膜生物反應(yīng)器及電絮凝—過(guò)濾技術(shù)在分散式生活污水處理中的應(yīng)用研究

【摘要】： 對(duì)于生活污水集中收集處理受到限制的地區(qū),建立及推廣分散式生活污水處理技術(shù)成為解決該類地區(qū)水污染問(wèn)題的可行途徑。超濾膜生物反應(yīng)器(MBR)和電絮凝(EF)-過(guò)濾系統(tǒng)均具備占地面積小、出水水質(zhì)高和穩(wěn)定可靠等優(yōu)點(diǎn),因此本文對(duì)膜生物反應(yīng)器及電絮凝-過(guò)濾技術(shù)應(yīng)用于分散式生活污水處理進(jìn)行了研究。 超濾膜生物反應(yīng)器的研究采用德國(guó)某公司提供的一體化單級(jí)MBR。由于單級(jí)MBR設(shè)計(jì)參數(shù)固定且德國(guó)生活習(xí)慣與我國(guó)山區(qū)存在巨大差異,啟動(dòng)階段膜生物反應(yīng)器污泥負(fù)荷(F/M)遠(yuǎn)低于0.05kgCOD/kgMLSS·d,造成了嚴(yán)重的污泥解體。表征污泥活性的指標(biāo)單位氧氣利用率(SOUR)從37.25 mg O2/g MLSS/h降低到20.29 mg O2/g MLSS/h,污泥濃度從4g/L下降并穩(wěn)定在2g/L,污泥體積平均粒徑也從104μm降低到59μm,溶解性微生物產(chǎn)物SMP中蛋白和多糖的比例分別比初始階段增加了11倍和6.5倍,造成嚴(yán)重的膜污染。針對(duì)啟動(dòng)階段遇到的問(wèn)題,采用2g/L污泥濃度啟動(dòng),保證污泥負(fù)荷(F/M)在0.05kgCOD/kgMLSS·d以上,并在好氧生物池完成污泥馴化后將膜組件放入系統(tǒng)內(nèi)進(jìn)行一體化運(yùn)行,避免嚴(yán)重的膜污染。 環(huán)境溫度的變化也是制約單級(jí)MBR運(yùn)行的因素。水溫在13℃以上,單級(jí)MBR可保持優(yōu)異的COD以及氨氮的去除效率,同時(shí)由于超濾膜組件自身的特性,可保證對(duì)于懸浮顆粒物的全部去除。與傳統(tǒng)活性污泥系統(tǒng)類似,在水溫低于4℃的情況下,MBR反應(yīng)器內(nèi)的微生物進(jìn)入休眠狀態(tài),無(wú)法對(duì)水中污染物質(zhì)進(jìn)行分解代謝,對(duì)于氨氮和COD的去除均由膜組件的物理截留造成。當(dāng)水溫進(jìn)一步降低至0℃以下時(shí),污泥出現(xiàn)大面積解體、造成嚴(yán)重膜污染以及出水水質(zhì)惡化。建議MBR在分散式處理中統(tǒng)一采用埋地式安裝,以應(yīng)對(duì)當(dāng)?shù)氐牡蜏靥鞖狻? 無(wú)法高效脫氮除磷是單級(jí)MBR的瓶頸。對(duì)原有單級(jí)MBR進(jìn)行改良構(gòu)建兩級(jí)序批式膜生物反應(yīng)器(TSBMBR)實(shí)現(xiàn)了COD、NH3-N、TN和TP分別達(dá)到94%、90%、82%和90%以上的去除率,出水符合景觀用水標(biāo)準(zhǔn)。第一級(jí)反應(yīng)器(TSBMBR1)中污泥齡控制在5-7天,并創(chuàng)造適合聚磷菌PAOs生存的條件,系統(tǒng)始終保持高效的除磷效果。在TSBMBR1中形成了顆?；勰嗯c絮體污泥共存的現(xiàn)象。在系統(tǒng)運(yùn)行30天后,污泥SVI值穩(wěn)定在50ml/g,粒徑從84μm增長(zhǎng)到300μm。胞外聚合物EPS含量隨著顆?；倪M(jìn)行從接種狀態(tài)時(shí)的40 mg/g MLSS上升至80-100 mg/g MLSS,同時(shí)SMP伴隨著反應(yīng)器中污泥顆粒化的過(guò)程也從5 mg/g MLSS迅速增加至15-20 mg/g MLSS,隨著顆?；姆€(wěn)定SMP含量一直保持在較高的水平。同時(shí)污泥表面電荷負(fù)向增加,相對(duì)憎水性增強(qiáng)。 第二級(jí)反應(yīng)器(TSBMBR2)在排泥模式下污泥濃度穩(wěn)定在6-8g/L,污泥齡控制在25-30天,可保證高效的總氮去除率且膜通量穩(wěn)定沒(méi)有出現(xiàn)明顯的膜污染。