混凝强化重力流MBR除污染效能及膜污染机制研究

发布时间：2019-03-31 11:52

【摘要】：在当今社会快速发展时期,分散式污水的随意排放,造成严重的水环境污染,制约着经济和生态的可持续发展。分散式污水处理是解决村镇污水的有效方法,是提高水资源利用率的关键技术。重力流膜生物反应器(Gravity-driven membrane bioreactor,GDMBR)因其具有低能耗、低维护的特点,在分散式污水处理与回用领域极具潜力。不过GDMBR长期运行过程中稳定通量较低,极大地限制了其大规模推广应用。混凝作为水处理领域常用的工艺,具有除污效能好、操作简单、适用性强等优点,且可有效控制膜生物反应器(Membrane bioreactor,MBR)的膜污染。然而在无(低)剪切力的GDMBR中混凝是否也能有效地控制膜污染、提高膜通量,目前国内外尚无关于这方面的研究,故本论文针对性地开展了混凝调控控制GDMBR膜污染,强化其产水及除污染效能研究。根据混凝方式不同,先考察了原位混凝和预混凝对GDMBR污水处理效能的影响。结果表明:原位混凝可以降低污泥混合液中溶解性有机物的含量,提高污泥混合液的碳源含量,加快脱氮菌群的生长,但后期铝盐积累会对微生物的生长造成一定的影响,削弱脱氮效果。预混凝出水中残存的少量铝盐对GDMBR去除有机物有一定的促进作用。同时,预混凝降低了进水中有机物含量,延缓脱氮菌群生长。此外,两种反应器的出水TP和余铝均达到高标准排放。其次,论文探讨了原位混凝GDMBR出水通量的稳定特性及其膜污染特性。结果表明:原位投加聚合氯化铝(Polyaluminium chloride,PACl)可以显著提升GDMBR的膜渗透效能,然而膜通量随运行时间逐渐下降,通量无法稳定。一方面PACl可形成大颗粒絮体进而沉积在表面,使生物滤饼层的孔隙率增加,另一方面PACl也可阻止SMP和EPS粘附在膜表面,缓解这些物质在膜表面聚集和堵塞膜孔的影响。然而,长期运行过程中,原位混凝会导致铝盐的积累,减弱生物滤饼层的生物作用,生物滤饼层的ATP含量是空白组的五分之一。持续的原位混凝过程会影响混合液中生物的增长,进而影响生物滤饼层中的生物作用,这是膜通量无法维持稳定的首要原因。此外,本文进一步开展了预混凝对GDMBR出水通量的通量稳定特性及其膜污染机制。结果表明:预混凝也可显著提升GDMBR的稳定通量,且长期运行过程中通量能够维持稳定。预混凝可降低GDMBR进水中有机物含量(12%),进水中的有机物减少是GDMBR膜通量提高的原因。预混凝GDMBR中的残余絮体颗粒会吸附混合液及滤饼层中的EPS,同时构筑膜表面生物滤饼层的无机颗粒骨架,增加滤饼层的多孔性,进而改善膜表面生物滤饼层的结构和组成,提高膜通量。此外,预混凝GDMBR生物滤饼层的ATP含量与空白组相当,这表明预混凝GDMBR中逐渐形成了非均相的、多孔的生物滤饼层结构。因此,预混凝GDMBR高稳定通量的原因在于生物滤饼层具有高ATP活性,低EPS含量的特性。综上可知,原位混凝和预混凝均可显著缓解GDMBR膜污染,提高通量,强化污染物的去除效能。然而实际应用中,应根据现场条件(技术、人员、成本及土地利用等),灵活选择。当用地紧张时、技术条件好时,可以使用原位混凝GDMBR,但需要定期物理清洗以减缓膜通量下降,清洗后通量可恢复90%以上。当占地面积不受限制、技术条件差时,优先推广使用预混凝GDMBR,维护更简单。
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【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】：2017
【分类号】：X703

【参考文献】