浸没式双轴旋转厌氧膜生物反应器处理啤酒废水的研究

论文摘要

浸没式双轴旋转厌氧膜生物反应器（Submerged Double-shaft RotaryAnaerobic Membrane Bioreactor,SDRAnMBR）具有设备结构紧凑,占地面积小,且适用于处理一些高浓度的有机废水的优点。当前人们对膜生物反应器的研究相对集中在外置式（好氧）膜生物反应器,是因为这种MBR的膜污染速率较慢。而浸没式厌氧膜生物反应器（SAnMBR）的膜污染速度更快,且难以得到有效的控制,因此限制了人们对SAnMBR的研究和应用。本试验针对上述SAnMBR中膜污染不易控制的问题,特设计了SDRAnMBR。该反应器特点是采用旋转（同向）膜组件运行,由膜旋转形成的均匀化效应和交错流效应可削弱膜表面的浓差极化及凝胶层的形成,同时在反应器内还形成三相旋转流效应,从而更有效地减缓膜污染进程,延长膜使用寿命。本研究以人工配制的啤酒废水为处理对象,通过试验考察SDRAnMBR系统的启动特性、COD的去除效果及其影响因素,同时对系统抗污染性能和反应器内污泥特性对膜污染的影响进行研究,得出如下结论:（1）在反应器启动时期,固定其温度（32℃）及HRT（24h）,并以厌氧颗粒污泥为接种污泥,试验仅用20天即完成反应器的启动和污泥的驯化。同时COD去除率最高可达91%,平均去除率为83.95%。另外,SDRAnMBR系统具有耐冲击负荷的能力,在污泥驯化期间,并未发生酸化现象。（2）在稳定运行阶段,SDRAnMBR对啤酒废水具有良好的处理效果。系统进水COD浓度在1721.5mg/L～2269.9mg/L之间,容积负荷在2.07kgCOD/m3·d～4.54 kgCOD/m3·d之间,出水COD浓度范围为65.7mg/L～141.4mg/L,COD去除率维持在92.2%～96.8%之间,平均为94.9%。此外,在稳定运行期间,虽然系统出水VFA浓度在331.8mg/L～514.6mg/L之间波动,但系统仍可以保持稳定的高效性,说明系统具有良好的缓冲能力和较强的耐冲击负荷能力。（3）在进行新膜的清水通量试验时发现,SDRAnMBR的膜通量会随膜旋转速度（膜面剪切流速）的升高而降低,故在考虑最大程度减轻膜污染的前提下,应尽可能地采用低转速运行试验。在稳定运行期间,系统可以在相对较大的膜通量和低TMP下保持高效运行。（4）整个试验过程中膜过滤阻力较小,即膜污染进程较慢。当膜旋转速度由100rpm提高到150rpm时,对应的膜过滤阻力仅从0.276x1012m-1增大至1.152×1012m-1。（5）在整个试验过程中,MLSS、EPS以及污泥粘度均随运行时间的增加呈上升趋势,只有污泥颗粒粒径是随运行时间的增加和膜旋转速度的提高呈逐渐减小的趋势,且粒径范围由宽变窄。（6）通过电镜扫描图片对比得知,膜过滤阻力主要是由泥饼层和膜孔堵塞引起的。但膜表面泥饼层较薄,并不致密,且有多处孔洞,而膜断面上也仅有少量的不规则的颗粒物存在。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 膜生物反应器（MBR）的概述
• 1.1.1 MBR的产生及其特点
• 1.1.2 MBR的分类
• 1.1.3 MBR的研究进展
• 1.1.4 MBR技术在废水领域中的应用
• 1.1.5 MBR存在的问题和发展方向
• 1.2 厌氧技术的基本原理及研究进展
• 1.2.1 厌氧的基本原理
• 1.2.2 厌氧生物处理工艺的发展
• 1.3 本课题研究的意义和可行性
• 第2章 试验装置与方法
• 2.1 试验装置与试验设备
• 2.1.1 试验装置及运行方式
• 2.1.2 试验设备及材料
• 2.2 试验条件
• 2.2.1 试验水质
• 2.2.2 测试方法
• 2.3 主要研究内容与试验方法
• 2.3.1 污泥驯化与培养
• 2.3.2 反应器运行特性研究
• 2.3.3 膜污染的研究
• 第3章 试验结果与分析
• 3.1 厌氧污泥的驯化及反应器的启动
• 3.1.1 结果与讨论
• 3.1.2 结论
• 3.2 SDRAnMBR稳定运行情况下的特性分析
• 3.2.1 试验安排
• 3.2.2 SDRAnMBR对COD的去除分析
• 3.2.3 容积负荷与COD去除率的变化关系
• 3.2.4 水力停留时间与COD去除率的变化关系
• 3.2.5 出水VFA与COD去除率的变化关系
• 3.2.6 出水碱度及其与VFA比值随容积负荷的变化关系
• 3.2.7 膜对系统COD去除率的贡献分析
• 3.2.8 结论
• 3.3 冲击负荷试验
• 3.4 本章小结
• 第4章 SDRANMBR中膜污染的研究
• 4.1 旋转速度对膜污染的影响分析
• 4.1.1 膜清水通量与膜旋转速度的关系
• 4.1.2 膜旋转速度和膜通量的变化情况
• 4.2 试验运行期间膜污染进程分析
• 4.3 活性污泥混合液对膜污染的影响
• 4.3.1 污泥浓度及其活性变化的影响
• 4.3.2 EPS、蛋白质及多糖变化的影响
• 4.3.3 混合液粘度变化的影响
• 4.3.4 污泥粒径变化的影响
• 4.4 膜污染的电镜观察
• 4.5 本章小节
• 第5章 结论与建议
• 5.1 结论
• 5.2 建议
• 致谢
• 参考文献
• 攻读学位期间的研究成果