膜—生物反应器及纳滤强化去除污水内分泌干扰物的研究

论文摘要

为了提高膜-生物反应器（MBR）出水安全性,发掘其在污水回用领域的潜力,本论文考察了MBR对污水中内分泌干扰物（EDCs）的去除效果,并使用纳滤膜过滤MBR出水,浓液回流至MBR,以强化对EDCs的去除;此外,为了实现纳滤系统的连续运行,本论文还研究了MBR出水对纳滤膜的污染机理与清洗过程,确定了连续运行的清洗方式。考察了MBR与传统活性污泥反应器（CASR）对2种典型EDCs——双酚A（BPA）和短链壬基酚聚氧乙烯醚（NPnEO,n=14）的去除效果。发现在相同污泥负荷下,MBR对BPA与NPnEO的去除效果均略好于CASR,但MBR可以承受更高的容积负荷。通过对两种EDCs迁移行为的研究,发现在MBR与CASR中,生物降解均是去除EDCs的主要途径,而污泥吸附对去除的贡献均较小。此外,运行过程中MBR系统排放的EDCs远少于CASR,表明其整体安全性更高。在相同运行条件下,考察了纳滤强化的MBR系统与对照MBR系统对5种EDCs的去除效果。发现纳滤截留均可强化对5种EDCs的去除,但对于不同目标物而言,纳滤截留的贡献不同。纳滤截留可以显著降低MBR出水的雌激素活性。研究还发现,设置在MBR之前的缺氧池对EDCs去除的贡献最大,去除率>80%。研究发现,纳滤浓液回流使MBR上清液胶体有机物浓度升高、微滤膜污染较早发生、活性污泥沉降性变差,但对优势菌种的种类和数量均无明显影响。通过纳滤膜的清洗试验,确定了以0.1% NaOH在线清洗辅以2%柠檬酸冲洗与1,2-丙二醇浸泡的清洗方式,实现了纳滤系统的连续运行。通过表面分析方法,发现试验水质条件下造成纳滤膜污染的物质包括有机物与无机物,包含的元素有磷、镁、钙、铁等。酸洗去除无机污染物后使有机物污染物更充分地暴露出来,促进碱洗效果的发挥。由此推测膜污染过程首先是亲水性（或两性）的有机物在膜表面的吸附;之后无机污染物逐渐与有机污染物交联或覆盖阻碍了碱液清洗,加速了膜污染的发展。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 污水回用的意义和面临的问题
• 1.2 内分泌干扰物的存在、来源和危害
• 1.2.1 内分泌干扰物在污水中的浓度
• 1.2.2 内分泌干扰物的来源
• 1.2.3 内分泌干扰物的危害
• 1.3 膜-生物反应器处理内分泌干扰物的研究现状
• 1.3.1 膜-生物反应器在污水回用领域的应用前景
• 1.3.2 膜-生物反应器处理内分泌干扰物的潜力
• 1.3.3 膜-生物反应器处理内分泌干扰物的研究现状
• 1.4 纳滤膜特性及其处理内分泌干扰物的研究现状
• 1.4.1 纳滤膜的截留特性
• 1.4.2 纳滤膜截留内分泌干扰物的研究进展
• 1.4.3 纳滤膜与活性污泥法结合的研究进展
• 1.5 目标物质的选择
• 1.6 研究目的和研究内容
• 1.6.1 研究目的
• 1.6.2 研究内容
• 1.6.3 技术路线
• 第2章 膜-生物反应器对两种内分泌干扰物的去除特性
• 2.1 试验装置与试验方法
• 2.1.1 试验装置
• 2.1.2 反应器运行参数
• 2.1.3 双酚A-污泥吸附等温线测定方法
• 2.1.4 污泥活性测定方法
• 2.1.5 EDCs 样品前处理与分析方法
• 2.2 膜-生物反应器对双酚A 的去除效果
• 2.2.1 双酚A-污泥负荷对去除效果的影响
• 2.2.2 双酚A-容积负荷对去除效果的影响
• 2.2.3 对常规污染物的去除效果
• 2.3 双酚A 在膜-生物反应器中的迁移行为
• 2.3.1 活性污泥对双酚A 的吸附
• 2.3.2 活性污泥吸附对去除双酚A 的贡献
• 2.3.3 反应器壁及部件对双酚A 的吸附
• 2.3.4 反应器壁及部件吸附对去除双酚A 的贡献
• 2.3.5 污泥活性的变化
• 2.3.6 双酚A 的生物降解产物
• 2.3.7 双酚A 的物料平衡
• 2.4 膜-生物反应器对壬基酚聚氧乙烯醚的去除效果
• 2.4.1 壬基酚聚氧乙烯醚-污泥负荷对去除效果的影响
• 2.4.2 壬基酚聚氧乙烯醚-容积负荷对去除效果的影响
• 2.4.3 对常规污染物的去除效果
• 2.5 壬基酚聚氧乙烯醚在膜-生物反应器中的迁移行为
• 2.5.1 混合液中壬基酚聚氧乙烯醚浓度的变化
