重力流膜生物反应器处理灰水效能及膜通量稳定特性研究

发布时间：2017-05-08 14:04

  本文关键词：重力流膜生物反应器处理灰水效能及膜通量稳定特性研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：随着水资源短缺问题日益加重,污水回用越来越受到重视。灰水是除了厕所废水以外的生活污水。与生活污水相比,灰水中含有较少的致病细菌、病原体和总氮,因此,灰水的处理与回用受到越来越广泛的关注。膜生物反应器(MBR)具有出水水质好、对微生物和细菌完全截留、占地面积小和易于模块化操作等优点,是污水及灰水处理与回用的重要工艺。然而,MBR运行过程中产生的膜污染问题,以及随之带来的增加操作复杂程度、能耗和运行费用等问题,阻碍了MBR工艺大规模推广和应用。针对MBR的这些问题,本论文开发出低压式重力流膜生物反应器工艺(GDMBR),该工艺具有运行压力低(5-20 k Pa)、无(少)需物理清洗和化学清洗等特点。论文将其应用于分散式的灰水处理与回用领域。本论文首先考察了不同溶解氧(DO)浓度下(高DO:6.0-6.5 mg/L;低DO:0.5-1.0 mg/L),GDMBR去除灰水中有机物和营养盐的效能问题。结果表明:在运行初期,高DO情况下GDMBR对COD和TOC的去除效果都略好于低DO情况。但在运行后期,两个GDMBR对有机物的去除效果基本相同,且出水水质均满足中水回用标准。对污泥混合液的表征结果表明,高DO情况下,GDMBR混合液中的溶解性有机物(SMP),包括:生物聚合物、腐殖质和腐殖质基本单元的浓度都不同程度的低于低DO情况。随着运行时间增加,无论DO浓度高低,GDMBR对生物聚合物去除效能都逐渐提高。其主要原因是GDMBR膜表面的污泥滤饼层对混合液SMP中的生物聚合物起到强化去除作用,而对腐殖质类物质和低分子量挥发酸等没有强化去除作用。高DO情况下,更有利GDMBR去除氨氮和总氮,出水水质可达中水回用标准;而低DO情况下,GDMBR去除氨氮和总氮的效果不明显。其次,论文探讨了不同DO浓度下GDMBR出水通量的稳定特性,以及相应的膜污染机理。结果表明:无论DO浓度高低,GDMBR经过40天后出水通量都可以达到稳定。高DO下,出水通量稳定在2 L/m2h左右,膜的渗透性稳定在0.4 L/m2hk Pa左右;低DO下,出水通量稳定在1 L/m2h左右,膜的渗透性稳定在0.2 L/m2hk Pa左右。低DO下,水力可逆阻力和生物滤饼层阻力显著增加;同时,水力不可逆阻力和膜孔堵塞阻力也略有增加。其原因是,在低DO下,悬浮污泥的活性降低,分解有机物的能力降低,产生大量的SMP类物质(尤其是生物聚合物),并积累在膜表面的污泥滤饼层中,导致污泥滤饼中的EPS含量(蛋白质和多糖)明显升高,增加了滤饼层阻力。与高DO相比,低DO下滤饼层中的污泥活性降低,滤饼层的厚度大以及表面粗糙度小,说明生物捕食作用可能减弱,因而无法形成非均相的松散的结构。此外,DO浓度影响EPS在滤饼层中的分布,高DO下,滤饼层中细胞、蛋白质和多糖分布相对均匀;而低DO下,污泥细胞分布在生物滤饼层外侧,而蛋白质和多糖位于生物滤饼层的内侧更接近于膜表面。因此,带来更严重的膜污染。最后,论文讨论曝气剪切力对GDMBR出水膜通量稳定性和膜污染的影响。结果表明,当膜表面存在曝气剪切力时,在运行初期可缓解膜污染,但随着运行时间的增加,剪切力的存在加重膜污染。无剪切力作用下,GDMBR出水通量可稳定在2 L/m2h;而有剪切外力作用下,出水通量不能达到稳定,到运行末期出水通量降至0.5 L/m2h。阻力分析表明,剪切力主要增加了水力可逆阻力和滤饼层阻力;同时,也增加了一部分水力不可逆阻力和膜孔阻塞阻力。因此,曝气吹脱不宜用来控制低压GDMBR的膜污染。曝气剪切力虽然降低膜表面生物滤饼层的厚度和粗糙度,但增加了滤饼层的密实程度,降低滤饼层的孔隙率,使生物滤饼层紧紧地粘附在膜表面,无法形成非均相的松散的污泥滤饼层结构,因而加重膜污染。与此同时,存在曝气剪切力下的污泥滤饼层中的EPS含量更高。此外,曝气剪切力影响EPS在滤饼层的分布,EPS中的蛋白质分布在滤饼层的内侧而接近膜表面,其次是多糖类物质,而细菌细胞分布在污泥滤饼层的外侧,这是有曝气剪切力作用时,GDMBR出水通量不能达到稳定和加重膜污染的另一重要原因。
【关键词】：重力流膜生物反应器 灰水处理 通量稳定特性 膜污染 胞外聚合物 溶解性有机物
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：X703
【目录】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-15
• 第1章 绪论15-41
• 1.1 灰水处理研究现状15-23
• 1.1.1 灰水水质与水量特点15-17
• 1.1.2 灰水处理技术17-23
• 1.2 膜生物反应器技术及原理概述23-24
• 1.3 膜污染研究进展24-27
• 1.3.1 生物污染25-26
