低温时低强度超声波强化SMBR处理污水效能研究

论文摘要

由于低温环境的影响,寒冷地区城市污水的生物处理一直面临处理效果低、出水难以达标的困扰。膜生物反应器处理低温城市污水具有潜在优势,而水力停留时间（HRT）直接决定生物反应器容积的大小,影响工程投资,因此,考察膜生物反应器在短HRT条件下的低温污水处理效果和研究其强化措施具有重要的意义。试验采用自行设计的SMBR,有效容积为22L,试验用水为人工配制,水温控制为78℃。单独运行SMBR而不进行超声波强化的结果表明,SMBR处理低温城市污水时启动期较长,为22d,在启动期不排泥情况下,低温运行反应器内污泥浓度增长比较缓慢。低温对稳定运行的SMBR中COD总去除率的影响不大,在不同HRT条件下,COD总去除率比中温时的约低2%3%。低温对NH3-N去除的影响较大,HRT为5.3h、3.6h、2.6h时,NH3-N总去除率分别为80%、74%、71%,比中温时约低10%13%。HRT为5.3h和3.6h时,SMBR可以较好地去除低温城市污水中的COD和NH3-N;当HRT缩短到2.6h时,低温城市污水的COD、NH3-N出水浓度分别高于50mg/L、8mg/L。以上试验还表明,SMBR处理低温城市污水时膜污染比较严重,膜操作周期为14d,约为中温时的1/2。低温运行的膜经物理和化学清洗后继续运行时,膜过滤压差在运行初期就以很快的速率上升,几乎呈直线变化,中温时膜过滤压差曲线中出现的延缓期基本消失。SMBR低温运行时会发生丝状菌污泥膨胀,经染色鉴定主要为1851型菌和0041型菌。丝状菌污泥膨胀对COD去除率影响不大,但对膜污染有严重影响,膜清洗周期缩短到7d。实验结果表明,污泥的胞外聚合物、絮体相对疏水性、Zeta电位、絮体形态和尺寸以及混合液粘度都受到大量繁殖的丝状菌的影响,这些因素是污泥膨胀时导致膜污染加剧的原因。引入低强度超声波强化SMBR运行后,在短HRT条件下对提高低温城市污水处理效果及微生物活性有明显作用。试验确定了超声波最佳作用参数为:频率28kHz、功率密度0.27W/L、辐照时间15min、辐照间隔24h。结果表明,HRT为2.6h时,COD、NH3-N出水浓度分别降至1020mg/L、5.87.9mg/L,总去除率分别提高7%13%、13%16%。低强度超声波对污泥沉降性影响很小,使膜清洗周期延长2d,一定程度减轻了低温膜污染。最后,试验对超声波强化低温城市污水生物处理的作用机理进行了探讨。荧光染色实验结果表明,0.27W/L的超声波使细胞膜通透性提高8%,细胞膜电位降低26.75%,细胞膜电位与通透性相互影响,细胞膜通透性提高可以强化细胞内外的传质作用。超声波主要通过改变酶分子构象来改变酶活性,0.27W/L、20min/d的超声波辐照使脱氢酶活性提高59.30%,酶活性提高可以促进低温微生物细胞内生化反应的进行。超声波作用还影响低温微生物群落结构,可使优势种群数量增加,少量中温微生物恢复活性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 低温城市污水处理研究概况
• 1.1.1 低温活性污泥工艺
• 1.1.2 低温生物膜技术
• 1.1.3 低温微生物强化技术
• 1.2 膜生物反应器处理低温城市污水研究现状
• 1.2.1 膜生物反应器的分类及特点
• 1.2.2 膜生物反应器在国内外污水处理中的研究现状
• 1.2.3 膜生物反应器在国内外低温污水处理中的研究现状
• 1.3 超声波在污水生物处理中的研究现状
• 1.3.1 超声波在生物工程中的作用机理及应用
• 1.3.2 低强度超声波在污水生物处理中的研究现状
• 1.3.3 超声波强化污水生物处理的主要影响因素
• 1.3.4 超声波强化SMBR处理低温城市污水的可行性
• 1.4 课题来源、研究的目的及意义
• 1.4.1 课题来源
• 1.4.2 研究的目的及意义
• 1.5 研究的主要内容
• 第2章 试验材料与方法
• 2.1 试验材料
• 2.1.1 试验装置
• 2.1.2 浸没式微滤膜组件
• 2.1.3 试验用水与水质
• 2.2 分析项目与方法
• 2.2.1 常规分析项目与方法
• 2.2.2 混合液中EPS的测定
• 2.2.3 污泥絮体相对疏水性的测定
• 2.2.4 污泥絮体尺寸的测定
• 2.2.5 脱氢酶活性研究方法
• 2.2.6 细胞膜通透性、跨膜电位研究方法
• 2.2.7 微生物种群研究方法
• 2.3 膜生物反应器启动和试验条件
• 2.3.1 膜生物反应器的启动
• 2.3.2 试验条件
• 第3章 SMBR处理低温城市污水试验研究
• 3.1 SMBR低温启动特性
• 3.1.1 启动阶段运行效果
• 3.1.2 膜过滤压差的变化
• 3.1.3 污泥浓度的变化
• 3.1.4 微生物种类的变化
• 3.2 SMBR低温稳定运行特性
• 3.2.1 对COD的处理效果
• 3-N的处理效果'>3.2.2 对NH₃-N的处理效果
• 3.2.3 膜过滤压差的变化
• 3.3 低温丝状菌污泥膨胀
• 3.3.1 丝状菌污泥膨胀的发生
• 3.3.2 丝状菌污泥膨胀时SMBR运行效果及膜污染
• 3.3.3 膜污染原因分析
• 3.4 本章小结
• 第4章 超声波强化SMBR处理低温城市污水研究
• 4.1 超声波作用参数的选择
• 4.1.1 超声波功率密度的选择
• 4.1.2 超声波辐照时间的选择
• 4.1.3 超声波辐照时间间隔的选择
• 4.2 超声波强化SMBR处理低温城市污水的效果
• 4.2.1 对COD去除的强化作用
• 3-N去除的强化作用'>4.2.2 对NH₃-N去除的强化作用
• 4.2.3 对MLSS及SVI的影响
• 4.3 超声波防治膜污染探讨
• 4.4 本章小结
• 第5章 超声波强化低温生物作用机理初探
• 5.1 超声波强化传质
• 5.1.1 超声波提高细胞膜通透性
• 5.1.2 超声波强化混合液中传质作用
• 5.2 超声波对膜电位的影响
• 5.3 超声波对酶活性的影响
• 5.4 超声波对微生物群落结构的影响
• 5.5 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