平板膜—生物反应器工程化应用中的关键问题研究

论文摘要

膜-生物反应器作为一种新型、高效的污水处理技术,具有诸多传统生物处理工艺所无法比拟的优点,在近年来已经广泛应用于城市生活污水以及工业废水的处理。目前,在国际膜-生物反应器市场上主要是平板膜-生物反应器和中空纤维膜-生物反应器两种。平板膜与中空纤维膜相比,具有水力学条件易于控制、通量高、抗污染能力强和清洗更换方便等特点,能够在更高污泥浓度条件下保持高通量稳定运行。但是,我国的平板膜-生物反应器的研究明显滞后,且平板膜-生物反应器的应用比例远远小于中空纤维膜-生物反应器,而在国际的膜-生物反应器市场上,平板膜-生物反应器的应用比例达到了68%（截止至2006年）。因此,加大平板膜-生物反应器的研发力度,构建我国膜-生物反应器的合理结构和布局,促进膜-生物反应器在我国的均衡发展,对膜-生物反应器技术的发展及其在水污染控制和污水资源化的应用具有重要的意义。本论文主要借助于400m3/d规模的平板膜-生物反应器和几套小试膜-生物反应器,跟踪研究平板膜-生物反应器在工程化应用中的主要问题。研究结论对平板膜-生物反应器在工程化应用中的设计及运行具有一定的借鉴和参考价值。建设了400m3/d的平板膜-生物反应器中水回用工程,并正常运行了一年半。该工程出水达到了《城市污水中水回用—杂排水水质标准GB18920-2002》中的水质要求,可以回用做厂区绿化、洗车用水;技术经济分析表明,采用中水回用代替自来水,可年节约自来水费用15.94万元;本工程的吨水能耗、清洗费用达到了国际同类产品的相同水平,膜价格更是具有很大的优势。对平板膜-生物反应器的出水进行了长期跟踪,发现无论进水如何变化,出水COD、氨氮和SS均较为稳定;通过计算污泥的动力学系数表明,该工程的污泥净产率系数Y=0.225kgMLVSS/kgCOD,内源代谢系数Kd为0.0045 d-1。开发了膜组件边侧固定技术、自动在线清洗设备、可清洗式曝气管、事故紧急处理系统等工程化应用中的关键技术,并在本工程上得到了成功的应用,,大大提高了工程的稳定运行能力,方便了操作管理。通过长期跟踪膜污染规律发现,在20L/m2·h的通量下,正常运行TMP不超过20kPa,TMP增长到30kPa时就应进行在线化学清洗;处理化学一级强化处理后的城市污水时,平板膜的清洗周期比处理普通生活污水要短;对于不同水泵抽吸的上下支架,在上、下支架通量之比为1.15:1的条件下,可以实现两个支架TMP增长基本一致。针对典型的城市合流污水,平均COD/TN为8.0,利用AO膜-生物反应器,出水COD、氨氮和TN去除率分别可以达到97%、99%和77.6%,出水能够稳定达到《城镇污水处理厂污染物排放标准GB18918-2002》中的一级A标准;缺氧段HRT和硝化液回流比是TN去除的关键影响因素;在缺氧段HRT<3h条件下,增加缺氧段HRT能够显著提高TN去除率,而在缺氧段HRT>3h条件下,增加缺氧段HRT对于总氮去除无影响;在回流比r<100%条件下,增加r能够显著提高TN去除率,而在r>100%条件下,增加r对于TN去除无明显影响。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 综述
• 1.1 膜-生物反应器的发展历史
• 1.2 膜组件介绍和主要供应商
• 1.3 膜-生物反应器的应用范围
• 1.4 膜污染控制
• 1.4.1 膜污染的影响因素
• 1.4.2 膜的清洗
• 1.5 膜-生物反应器在中国的应用
• 1.5.1 MBR技术在国内的发展进程
• 1.5.2 MBR在国内的工程应用
• 1.5.3 膜-生物反应器MBR技术历史市场与预测
• 第2章 课题的研究背景及内容
• 2.1 课题的研究背景
• 2.2 课题的来源
• 2.3 课题组前期研究成果
• 2.4 课题的研究内容
• 2.4.1 课题研究内容
• 2.4.2 拟解决的关键问题
• 2.4.3 主要创新点
• 2.4.4 研究技术路线
• 2.5 试验方法
• 2.5.1 设备和材料
• 2.5.2 分析测试项目
• 第3章 一体式平板膜-生物反应器中水回用工程
• 3.1 工程概况
• 3.2 主要设计参数
• 3.2.1 设计水质水量
• 3.2.2 MBR主要设计参数
• 3.2.3 主要构筑物和设备
• 3.2.4 设计特点
• 3.2.5 运行效果
• 3.3 与原有BAF中水工艺的对比
• 3.3.1 两种工艺出水水质比较
• 3.3.2 工艺比较
• 3.4 工程的经济技术分析
• 3.4.1 工程的经济性分析
• 3.4.2 与传统中水工艺的经济性比较
• 3.4.3 工程与国际知名厂商的经济性指标对比
• 第4章 MBR长期运行研究
• 4.1 长期运行中污染物质去除特性
• 4.1.1 COD的去除效果
• 4.1.2 NH4+-N的去除性能分析
• 4.1.3 对SS和浊度的去除
• 4.2 污泥动力学系数研究
• 4.3 工程运行中的关键技术开发
• 4.3.1 膜组件边侧固定技术
• 4.3.2 自动在线清洗设备
• 4.3.3 可清洗式曝气管的开发
• 4.3.4 事故紧急处理系统的开发
• 4.3.5 进、出水方式的优化
• 4.3.6 降低能耗的双层支架的开发
• 第5章 平板膜运行特性研究
• 5.1 平板膜长期运行特性研究
• 5.1.1 基本试验参数
• 5.1.2 运行通量及TMP变化情况
• 5.1.3 在线化学清洗的压力选择
• 5.1.4 膜污染原因分析
• 5.2 上下支架运行特性研究
• 5.2.1 上下双层膜组件污染差异研究
• 5.2.2 上下双层膜组件污染影响研究
• 第6章 一体式AO-MBR处理城市合流污水的试验研究
• 6.1 试验材料与方法
• 6.1.1 试验装置和工艺流程
• 6.1.2 原水水质
• 6.1.3 分析项目与方法
• 6.2 试验运行情况
• 6.2.1 反应器启动
• 6.2.2 反应器运行工况
• 6.3 结果与讨论
• 6.3.1 对污染物的去除效果
• 6.3.2 TN去除效果的影响因素
• 6.4 小结
• 第7章 结论与建议
• 7.1 结论
• 7.2 建议
• 致谢
• 参考文献
• 个人简历 在读期间发表的学术论文与研究成果