同時(shí)由于泥齡長(zhǎng),系統(tǒng)內(nèi)出現(xiàn)大量原生和后生動(dòng)物。TSBMBR2進(jìn)入不排泥模式污泥濃度增長(zhǎng)至13g/L,同時(shí)SOUR從30 mg O2·g MLSS·h-1下降至10 mg O2·g MLSS·h-1,微生物進(jìn)入以內(nèi)源呼吸為主模式,反應(yīng)器內(nèi)形成以絲狀菌為主體的菌群模式。隨著系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中絲狀菌不斷大量繁殖,使得污泥表面電荷逐步下降,從接種污泥的-1.6meq./g MLSS下降到-2.6meq./g MLSS,同時(shí)污泥絮體的憎水性也顯著提高,從45%上升到95%,單位膜通量從最初的750 L?h-1?bar-1下降至400L?h-1?bar-1附近。通過(guò)SPSS的相關(guān)性分析可以發(fā)現(xiàn),EPS中的蛋白對(duì)污泥沉降性能具有明顯影響,并且由于EPS中蛋白組分占主導(dǎo),因此總EPS和污泥沉降性能也有較好的相關(guān)性,同時(shí)單位膜通量和SMP中的多糖含量有很好的相關(guān)性。 兩級(jí)序批式膜生物反應(yīng)器優(yōu)質(zhì)出水的代價(jià)是犧牲了膜單元的處理能力,膜組件處理能力僅為原有單級(jí)MBR的40%。同時(shí),兩級(jí)序批式膜生物反應(yīng)器無(wú)法對(duì)已有的單級(jí)MBR在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行改裝,因此在保證膜單元處理能力不變的情況下,使出水滿足回用水標(biāo)準(zhǔn)是下一步工作的方向。同時(shí),污水分散式處理技術(shù)也要求在保證高效處理能力的同時(shí),具備應(yīng)對(duì)突發(fā)性廢水如含重金屬?gòu)U水排放的能力。 采用電絮凝-沙濾系統(tǒng)對(duì)二級(jí)生物處理出水進(jìn)行深度處理,取得了97%的除磷效率和20-25%的總有機(jī)碳TOC去除率。該技術(shù)具有模塊化、占地面積小以及自動(dòng)化程度高等特點(diǎn),具備和其它處理工藝串連的能力。電絮凝-過(guò)濾技術(shù)可對(duì)含重金屬?gòu)U水進(jìn)行高效去除。選取Ni為目標(biāo)重金屬進(jìn)行處理發(fā)現(xiàn)溶解氧在電絮凝過(guò)程中起到非常重要的作用,并對(duì)后繼的過(guò)濾作用產(chǎn)生影響。隨著曝氣的加入,鐵電極釋放的鐵離子的量并沒(méi)有增加。通過(guò)試驗(yàn)可確定溶解氧耗盡拐點(diǎn)(DOEP)。本系統(tǒng)中1.3 mg/L DO可被認(rèn)為是DOEP同時(shí)是二價(jià)鐵離子富集的轉(zhuǎn)折點(diǎn)。曝氣可以使反應(yīng)器的溶解氧在DOEP之上,從而保證反應(yīng)器中三價(jià)鐵離子占主導(dǎo)。非曝氣狀態(tài)下電絮凝與微濾的結(jié)合以及曝氣狀態(tài)下電絮凝與沉淀和濾紙過(guò)濾的結(jié)合均可完全去除溶液中Ni和Fe離子,使出水達(dá)標(biāo)排放。 本文最后對(duì)單級(jí)MBR與電絮凝-沙濾聯(lián)用技術(shù)從理論可行性和運(yùn)行成本的角度進(jìn)行了分析,認(rèn)為該組合技術(shù)除了具有應(yīng)對(duì)突發(fā)重金屬?gòu)U水污染的能力,與兩級(jí)膜生物反應(yīng)器相比還具有運(yùn)行成本低和處理量高的特點(diǎn),且出水可滿足城市生活雜用水排放標(biāo)準(zhǔn)。因此有必要在接下來(lái)的工作中通過(guò)中試研究對(duì)該組合工藝進(jìn)行驗(yàn)證。 【關(guān)鍵詞】：膜生物反應(yīng)器 兩級(jí)序批式膜生物反應(yīng)器 電絮凝-過(guò)濾 分散式
