污泥停留时间对MBR处理污水效果影响与膜污染因素的研究

论文摘要

近年来,膜生物反应器（MBR）作为一种将膜分离技术与生物处理技术相结合的新型污水处理工艺得到了快速地发展。由于膜反应器实现了反应器水力停留时间和污泥龄的完全分离,反应器能保持很长的污泥停留时间（SRT）,反应器中能保持高的污泥浓度,保证了良好的出水水质。实际运行中发现,随着SRT的延长,胞外聚合物（EPS）和溶解性微生物产物（SMP）含量增加,污泥浓度增高导致污泥粘度等增加,加重了膜污染。膜污染会缩短膜组件的使用寿命,降低膜的处理能力,从而使MBR的处理费用增加。膜污染问题成为MBR工艺的“瓶颈”。因此考察膜生物反应器在短程SRT下的污水处理效果和膜污染的情况对减轻膜污染和指导实际工程有着重要的意义。试验采用自行设计的MBR,有效容积为18L,试验用水为人工配制。在SRT为20天、10天、5天的情况下,COD的去除效率分别为97.3%、96.5%、95.1%,出水COD浓度分别约为12.26mg·L-1、15.90mg·L-1、22.17mg·L-1,均满足污水排放一级A标准（GB18918-2002）。NH3-N的去除效率分别为90.6%、82.8%、58.8%,出水NH3-N浓度分别约为3.26mg·L-1、4.64mg·L-1、14.42mg·L-1（>8mg·L-1）。当SRT为5天时,出水NH3-N浓度不能满足污水排放一级A标准（GB18918-2002）。随着SRT的减少,污泥混合液中MLSS、EPS、SMP、污泥混合液EPS中和膜上蛋白质与多糖的比例（p/c）、污泥混合液粘度随之下降,微生物的好氧速率（sOUR）增加,微生物群落的活性逐渐增加。说明SRT影响着污泥混合液的物理、化学和生物特性。实验表明随着SRT的减少,TMP的上升速率随之下降,膜污染得到缓解。相对于SRT为20d时,SRT为10天和5天时TMP的增加都更为缓慢,在各自的试验阶段（45天）里,没有明显的膜污染产生。结果证明,SRT是MBR中污泥混合液性质变化以及膜污染程度的重要影响原因。可以通过适当的降低SRT来减轻MBR的膜污染。综合考虑出水情况和膜污染情况可以看出SRT为10天时,出水水质达标,而且膜污染情况有明显改善。最后,试验对污泥混合液对膜污染的影响进行了研究。结果表明膜上EPS以及其中的蛋白质、p/c对膜污染的贡献最大,是考察的多个因素中对膜污染影响最大的因素。膜对蛋白质的选择性吸附,导致高比例的蛋白质会加剧膜污染情况。膜上EPS中的多糖对膜污染的贡献也比较大。污泥混合液中p/c和粘度与TMP之间存在很好的相关性,是对膜污染影响的较大因素。这一结果表明:污泥混合液对膜污染有较大影响。目前,污泥停留时间（SRT）对MBR的影响还没有理论性的研究结论,本课题以国内外关于SRT对污水效能与膜污染影响的研究成果为基础,重点研究了短程SRT对膜生物反应器出水水质、污泥混合液特性以及膜污染的影响,从而为优化膜生物反应器的工作性能提供一定的理论依据,对实际的工程运行有一定的参考价值和现实意义。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景
• 1.2 膜生物反应器
• 1.2.1 膜生物反应器工艺特点
• 1.2.2 MBR的分类与特点
• 1.2.3 国外MBR工艺的研究进展
• 1.2.4 国内MBR工艺的研究进展
• 1.3 MBR中的膜污染问题
• 1.3.1 MBR中的膜污染现象
• 1.3.2 膜污染的影响因素与控制方法
• 1.3.3 SRT对膜污染影响的研究进展
• 1.3.4 膜清洗方法
• 1.4 本课题研究目的、意义和研究内容
• 1.4.1 课题来源
• 1.4.2 研究的目的与意义
• 1.4.3 研究内容
• 第2章 试验装置和试验方法
• 2.1 试验装置与试验用水
• 2.1.1 试验装置
• 2.1.2 试验用水
• 2.2 试验方法
• 2.2.1 常规分析项目和方法
• 2.2.2 混合液中EPS的测定
• 2.2.3 混合液中SMP的测定
• 2.2.4 膜表面上蛋白质/多糖值的测定
• 2.2.5 蛋白质与多糖的测定
• 2.2.6 膜表面微观状态的分析
• 2.2.7 其它相关参数的测定与分析
• 2.3 膜生物反应器启动和实验条件
• 2.3.1 膜生物反应器的启动
• 2.3.2 膜清洗后重新启动阶段
• 2.3.3 实验条件
• 第3章 SRT对MBR效能及膜污染的影响
• 3.1 SRT对MBR处理效果影响
• 3.1.1 SRT对有机物去除效果的影响
• 3.1.2 SRT对NH3-N去除效果的影响
• 3.2 SRT对MBR中污泥混合液的影响
• 3.2.1 SRT对MLSS含量的影响
• 3.2.2 SRT对混合液中EPS的影响
• 3.2.3 SRT对SMP的影响
• 3.2.4 SRT对粘度的影响
• 3.2.5 SRT对好氧速率（sOUR）的影响
• 3.3 SRT对MBR中膜污染的影响
• 3.3.1 SRT对过膜压差TMP的影响
• 3.3.2 SRT对膜表面微观形态的影响
• 3.3.3 SRT对膜表面EPS的影响
• 3.4 本章小结
• 第4章 MBR膜污染影响因素的研究
• 4.1 膜污染的机理的分析
• 4.1.1 膜堵塞与滤饼层污染
• 4.1.2 浓差极化污染
• 4.1.3 膜的有机物污染
• 4.2 膜污染影响因素的分析
• 4.2.1 TMP随时间的变化
• 4.2.2 微生物对膜污染的影响
• 4.2.3 污泥浓度对膜污染的影响
• 4.2.4 混合液中EPS对膜污染的影响
• 4.2.5 SMP对膜污染的影响
• 4.2.6 膜上EPS对膜污染的影响
• 4.2.7 粘度对膜污染的影响
• 4.2.8 污泥混合液与膜污染
• 4.3 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读学位期间发表的学术论文及其他成果
• 致谢