自生动态膜生物反应器中膜形成与污染机理及调控策略

论文摘要

自生动态膜生物反应器（Self-forming Dynamic Membrane Bioreactor, SFDMBR）使用廉价粗孔微网材料（如无纺布）替代常规微滤／超滤膜作为过滤组件,利用泥水分离过程初期活性污泥在微网材料上自然沉积形成自生动态膜（Self-forming Dynamic Membrane, SFDM）,取得与常规微滤／超滤膜近似的分离效果。SFDM的渗透性能表现和结构成分的发展变化明显不同于MBR中的固定膜,且更为复杂。因此,本研究通过对SFDM的渗透性,结构成分变的研究探讨SFDM形成与污染的机理。研究发现SFDM总体上对COD具有较强截留能力,对小分子的NH4+-N也有一定的去除效果。根据出水浊度的变化可以判断SFDM可以在1h左右的时间内快速形成,达到良好的SS截留能力。SFDM在过滤初期通量下降迅速,直到5h后出现拐点通量变化缓慢。对应的膜阻力变化会在过滤最初5h出现陡增后变化平缓,直至动态平衡打破再次迅速增高。前一个阻力的快速增加主要是因为污泥的大量附着,而后一个则是SFDM在长期的运行中因小颗粒添堵,底部凝胶层的形成以及污泥压缩而引起的SFDM孔隙度减小,污泥比阻增加所致。通过FTIR, EEM以及EPS测量可以发现EPS是SFDM的主要污染物质,其中蛋白质优于多糖大量的从混合液中沉降积累,而多糖除了来源于混合液外,SFDM底部厌氧的微生物也会释放并与周围微生物胶连形成凝胶层,增加过膜阻力。在透彻了解SFDM形成及污染机理的基础上,通过研究三台不同的曝气强度（200,500和800L/h）下的SFDMBR的污染情况,分析曝气强度对动态膜形成及污染的影响机制。研究发现,不同的曝气强度可以改变剪切力强度和溶解氧的浓度,对SFDM的形成与污染过程分别起着不同的影响作用。结果表明,高或低的曝气强度均对膜的透过性均有不利影响。低曝气强度不能有效去除膜表面附着物,沉积的颗粒物粒径大,生物量高,成膜时间短,虽然形成的SFDM孔隙度大,污泥比阻小,但阻力上升迅速也使膜污染加重。高曝气强度下沉积的颗粒物粒径小,生物量低,通量下降速度较慢成膜时间长,形成的SFDM孔隙度小,污泥比阻大。此外,高曝气强度导致污泥混合液中出现严重的污泥絮体解体,粒径减小并促进微生物絮体释放胶体和溶解性物质。当曝气强度升高到800L/h时,胞外聚合物含量增大并作为主要污染物,污泥比阻增大,膜污染加重。EPS（蛋白质、多糖）为膜污染的主要有机成分。

论文目录

• 中文摘要
• ABSTRACT
• 第1章 文献综述
• 1.1 引言
• 1.2 膜生物反应器
• 1.2.1 概述
• 1.2.2 研究现状
• 1.2.3 减缓膜污染的方法
• 1.3 动态膜
• 1.3.1 动态膜的概念和分类
• 1.3.2 自生动态膜的成膜和污染
• 1.4 自生动态膜生物反应器
• 1.4.1 研究现状
• 1.4.2 特点及存在的问题
• 1.5 研究目的和内容
• 1.5.1 研究目的
• 1.5.2 研究内容
• 第2章 自生动态膜的形成发展状况研究
• 2.1 实验装置及方法
• 2.1.1 试验装置
• 2.1.2 运行条件
• 2.1.3 监测项目及测量方法
• 2.2 自生动态膜反应器的处理效果
• 2.2.1 对COD的去除效果
• 4⁺-N的去除效果'>2.2.2 对NH₄⁺-N的去除效果
• 2.3 自生动态膜反应器的稳定性
• 2.4 自生动态膜结构分析
• 2.4.1 自生动态膜膜阻力分析
• 2.4.2 自生动态膜污泥量分析
• 2.4.3 自生动态膜污泥比阻分析
• 2.4.4 自生动态膜附着颗粒粒径分布分析
• 2.4.5 自生动态膜孔隙度分析
• 2.4.6 扫描电镜分析
• 2.5 自生动态膜成分分析
• 2.5.1 FTIR分析
• 2.5.2 EPS分析
• 2.5.3 EEM分析
• 2.6 机理分析
• 2.7 小结
• 第3章 曝气强度对自生动态膜的形成与污染的影响
• 3.1 实验装置及方法
• 3.2 曝气强度自生动态膜反应器的处理效果的影响
• 3.2.1 曝气强度对COD的去除效果的影响
• 4⁺-N的去除效果影响'>3.2.2 曝气强度对NH₄⁺-N的去除效果影响
• 3.2.3 曝气强度对浊度的去除效果影响
• 3.3 曝气强度对自生动态膜结构的影响
• 3.3.1 自生动态膜阻力分析
• 3.3.2 自生动态膜污泥量分析
• 3.3.3 自生动态膜污泥比阻分析
• 3.3.4 自生动态膜附着颗粒粒径分布分析
• 3.3.5 自生动态膜孔隙度分析
• 3.3.6 扫描电镜分析
• 3.4 曝气强度对自生动态膜成分的影响
• 3.4.1 EPS分析
• 3.4.2 EEM分析
• 3.5 小结
• 第4章 结论及建议
• 4.1 结论
• 4.2 建议
• 参考文献
• 致谢
• 攻读学位期间发表论文情况
• 学位论文评阅及答辩情况表