浸没式陶瓷平板膜生物反应器处理煤化工废水效能研究

发布时间：2020-08-26 21:16

【摘要】：现代煤化工是煤炭清洁化,精细化利用的重要方式,其有利于缓解我国资源对外依赖程度,维护我国能源安全,但是水是制约现代煤化工发展的重要因素。煤化工废水具有水量大,水质复杂的特点,含有酚类,多环芳烃,长链烷烃,杂环类等有机物,对活性污泥存在一定的抑制作用。实验使用陶瓷平板膜生物反应器处理煤化工废水,结合MBR高污泥浓度以及陶瓷平板膜高通量、高强度的特点,考察反应器对煤化工废水的处理效果、膜污染情况及相关影响因素。实验室小试结果表明在MLSS≈7500 mg/L,HRT=24 h时,出水COD小于31.40 mg/L,氨氮小于3.03 mg/L,总酚小于3.76 mg/L,浊度小于0.4 NTU,满足污水综合排放一级标准(GB8978-2002),其中生物降解起了主要作用,微滤膜起到了强化作用。实验中测得HRT为21 h,DO在3.2~4.0 mg/L,pH在7.1~7.5时,污染物的去除效果较好,由于污泥有机负荷较低,MLSS对处理效果的影响不明显。活性污泥是MBR的主体部分,高通量测序表明混合液和膜片上的微生物多为好氧细菌,有机物降解菌和硝化细菌含量较高。在不同的生长环境下,优势菌群发生了变化,混合液中细菌总数更多,而膜片上的细菌具有更高的生物多样性。膜组件的污染和更换是限制MBR大范围使用的重要因素。通量为5 L·m~(-2)·h~(-1)条件下,反冲洗可以有效减缓膜污染进程,TMP在66 d后到达40 kPa。运行结束后,滤饼层阻力和浓差极化阻力分别占总阻力的50.08%和48.87%,固有阻力和内部阻力只占小部分。膜污染的过程是复杂的,膜的性能、进水的性质和膜所处的水动力环境是决定膜污染的基本因素。通过接触角,清水通量的对比显示出陶瓷膜具有较高的亲水性,表明其在有机废水处理中有一定的优越性。从运行初期到后期,EPS和SMP的浓度逐渐减小。MLSS在5000~10000 mg/L时,TMP的增长速率变化不明显,MLSS大于12000 mg/L时,增长速率快速增加。曝气量为200 mL/min时为此条件下的临界通量,抽停比为7:3时污染速率较慢。通过SEM观察,发现NaClO和NaOH作为化学清洗剂时效果较好,从废水水质,使用的经济性和安全性考虑,NaClO+柠檬酸的组合清洗方式最为合适。在陶瓷平板膜生物反应器中试研究中,HRT=3 h时COD的去除率达到37.42%,氨氮浓度小于4.46 mg/L,浊度稳定在1 NTU以下,通量为30 L·m~(-2)·h~(-1)下化学清洗周期超过5 d,达到中试运行目标。
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：X784
【图文】：

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图 2-5 实验装置图图 2-6 实验装置示意图缺氧+好氧工艺，如图 2-5，2-6 所示，小试装置分分别为 1.856L 和 3.712L。缺氧池内可进行反硝化水的可生化性，DO 控制在 1 mg/L 以下；好氧池化，DO 控制在 3~5 mg/L 之间。有搅拌器，防止活性污泥沉降，进水通过蠕动泵进

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- 15 -图 2-6 实验装置示意图缺氧+好氧工艺，如图 2-5，2-6 所示，小试装置分分别为 1.856L 和 3.712L。缺氧池内可进行反硝化水的可生化性，DO 控制在 1 mg/L 以下；好氧池化，DO 控制在 3~5 mg/L 之间。有搅拌器，防止活性污泥沉降，进水通过蠕动泵口进入好氧池，陶瓷平板膜固定于好氧池中间，出瓷膜表面汇集到集水竖管，再经集水横管排放，通抽吸，好氧池混合液经回流泵回流到缺氧池。好氧

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哈尔滨工业大学工程硕士学位论文供氧气和膜面冲刷，相较于曝气头，曝气更为均匀，混合更加充分。空气通泵鼓入，通过气体流量计控制空气量，固定于膜片和抽吸泵之间的数显式真表显示跨膜压差（Transmembrane pressure，TMP）。膜片的清洗采用三种方式：一是在抽水间歇时，采用空曝气对膜片表面进，减少污染物质在膜片上的粘附；二是每隔一段时间对膜片进行水力反冲洗着在膜片表面的凝胶层和滤饼层脱落；三是在 TMP 达到 40 kPa 时，将膜，在化学药剂中浸泡，去除膜面和膜孔中的污染物质。陶瓷膜是以 Al2O3、ZrO2、TiO2和 SiO2等无机材料为原料烧结而成的以瓷为载体、微孔陶瓷膜为过滤层的陶瓷质过滤分离材料[60]。实验所用陶瓷海巴安水务有限公司提供（如图 2-7 所示），出水方式如图 2-8 所示。

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