新型动态膜生物反应器处理城市污水的试验研究

论文摘要

膜组件价格昂贵和膜污染难以有效控制是膜生物反应器（MembraneBioreactor,MBR）技术在污水处理领域难以大规模推广应用的两个主要障碍。目前,动态膜生物反应器（Dynamic Membrane Bioreactor,DMBR）由于其优良的抗污染性能、较高的膜通量和低廉的膜组件成本等优点,较好地解决了传统膜生物反应器技术的两大难题,备受膜技术研究领域的关注。本课题采用生物质填料（LS天然纤维）生物膜反应器（Biomass Biofilmreactor,BBF）与动态膜组件耦合的新型动态膜生物反应器（BBF-DMBR）进行了实际城市污水处理的试验研究。试验中系统考察了BBF-DMBR城市污水处理的运行性能,研究了动态膜污染的控制与清洗工艺,并在此基础上,对BBF-DMBR进行了优化与改进的模拟研究。BBF-DMBR实际城市污水处理试验结果表明:BBF-DMBR具有高效泥水分离和截留作用,系统的微生物损失少,LS天然纤维上生物膜附着量多,系统的挂膜速度快、处理效率高,耐冲击负荷能力强。新型动态膜生物反应器在稳定运行期对COD、NH4+-N、TN和TP的去除效果分别达到79.41%、96.22%、55.93%和43.77%;除TP外,出水中COD、NH4+-N、TN达到了《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB18918-2002）中一级标准的A标准。TP去除效果相对不高,出水中TP仅达到排放标准中的二级标准,系统的除磷能力有待进一步提高。LS天然纤维在运行过程中会自身降解,其使用寿命对系统的稳定性与经济性造成了负面影响。膜污染控制研究表明:一定强度的曝气能极大的减缓膜污染,当膜组件曝气量为20m3·m-2·h-1时,动态膜的稳定运行周期可达45天,在运行周期内,相同压差下的膜通量变化较小,过膜压差100mm时的平均膜通量为67.42L/（m2h）。膜污染清洗工艺方案为空气反吹洗10min、水力反冲洗15min、酸洗1h。动态膜经清洗后膜通量可恢复至清水通量的95%,且其再生性能良好,具有较好的重复使用性。BBF-DMBR优化与改进的模拟试验研究表明:LS天然纤维经CM接枝改性后其降解周期延长了122.2%,使用寿命为未改性的2.2倍;使用RM脱磷剂对动态膜组件进行动态膜预涂处理后,BBF-DMBR由于预涂动态膜层的吸附及化学作用而强化了除磷效果,当进水TP浓度为1-2mg/L时,出水TP浓度可以降低到0.2mg/L,达到了《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB18918-2002）中一级标准的A标准;BBF-DMBR经过优化与改进可以提高污水处理效果。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 目录
• 第1章 引言
• 1.1 我国水资源及污染现状
• 1.2 我国城市污水处理概述
• 1.2.1 我国城市污水处理的发展历史及现状
• 1.2.2 污水处理的新发展
• 1.3 膜生物反应器技术发展概况
• 1.3.1 膜生物反应器概述
• 1.3.2 膜生物反应器发展的历史及现状
• 1.3.3 膜生物反应器的特点及发展瓶颈
• 1.4 动态膜生物反应器及发展现状
• 1.4.1 动态膜生物反应器的出现及出现意义
• 1.4.2 动态膜生物反应器的发展现状
• 1.4.3 动态膜生物反应器的特点及存在的问题
• 1.5 本课题研究的意义与目的
• 1.6 研究内容与创新点
• 1.6.1 研究内容
• 1.6.2 创新点
• 第2章 新型动态膜生物反应器处理城市污水试验研究
• 2.1 实验装置与方法
• 2.1.1 新型动态膜生物反应器
• 2.1.2 BBF-DMBR运行方式与进水水质
• 2.1.3 测试仪器与方法
• 2.2 反应器的启动研究
• 2.2.1 BBF挂膜
• 2.2.2 动态膜的制备
• 2.3 稳定期BBF-DMBR对污水处理效果的分析
• 2.3.1 BBF-DMBR系统对COD的去除效果分析
• 4⁺-N的去除效果分析'>2.3.2 BBF-DMBR系统对NH₄⁺-N的去除效果分析
• 2.3.3 BBF-DMBR系统对TN的去除效果分析
• 2.3.4 BBF-DMBR系统对TP的去除效果分析
• 2.4 动态膜作用的研究
• 2.4.1 对COD的截留作用
• 2.4.2 对TP和TN的处理效果
• 2.4.3 动态膜高效泥水分离作用
• 2.5 COD冲击负荷试验
• 2.6 试验装置的再启动研究
• 2.7 BBF-DMBR与BBF-WCW比较分析
• 2.7.1 BBF-IVCW装置及运行方式
• 2.7.2 装置、运行方式及启动速度比较
• 2.7.3 稳定运行期处理效果比较
• 2.8 天然纤维LS填料的降解性能研究
• 2.9 小结
• 第3章 BBF-DMBR膜污染控制方法研究
• 3.1 膜污染概述
• 3.1.1 膜污染及其类型
• 3.1.2 膜污染过程
• 3.2 膜通量控制研究
• 3.3 BBF-DMBR膜污染清洗研究
• 3.3.1 清洗膜污染的措施
• 3.3.2 物理清洗
• 3.3.3 化学清洗
• 3.4 动态膜再生研究
• 3.5 小结
• 第4章 BBF-DMBR反应器优化与改进模拟研究
• 4.1 天然纤维LS改性研究
• 4.1.1 天然纤维材料LS及其在水处理中的研究进展
• 4.1.2 天然纤维的表面改性方法分类
• 4.1.3 LS纤维改性试验
• 4.1.4 LS纤维改性后亲水性评价
• 4.1.5 LS纤维改性后降解性评价
• 4.1.6 LS纤维改性后亲生物性评价
• 4.2 脱磷动态膜强化除磷研究
• 4.2.1 吸附法除磷
• 4.2.2 动态膜预涂
• 4.2.3 预涂RM脱磷剂动态膜的制备
• 4.2.4 预涂RM脱磷剂动态膜的除磷试验
• 4.3 小结
• 第5章 结论与建议
• 5.1 结论
• 5.2 建议
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士学位期间发表论文