超声预处理—膜生物反应器协同剩余污泥减量研究

论文摘要

从国内外污泥处理与处置的现状看,现有的污泥处理与处置方法在环境和经济方面均存在问题,污泥减量技术的研究和应用在污水生化处理领域具有重要意义。通过强化隐性生长实现污泥减量的各种污泥破解技术中,超声破解技术具有破解效率高、不易造成二次污染等优点。本文主要进行了单独超声破解污泥的试验研究以及超声与膜生物反应器协同进行剩余污泥减量的效能研究,并对工艺的最优运行参数以及能耗情况进行了分析。在单独超声破解污泥的实验研究中,超声声能密度与作用时间对污泥絮体的形状以及污泥破解度有很大影响,随着声能密度和破解时间的增加,污泥絮体破碎程度以及破解度也在逐渐的增大,在声能密度0.3～1.5W/mL范围内,经过5～30min的超声处理,污泥的破解度由6.36%升高至37.82%;超声破解作用破坏了污泥颗粒上细菌的细胞壁,使胞内物质由固相转入液相,从而引起了总悬浮固体量的减少,在声能密度1.5W/mL,破解时间30min时,TSS和VSS的减少率分别达到15.89%和17.45%;污泥上清液中的TOC、SCOD、NH3-N增加值随着超声声能密度以及作用时间的增加而显著增大,而上清液中的pH值随着超声声能密度以及作用时间的增加呈下降趋势,但是下降幅度并不是很大。在超声与膜生物反应器协同工艺进行剩余污泥减量的试验中,污泥破解度、加入的污泥浓度以及生物反应器的作用时间均是影响后续生物处理工艺中污泥减量效果的重要因素。通过实验研究,得出了该工艺的最优运行参数:超声预处理阶段,选用超声声能密度为1.2W/mL,破解30min（污泥破解度为30%左右）;后续生物处理阶段:膜生物反应器内的污泥浓度在3000mg/L左右,溶解氧浓度控制在5～6mg/L之间,向反应器内加入破解污泥1100mg/L（由膜生物反应器的有效容积换算得到）,反应周期为6h。该工艺系统在稳定运行后,出水的COD小于60mg/L、NH3-N小于4.5 mg/L、浊度小于3NTU,出水水质满足污水排放标准。在连续运行一个月后,膜通量仅为初始膜通量的31.78%,膜污染现象比较严重,需要及时对膜进行清洗以恢复其通量,延长膜的使用寿命。本工艺能耗主要包括超声设备破解剩余污泥耗能以及后续生物系统中鼓风机所产生的能耗,不同的污泥减量效果对应着不同的能量消耗。在处理1.1L（浓度20000mg/L）剩余污泥时,当TSS减少率为5%时,对应的能耗为0.43 kWh,而当TSS减少率达到25%时,工艺所消耗的能量则提高至1.04kWh。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景
• 1.2 国内外剩余污泥处理处置现状
• 1.2.1 国外剩余污泥处理处置现状
• 1.2.2 国内剩余污泥处理处置现状
• 1.3 剩余污泥减量化
• 1.3.1 污泥减量化的研究进展
• 1.3.2 污泥减量的理论基础
• 1.3.3 污泥减量化技术现状
• 1.4 超声破解技术在污泥减量中的应用研究
• 1.4.1 超声破解污泥的机理
• 1.4.2 超声破解对污泥性质的影响
• 1.5 膜生物反应器在污泥减量中的研究
• 1.6 课题来源及主要研究内容
• 第2章 试验的装置与方法
• 2.1 试验材料
• 2.1.1 污泥来源
• 2.1.2 膜组件的选择
• 2.2 试验装置
• 2.2.1 超声波预处理装置
• 2.2.2 膜生物反应器试验装置
• 2.3 试验方法
• 2.3.1 探头式超声发生器破解污泥
• 2.3.2 膜生物反应器的试验方法
• 2.4 分析项目和测定方法
• 第3章 单独超声破解污泥试验研究
• 3.1 污泥絮体形状的变化
• 3.2 污泥破解度的变化
• 3.3 污泥破解前后上清液中各种参数的变化
• 3.3.1 污泥上清液TOC 的变化
• 3.3.2 污泥上清液SCOD 的变化
• 3.3.3 污泥上清液NH3-N 的变化
• 3.3.4 污泥上清液pH 的变化
• 3.4 污泥破解前后固体物质含量的变化
• 3.4.1 污泥破解前后TSS 的变化
• 3.4.2 污泥破解前后VSS 的变化
• 3.5 比能耗（SEI）与SCOD 增加值、固体变化之间的关系
• 3.5.1 比能耗（SEI）与SCOD 增加值之间的关系
• 3.5.2 比能耗（SEI）与固体变化之间的关系
• 3.6 本章小结
• 第4章 超声与膜生物反应器协同污泥减量效能研究
• 4.1 膜生物反应器污泥减量的效果
• 4.1.1 加入不同污泥浓度下污泥减量效果
• 4.1.2 不同反应时间下污泥减量效果
• 4.2 膜生物反应器出水情况研究
• 4.2.1 出水COD
• 4.2.2 出水NH3-N
• 4.2.3 出水浊度
• 4.3 膜生物反应器内微生物的特性
• 4.3.1 污泥指数
• 4.3.2 MLVSS/MLSS 比值
• 4.3.3 微生物活性
• 4.4 膜生物反应器中生物相观察
• 4.4.1 膜生物反应器中微生物相的组成
• 4.4.2 膜生物反应器微生物相的特点
• 4.5 膜污染及膜的清洗
• 4.5.1 膜污染的机理及膜清洗的方法
• 4.5.2 膜通量的变化
• 4.5.3 膜通量的恢复
• 4.6 本章小结
• 第5章 工艺运行方式及能耗分析
• 5.1 工艺运行方式
• 5.2 污泥减量效果与能耗关系研究
• 5.3 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读学位期间发表的学术论文
• 致谢