基于高污泥浓度的一体式微滤-正渗透膜生物反应器的构建及其运行性能研究

发布时间：2020-04-27 22:05

【摘要】：由于具有出水水质好和膜污染趋势小等突出优势,正渗透膜(FO)-生物反应器(OMBR)已经成为污水处理领域的研究热点。然而,OMBR在运行过程中存在着高盐度的问题。为了减少反应器中的盐度积累,OMBR往往采用较低的污泥停留时间(SRT),通过加大污泥排放的方式缓解盐度积累。然而,过低的SRT导致OMBR中的污泥浓度较低,大大降低了反应器中的生物量,从而导致微生物去除有机物,氨氮和微量有机物(TrOCs)效率的下降。此外,OMBR的汲取液如何回收以及循环利用汲取液时对FO膜产生的影响仍然不清晰,亟需进一步的研究。基于此,将微滤(MF)膜与OMBR进行耦合开发新型的OMBR(MFO-MBR),借助MF膜允许溶解性盐透过的特性控制盐度积累,从而解放SRT控制盐度积累的任务,最终通过延长SRT实现OMBR的高污泥浓度(MLSS)环境。本文深入探讨了高污泥浓度下MFO-MBR对污染物的去除性能、TrOCs的去除机理、盐度积累情况以及FO膜污染。此外,为了进一步实现汲取液的循环使用,将反渗透(RO)与OMBR进行耦合,探索汲取液回收的最佳条件,并分析了汲取液回收对FO膜运行的影响。主要研究内容和结果如下:(1)构建浸没式MFO-MBR系统,在MF膜作用下,SRT实现了剩余污泥排放和盐度控制的分离。在SRT为30 d时,MFO-MBR获得了8.09±1.02 g/L的高污泥浓度,并成功控制了反应器的低盐度环境(2.5-4.0 mS/cm),这表明MF膜的引入具有实现高污泥浓度和低盐度环境双重作用。高污泥浓度提升了OMBR中的生物量,进而强化了总有机碳(TOC)和NH_4~+-N的生物去除率,降低了污泥上清液中TOC和NH_4~+-N的含量。与低污泥浓度下运行的OMBR相比,高污泥浓度并没有加重正渗透(FO)膜污染,这主要是由于污泥浓度的升高反而降低了多糖和蛋白质等胞外聚合物(EPS)的浓度。进一步分析FO膜污染发现,高污泥浓度下FO膜污染主要包括无机污染和生物污染,且以多糖和微生物等生物污染为主。(2)高污泥浓度增加了OMBR内的生物量,提升了低生物降解性和低分子量类TrOCs的去除率,比如Trimethoprim。在FO膜的高效截留和微生物的新陈代谢的共同作用下,MFO-MBR对TrOCs的总体去除率达到94%以上。此外,投加TrOCs之后OMBR对TOC和氨氮等污染物的去除率以及微生物活性未受影响。(3)采用RO可以有效回收OMBR中的NaCl汲取液,实现汲取液的循环利用。由于RO膜对硝酸盐和磷酸盐的截留效果优于FO膜,导致汲取液中发生了总氮和磷酸盐的累积现象,最终经过45d的运行后汲取液中的总氮和磷酸盐分别稳定在67.97±0.95 mg/L和2.9±0.07 mg/L。汲取液中污染物的积累引起了FO膜支撑层的污染。通过对膜表面污染物分析,表明FO活性层中污染物以生物污染和无机污染为主,且β-D-吡喃多糖和总细胞对活性层污染起重要作用,而支撑层中主要以无机污染物和总细胞为主。
【图文】：

流程图,流程图,实际生活,主要成分

图 2-1 MFO-MBR 流程图Fig.2-1 Flow chart of the MFO-MBR system中采用的进水均为根据实际生活污水主要成分进而

放大倍数,照片,能谱图

Energy-keV图 2-4 (a)、(b)和(c)、(d)分别为 FO 污染膜的照片、不同放大倍数下的 SEM 图，EDX 能谱图Fig.2-4 Surface images of the fouled FO membrane: (a) optical image (b) and (c) SEM images atdifferent magnification; (d)EDX spectrum
【学位授予单位】：江南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：X703

【参考文献】