萃取膜生物反应器去除地下水硝酸盐研究

论文摘要

地下水浊度低、水量丰富、容易获取,在世界上许多地方,地下水都是一个重要的饮用水水源。在我国,特别是我国农村地区更是直接将其作为饮用水。然而,目前地下水水质普遍受到了不同程度的硝酸盐污染,而且近几年地下水中硝酸盐的浓度呈上升趋势。如何经济有效的去除地下水中的硝酸盐,是非常有意义的课题研究。近十几年来有许多学者对此进行了认真的研究,提出了许多有价值的地下水硝酸盐去除方法,如化学催化还原、生物转盘、连续流隔离膜生物反应器和管式膜生物反应器等。然而由于问题的复杂性,所提出的处理方法要么处理水中含有有害的副产物,要么硝酸盐去除不具选择性,要么在处理过程中处理水受到生物体的污染,要么其膜比表面积小、容积负荷小,难以应用于实际。本课题在综合分析现有地下水硝酸盐去除技术的基础上,从消除产生有害副产物、选择性去除硝酸盐、产品水与反硝化区分离、提高硝酸盐扩散速率、增大膜比表面积等方面考虑,采用一种新型工艺—中空纤维膜萃取膜生物反应器用于去除地下水硝酸盐,克服了中空纤维膜内的阻塞问题,并对该反应器的反硝化性能进行了较深入的试验研究。本研究以乙醇为碳源,主要进行了碳氮比对萃取膜生物反应器反硝化效果的影响试验、进水硝态氮负荷在不同进水硝态氮浓度时对萃取膜生物反应器反硝化效果的影响试验以及乙醇投加浓度对萃取膜生物反应器反硝化效果的影响试验等。主要结论如下。(1)本试验中,硝态氮去除速率达到了6.32g/(m2.d),膜组件出水硝态氮浓度满足饮用水卫生标准(≤10mg/L)的硝态氮去除速率达到了3.9g/(m2.d)。有效防止了中空纤维膜因微生物繁殖而引起的阻塞问题。(2)碳氮比对萃取膜生物反应器膜组件出水的硝态氮浓度有明显影响。提高碳氮比,可相应提高反应器内的乙醇浓度,增加硝态氮反硝化速率,降低硝态氮浓度。但碳源不足时可引起亚硝态氮积累。(3)萃取膜生物反应器的生物阻隔作用受反应器内的乙醇浓度及膜组件出

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 目录
• 0 前言
• 1 地下水硝酸盐污染现状
• 1.1 地下水中氮的循环及含氮物质的转化
• 1.2 地下水硝酸盐污染的来源
• 1.2.1 过量施用氮肥
• 1.2.2 污水排放及灌溉
• 1.2.3 生态系统破坏
• 1.3 我国地下水硝酸盐氮污染现状
• 1.4 地下水硝酸盐氮污染的危害
• 1.5 饮用水水质硝态氮、亚硝态氮指标
• 2 地下水硝酸盐污染处理技术现状
• 2.1 地下水硝酸盐污染物化处理工艺
• 2.1.1 蒸馏法
• 2.1.2 离子交换法
• 2.1.3 反渗透法（RO）
• 2.1.4 化学还原法
• 2.1.5 化学催化还原法
• 2.1.6 电解法
• 2.2 生物反硝化脱氮法
• 2.2.1 生物反硝化脱氮原理
• 2.2.2 生物反硝化脱氮的影响因素
• 2.2.3 原位生物反硝化脱氮技术
• 2.2.4 生物反应器反硝化脱氮技术
• 3 课题的提出与研究内容
• 3.1 课题的提出
• 3.2 本课题的主要研究内容
• 4 试验方法与材料
• 4.1 试验装置
• 4.2 试验材料
• 4.2.1 中空纤维膜性能参数
• 4.2.2 试验水质
• 4.3 水质测定方法
• 4.4 负荷定义
• 4.5 反应器的微生物培养与挂膜
• 4.6 试验工况
• 5 碳氮比对硝酸盐反硝化效果影响的试验结果与分析
• 5.1 试验结果
• 5.1.1 试验工况一（C/N=3.0）试验结果
• 5.1.2 试验工况二（C/N=2.5）试验结果
• 5.1.3 试验工况三（C/N=2.0）试验结果
• 5.1.4 试验工况四（C/N=1.5）试验结果
• 5.1.5 试验工况五（C/N=1.0）试验结果
• 5.2 试验结果分析
• 6 进水硝态氮浓度与硝态氮负荷对反硝化效果影响的试验结果与分析
• 0＝25mg/L 的试验结果与分析'>6.1 进水硝态氮浓度C₀＝25mg/L 的试验结果与分析
• 6.1.1 工况六试验结果
• 6.1.2 工况七试验结果
• 6.1.3 工况八试验结果
• 6.1.4 工况九试验结果
• 6.1.5 工况十试验结果
• 6.1.6 试验结果分析
• 0＝50 mg/L 的试验结果与分析'>6.2 进水硝态氮浓度C₀＝50 mg/L 的试验结果与分析
• 6.2.1 工况十一试验结果
• 6.2.2 工况十二试验结果
• 6.2.3 工况十三试验结果
• 6.2.4 工况十四试验结果
• 6.2.5 试验结果分析
• 0＝75mg/L 的试验结果'>6.3 进水硝态氮浓度C₀＝75mg/L 的试验结果
• 6.3.1 工况十五试验结果
• 6.3.2 工况十六试验结果
• 6.3.3 工况十七试验结果
• 6.3.4 工况十八试验结果
• 6.3.5 试验结果分析
• 0＝100mg/L 的试验结果'>6.4 进水硝态氮浓度C₀＝100mg/L 的试验结果
• 6.4.1 工况十九试验结果
• 6.4.2 工况二十试验结果
• 6.4.3 工况二十一试验结果
• 6.4.4 工况二十二试验结果
• 6.4.5 试验结果分析
• 0＝125mg/L 的试验结果'>6.5 进水硝态氮浓度C₀＝125mg/L 的试验结果
• 6.5.1 工况二十三试验结果
• 6.5.2 工况二十四试验结果
• 6.5.3 工况二十五试验结果
• 6.5.4 工况二十六试验结果
• 6.5.5 试验结果分析
• 0＝150mg/L 的试验结果'>6.6 进水硝态氮浓度C₀＝150mg/L 的试验结果
• 6.6.1 工况二十七试验结果
• 6.6.2 工况二十八试验结果
• 6.6.3 工况二十九试验结果
• 6.6.4 工况三十试验结果
• 6.6.5 试验结果分析
• 6.7 工况六～工况三十试验结果综合分析
• 7 反应器内乙醇浓度对反硝化效果影响的试验结果与分析
• 7.1 试验结果
• 7.1.1 工况三十一试验结果
• 7.1.2 工况三十二试验结果
• 7.1.3 工况三十三试验结果
• 7.2 试验结果分析
• 7.3 中空纤维膜的阻塞
• 8 结论、创新点及展望
• 8.1 结论
• 8.2 创新点
• 8.3 展望
• 参考文献
• 攻读博士学位期间发表的有关论文
• 致谢