膜蒸馏生物反应器膜污染行为及关键影响因素解析

发布时间：2020-03-24 12:04

【摘要】：膜蒸馏生物反应器(Membrane Distillation Bioreactor,MDBR)是一种可以实现对污水进行处理并回用的新型膜生物反应器,以生物技术代替污水处理生化阶段,膜蒸馏工艺代替深度处理阶段,进而达到净化水质的目的。MDBR出水水质好、工艺简单、占地面积小、剩余污泥量少。由于在温差驱动特定条件下运行,因此与传统膜生物反应器(MBR)相比其微生物代谢规律及膜污染行为存在特殊性。本课题采用模拟废水,研究了MDBR连续运行过程中污染物去除,污泥混合液性质,微生物群落的变化规律以及它们与膜污染的关系,为今后MDBR的工艺优化和运行提供参考。主要结论如下:(1)采用膜蒸馏生物反应器处理模拟废水,在不同温度条件下(30℃、40℃、50℃)COD和氨氮去除率分别可以达到97%和93%,出水水质澄清,电导率可以降至15μs/cm以下。膜蒸馏生物反应器膜污染较严重,运行20天后膜通量分别下降50%、65%和80%。膜污染阻力分析发现膜表面会逐渐形成稳定的污染层,温度越高污染层越厚,这可能与微生物代谢活动随温度变化有关。此外膜污染层的主要成分是蛋白质和多糖,这些物质组成与反应器中溶解性微生物代谢产物高度同源。(2)温度保持40℃,不同HRT条件下(40h、48h、60h)长期运行膜蒸馏生物反应器,发现膜蒸馏生物反应器出水COD和NH_4~+-N的去除率均可达到99%和97%以上,电导率降至10μs/cm以下;比较膜污染情况,不同HRT运行10天时膜通量分别下降58%、46%和56%,HRT 40h膜污染相对较轻,这可能与HRT较短有机负荷变高导致污泥上清液COD升高,HRT较长微生物内源呼吸作用增加释放更多有机污染物有关。膜污染层化学分析表明污染物中的蛋白质主要来源于溶解性微生物代谢产物,多糖和类腐殖酸物质主要来源于溶解性微生物代谢产物和胞外聚合物。(3)分析了不同温度和HRT条件下反应器内和膜污染层中微生物群落结构,并研究了微生物群落结构和膜污染的关系。研究表明,温度对微生物种类影响较大,与30℃和40℃相比,50℃时微生物群落结构发生了明显变化,此外膜污染层中微生物种类明显高于反应器中微生物种类,这可能与膜表面蛋白质和多糖含量较高有关;此外,随着温度升高,Proteobacteria(变形菌门)的α和β变形菌逐渐增多,说明变形菌门能够加速膜污染。HRT不同时反应器和膜污染层中微生物群落也有较大差异,40h和48h的反应器和膜污染层中微生物数量差别较小,60h的微生物数量差别较大,此外随着HRT增加,Proteobacteria(变形菌门)的α和β变形菌越容易变为优势菌种,使得膜污染越严重。
【图文】：

实验装置图,快速测定仪,重量法,坩埚

图 2.1 实验装置图主要分析及表征方法化学分析方法实验期间测定了废水的 pH、COD、NH4+-N、MLSS，污泥沉降比（SV），指数（SVI），以及污染物浓度。表 2.6 常规分析方法及项目项目方法仪器COD 重铬酸钾法 COD 快速测定仪NH4+-N 纳氏试剂法 NH4+-N 快速测定仪pH PHS-3C 酸度计 pH 计MLSS 重量法坩埚、烘箱MLVSS 重量法马弗炉、坩埚SV 沉淀法量筒

污染物去除,上清液,去除率,硝化细菌

图 3.1 温度对污染物去除的影响度对 MDBR 中 COD 去除的影响，b 温度对 MDBR 中 NH4+-N 去对 MDBR 去除 NH4+-N 的影响如图 3.1b 所示，模拟废水g/l，，三种不同的温度对 MDBR 去除 NH4+-N 均达到一个一个较高水平，30℃上清液 NH4+-N 为 3±0.3mg/l，膜蒸/l，去除率达到 98%左右，40℃上清液 NH4+-N 为 3.2±0.为 1.5±0.3mg/l，去除率也达到 97%左右，50℃上清液 NH4+H4+-N 为 3±0.5mg/l，去除率达到 93%左右，最终发现生比较大，膜蒸馏出水差别较小，这是由于一方面在弱碱一方面 30℃和 40℃硝化细菌适宜生长，硝化细菌的活性降低，部分细菌死亡裂解，从而让胞外聚合物和溶解性增加氨氮的浓度[59]。性污泥性质的影响
【学位授予单位】：山西大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：X703

【参考文献】