• 2.5.2 活性污泥对壬基酚聚氧乙烯醚的吸附
• 2.5.3 活性污泥吸附对去除壬基酚聚氧乙烯醚的贡献
• 2.5.4 反应器壁及部件对壬基酚聚氧乙烯醚的吸附
• 2.5.5 反应器壁及部件吸附对去除壬基酚聚氧乙烯醚的贡献
• 2.5.6 壬基酚聚氧乙烯醚的物料衡算
• 2.6 微滤膜对去除壬基酚聚氧乙烯醚的贡献
• 2.7 小结
• 第3章 纳滤膜对MBR 出水的过滤特性与膜污染清洗特性
• 3.1 试验装置与试验方法
• 3.1.1 试验装置
• 3.1.2 膜-生物反应器出水SDI 值
• 3.1.3 纳滤膜基本信息
• 3.1.4 基本试验方法
• 3.1.5 清洗剂选择试验
• 3.1.6 清洗方式的确定试验
• 3.1.7 纳滤膜污染与清洗过程分析试验
• 3.2 三种纳滤膜的清水通量、截留性能及污染清洗
• 3.2.1 清水通量
• 3.2.2 截留性能
• 3.2.3 污染清洗
• 3.2.4 纳滤膜的选择
• 3.3 纳滤膜清洗剂的选择
• 3.3.1 清洗剂对纳滤膜透水性能的恢复能力
• 3.3.2 清洗剂对纳滤膜截留性能的影响
• 3.3.3 清洗剂的选择
• 3.4 纳滤膜清洗方式的确定
• 3.4.1 在线碱洗对纳滤膜透水性能的维持作用
• 3.4.2 在线碱洗对纳滤膜截留性能的影响
• 3.4.3 在线碱洗中料液与清洗剂pH 值的变化
• 3.4.4 纳滤膜清洗的辅助方法
• 3.4.5 清洗方式的确定
• 3.5 纳滤膜污染与清洗过程分析
• 3.5.1 膜-生物反应器出水对纳滤膜的污染
• 3.5.2 纳滤系统料液与透过液水质
• 3.5.3 纳滤膜表面污染物组成分析
• 3.5.4 清洗过程中纳滤膜表面污染物的变化
• 3.5.5 清洗过程中纳滤膜表面形态的变化
• 3.5.6 清洗过程中纳滤膜表面亲疏水性的变化
• 3.5.7 纳滤膜污染与清洗过程
• 3.6 小结
• 第4章 纳滤强化膜-生物反应器去除内分泌干扰物的特性
• 4.1 试验装置与试验方法
• 4.1.1 试验装置
• 4.1.2 系统连续运行参数
• 4.1.3 检测与分析方法
• 4.2 MBR+NF 系统与对照MBR 系统的运行状况监测
• 4.2.1 系统流量与水力停留时间
• 4.2.2 过渡槽水温
• 4.2.3 曝气量
• 4.2.4 溶解氧浓度
• 4.2.5 混合液悬浮固体浓度
• 4.3 MBR+NF 系统对BPA 和NPnEO 去除效果的强化
• 4.3.1 水相浓度的变化
• 4.3.2 泥相浓度的变化
• 4.4 MBR+NF 系统对雌激素类EDCs 去除效果的强化
• 4.4.1 GC-MS 标准曲线
• 4.4.2 17β-雌二醇去除效果
• 4.4.3 雌三醇去除效果
• 4.4.4 17α-乙炔雌二醇去除效果
• 4.5 纳滤膜对EDCs 的截留效果
• 4.6 两系统对EDCs 去除效果的对比
• 4.7 两系统中雌激素活性的沿程变化
• 4.8 常规污染物的去除效果
• 4.8.1 COD 去除效果
• 4.8.2 氮素去除效果
• 4.8.3 磷素去除效果
• 4.8.4 无机离子浓度的变化
• 4.8.5 pH 值的变化
• 4.8.6 纳滤膜的截留效果
• 4.8.7 两系统对常规污染物去除效果的对比
• 4.9 污染物在MBR+NF 系统中的迁移行为
• 4.9.1 不同反应池对目标EDCs 去除的贡献
• 4.9.2 微滤膜对目标EDCs 去除的贡献
• 4.9.3 其他作用对目标EDCs 去除的贡献
• 4.9.4 不同反应池对常规污染物去除的贡献
• 4.9.5 微滤膜对常规污染物去除的贡献
• 4.10 小结
• 第5章 纳滤截留对膜-生物反应器混合液性质的影响
• 5.1 试验装置与试验方法
• 5.1.1 试验装置与运行参数
• 5.1.2 取样方法
• 5.1.3 检测与分析方法
• 5.2 微滤膜跨膜压差的变化
• 5.3 膜-生物反应器混合液粘度的变化
• 5.4 膜-生物反应器上清液有机物浓度的变化
• 5.5 膜-生物反应器中活性污泥性状的变化
• 5.6 膜-生物反应器中微生物群落的对比
• 5.6.1 物种丰度
• 5.6.2 多样性评价
• 5.7 小结
• 第6章 结论与建议
• 6.1 结论
• 6.2 建议
• 参考文献
• 致谢
• 个人简历、在学期间发表的学术论文与研究成果