底物及温度对厌氧膜生物反应器膜污染影响研究

论文摘要

今年开始的我国十二五规划传递出一个重要信息：未来几年我国将致力于实现污水零排放。在众多可以实现污水零排的工艺中,膜技术无疑是研究最具有应用前景的技术。MBR工艺结合了传统生物处理工艺和膜技术的诸多优势,成为实现污水零排目标的首选方法之一。随着近几年来厌氧技术重新回归热点研究领域,厌氧MBR技术日益受到学界和产业界的青睐。本研究考察了底物和温度对厌氧MBR反应器的污染物去除能力、膜污染及其控制、污泥特性三个方面的影响。底物影响研究分别选择纯VFA（乙酸：丙酸：戊酸三者比值为1：1：1）和VFA（乙酸：丙酸：戊酸三者比值为1：1：1）+葡萄糖这两种组合形式作为底物主要碳源。研究结果表明,在去除不同组成的底物时厌氧MBR的COD去除效率没有差异。但是处理VFA+葡萄糖废水的MBR （2#MBR）的膜污染速率几乎是处理纯VFA废水MBR （1#MBR）污染速率的4倍,其主要原因是2#MBR内产酸细菌的含量更高。滤饼层污染一方面是限制MBR运行的主要因素,另一方面因起到“二次过滤”作用而有效避免膜孔堵塞现象。此外,活性污泥的组成及其性质决定了膜表面颗粒沉降性能,从而间接影响临界通量。温度影响研究选取30℃（3#MBR）和55℃（4#MBR）两个温度。试验结果表明,高温条件下厌氧MBR的COD去除率比中温MBR更高。MBR污泥在高温条件下代谢溶解性有机物和难溶有机固体的速率明显更快,但是高温MBR的污泥产率却比中温MBR低35%。中温MBR在运行过程中出现乙酸和丙酸大量积累现象,产生这一问题的主要原因是有机负荷过高。在高温条件下液体的粘度很低,所以高温MBR的滤饼层污染更轻。在缓解膜污染的措施上,为了有效减缓膜污染现象,在实际运行中所施加的通量应低于临界通量。由于孔径堵塞是一个长期过程,采取降低实际通量的方式和反冲洗手段无法有效避免膜孔堵塞。从微观角度分析,物理清洗只能清除膜丝表面的滤饼层,而化学清洗后的膜阻较新膜丝仍高出18%左右,说明化学清洗同样不能完全消除膜污染。此外,本研究结果表明无论在不同底物还是不同温度下,提高曝气速度对提高临界通量的作用十分有限,同时在膜丝近表面施加的剪切力越大,小粒径颗粒更容易附着于膜丝孔径内,从而造成更严重的膜污染。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 课题背景
• 1.2 膜生物反应器
• 1.2.1 膜生物反应器的发展历史
• 1.2.2 MBR的优点
• 1.2.3 MBR存在的问题
• 1.3 厌氧污水处理技术
• 1.3.1 厌氧技术的特点和优势
• 1.3.2 典型的厌氧污水处理技术
• 1.3.3 厌氧MBR技术
• 1.3.4 用于生活污水处理的厌氧技术
• 1.3.5 高温厌氧技术
• 1.3.6 厌氧污水处理技术的研究方向
• 1.4 研究目的与意义
• 1.4.1 研究目的
• 1.4.2 研究意义
• 1.5 主要研究内容
• 2 材料与方法
• 2.1 厌氧MBR反应器
• 2.2 底物影响实验
• 2.3 温度影响实验
• 2.4 膜清洗的方法
• 2.5 临界通量和膜阻的测定
• 2.6 污垢层阻力的测定
• 2.7 常规水质检测
• 2.8 蛋白含量的测定
• 2.9 SMA的测定
• 2.10 污泥稳定性的测定方法
• 2.11 扫描电子显微镜观测
• 3 不同底物对厌氧MBR运行的影响
• 3.1 不同底物对MBR膜污染的影响
• 3.1.1 MBR启动过程的膜污染现象
• #MBR膜污染'>3.1.2 1^#MBR膜污染
• #MBR膜污染'>3.1.3 2^#MBR膜污染
• 3.2 膜污染控制策略
• 3.2.1 运行方式对膜污染的影响
• 3.2.2 物理清洗和化学清洗对缓解膜污染的作用
• 3.2.3 不同曝气模式对缓解膜污染的作用
• 3.3 不同底物对污泥性质的影响
• 3.3.1 泥水混合物流体特性
• 3.3.2 污泥粒径分布
• 3.4 不同底物对产酸菌的影响
• 3.5 本章小结
• 4 不同温度对厌氧MBR运行的影响
• 4.1 中温MBR的运行情况
• 4.2 高温条件下厌氧MBR的运行
• 4.3 温度对膜污染的影响
• 4.4 厌氧MBR运行的节能策略
• 4.5 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