的發(fā)文量可以表明該國家/地區(qū)的膜技術發(fā)展情況以及對膜污染問題的重視程度，由此可見中國對膜污染問題高度重視，在膜污染領域的獨立研究能力最強。圖1-51996-2019年發(fā)文量前15位國家Figure1-5Top15mostproductivecountriesduring1996to2019對知網(wǎng)數(shù)據(jù)庫檢索出的7102篇文獻依據(jù)膜污染研究方向進行精確檢索，圖1-6是收錄在知網(wǎng)中的文獻關于膜污染研究方向的分布圖，從圖中可看出膜污染的研究多是探究絮體粒徑（61.57%）和膜通量（13.5%），作為減輕膜污染的主要手段之一的膜清洗研
【參考文獻】

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本文編號：2889398