• 1.3.2 有机物污染26-27
• 1.3.3 无机物污染27
• 1.4 膜污染过程影响因素及控制策略27-35
• 1.4.1 结合态胞外聚合物28-30
• 1.4.2 溶解性有机物30-33
• 1.4.3 曝气条件33-35
• 1.5 重力流膜过滤系统研究现状35-38
• 1.5.1 重力流膜过滤系统原理35-36
• 1.5.2 重力流膜过滤系统应用现状36-38
• 1.6 课题研究内容38-41
• 1.6.1 课题来源38
• 1.6.2 课题研究内容38-39
• 1.6.3 技术路线39-41
• 第2章 试验材料与方法41-51
• 2.1 试验装置41-43
• 2.1.1 重力流膜生物反应器装置41-42
• 2.1.2 试验用膜42-43
• 2.1.3 试验用水43
• 2.2 运行条件43-44
• 2.3 试验方法44-47
• 2.3.1 水质检测方法44-45
• 2.3.2 颗粒物粒径分布45
• 2.3.3 污泥浓度45
• 2.3.4 污泥活性45-46
• 2.3.5 污泥混合液的SMP和EPS46
• 2.3.6 液相色谱有机碳联用仪46-47
• 2.4 膜技术表征方法47-49
• 2.4.1 膜出水通量47
• 2.4.2 膜运行阻力和阻力分布47-48
• 2.4.3 光学相干断层扫描技术48
• 2.4.4 共聚焦激光扫描显微镜48-49
• 2.5 污泥滤饼层对有机物强化去除的试验49-51
• 第3章 GDMBR在不同溶解氧浓度下处理灰水的效能研究51-69
• 3.1 引言51
• 3.2 溶解氧浓度对污泥活性的影响51-53
• 3.2.1 对污泥浓度的影响52-53
• 3.2.2 对污泥活性的影响53
• 3.3 溶解氧浓度对有机物去除效能的影响及机理分析53-63
• 3.3.1 有机物总量和溶解性有机物的去除效能影响53-55
• 3.3.2 有机物去除影响的机理分析55-60
• 3.3.3 生物滤饼层强化有机物去除分析60-63
• 3.4 溶解氧浓度对营养盐的去除效能影响63-67
• 3.4.1 对氨氮的去除效能影响63-64
• 3.4.2 对总氮的去除效能影响64-66
• 3.4.3 对磷酸盐的去除效能影响66-67
• 3.5 本章小结67-69
• 第4章 溶解氧浓度对GDMBR膜通量稳定性影响的研究69-96
• 4.1 引言69-70
• 4.2 溶解氧浓度对GDMBR膜通量稳定性的影响70-75
• 4.2.1 对GDMBR膜通量的影响70-72
• 4.2.2 对GDMBR过滤阻力的影响72-75
• 4.3 溶解氧浓度对GDMBR悬浮污泥混合液的影响75-82
• 4.3.1 对悬浮污泥浓度的影响75-76
• 4.3.2 对悬浮污泥粒径分布的影响76
• 4.3.3 对悬浮污泥EPS含量的影响76-77
• 4.3.4 对悬浮污泥SMP浓度的影响77-81
• 4.3.5 对悬浮污泥生物活性的影响81-82
• 4.4 溶解氧浓度对污泥滤饼层性质的影响82-93
• 4.4.1 对污泥滤饼层形态的影响82-86
• 4.4.2 对污泥滤饼层粒径分布的影响86-87
• 4.4.3 对污泥滤饼层生物活性的影响87-88
• 4.4.4 对污泥滤饼层EPS含量的影响88-93
• 4.5 溶解氧浓度对GDMBR膜通量稳定性影响的机理分析93-95
• 4.6 本章小结95-96
• 第5章 曝气剪切力对GDMBR膜通量稳定性影响的研究96-121
• 5.1 引言96
• 5.2 曝气剪切力对GDMBR出水膜通量稳定性的影响96-100
• 5.2.1 对GDMBR膜通量的影响96-98
• 5.2.2 对GDMBR过滤阻力的影响98-100
• 5.3 曝气剪切力对GDMBR悬浮污泥混合液的影响100-107
• 5.3.1 对悬浮污泥浓度的影响100-101
• 5.3.2 对悬浮污泥粒径分布的影响101-102
• 5.3.3 对悬浮污泥EPS含量的影响102-103
• 5.3.4 对悬浮污泥SMP浓度的影响103-106
• 5.3.5 对悬浮污泥生物活性的影响106-107
• 5.4 曝气剪切力对污泥滤饼层的影响107-117
• 5.4.1 对污泥滤饼层形态的影响107-111
• 5.4.2 对污泥滤饼层粒径分布的影响111-112
• 5.4.3 对污泥滤饼层生物活性的影响112
• 5.4.4 对污泥滤饼层EPS含量的影响112-117
• 5.5 曝气剪切力对GDMBR膜通量稳定性影响的机理分析117-119
• 5.5.1 物理过程118-119
• 5.5.2 生物过程119
• 5.6 本章小结119-121
• 结论121-124
• 参考文献124-149
• 攻读博士学位期间发表的论文及其它成果149-153
• 致谢153-154
• 个人简历154

  本文关键词：重力流膜生物反应器处理灰水效能及膜通量稳定特性研究，由笔耕文化传播整理发布。

，

本文编号：351246