【學(xué)位授予單位】：中國(guó)海洋大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2009
【分類號(hào)】：X703
【目錄】：

• 摘要5-8
• Abstract8-15
• 第一章 緒論15-32
• 1.1 污水分散式處理的意義15-16
• 1.2 分散式處理模式應(yīng)用于山區(qū)生活污水處理的實(shí)際意義16-17
• 1.3 MBR的研究進(jìn)展17-20
• 1.3.1 MBR的市場(chǎng)前景和應(yīng)用17-19
• 1.3.2 模塊化MBR存在的問(wèn)題19-20
• 1.4 MBR脫氮除磷的研究20-28
• 1.4.1 MBR生物脫氮技術(shù)20-22
• 1.4.2 MBR生物除磷技術(shù)22
• 1.4.3 聚糖原菌對(duì)聚磷菌吸磷的影響22-24
• 1.4.4 亞硝酸鹽對(duì)PAOs吸磷的影響24-25
• 1.4.5 反硝化除磷技術(shù)25
• 1.4.6 兩級(jí)SBR脫氮除磷研究25-27
• 1.4.7 常規(guī)化學(xué)除磷27-28
• 1.5 電絮凝技術(shù)的研究28-30
• 1.5.1 電化學(xué)的發(fā)展28
• 1.5.2 電絮凝技術(shù)的機(jī)理28-29
• 1.5.3 電絮凝的影響因素29-30
• 1.6 研究目的和研究?jī)?nèi)容30-32
• 1.6.1 研究目的30
• 1.6.2 研究?jī)?nèi)容30-32
• 第二章 試驗(yàn)裝置與分析方法32-42
• 2.1 試驗(yàn)裝置32-37
• 2.1.1 膜組件與反應(yīng)器單元32-33
• 2.1.2 接種污泥33
• 2.1.3 單級(jí)膜生物反應(yīng)器33-34
• 2.1.4 兩級(jí)序批式膜生物反應(yīng)器34-37
• 2.2 分析方法37-42
• 2.2.1 水樣的處理和保存37
• 2.2.2 常規(guī)水質(zhì)分析方法37-39
• 2.2.3 其他參數(shù)的分析測(cè)定39-42
• 第三章 單級(jí)膜生物反應(yīng)器用于分散式污水處理研究42-51
• 3.1 膜生物反應(yīng)器的啟動(dòng)42-46
• 3.1.1 啟動(dòng)階段的污泥特性分析42-43
• 3.1.2 啟動(dòng)階段膜污染的情況43-46
• 3.2 低溫對(duì)膜生物反應(yīng)器運(yùn)行的影響46-49
• 3.2.1 溫度對(duì)膜生物反應(yīng)器運(yùn)行的影響46
• 3.2.2 不同溫度段膜生物反應(yīng)器的運(yùn)行情況46-49
• 3.3 本章小結(jié)49-51
• 第四章 兩級(jí)序批式膜生物反應(yīng)器用于分散式污水處理研究51-79
• 4.1 兩級(jí)序批式膜生物反應(yīng)器處理效果分析51-58
• 4.1.1 對(duì)COD的去除效果51-53
• 4.1.2 對(duì)氨氮的去除效果53-54
• 4.1.3 對(duì)總氮的去除效果54-56
• 4.1.4 對(duì)總磷的去除效果56-58
• 4.2 TSBMBR1 污泥特性分析58-69
• 4.2.1 TSBMBR1 中污泥顆粒化分析59-61
• 4.2.2 TSBMBR1 中污泥形態(tài)分析61-65
• 4.2.3 TSBMBR1 污泥特性分析65-69
• 4.3 TSBMBR2 污泥特性分析69-77
• 4.3.1 TSBMBR2 污泥形態(tài)分析69-72
• 4.3.2 TSBMBR2 污泥特性分析72-76
• 4.3.3 相關(guān)性分析76-77
• 4.4 本章小結(jié)77-79
• 第五章 電絮凝－過(guò)濾技術(shù)研究79-98
• 5.1 電絮凝－過(guò)濾技術(shù)用于生活污水的深度處理79-85
• 5.1.1 電絮凝－沙濾系統(tǒng)80-82
• 5.1.2 運(yùn)行效果分析82-85
• 5.2 電絮凝－過(guò)濾技術(shù)用于含重金屬離子廢水的處理85-94
• 5.2.1 實(shí)驗(yàn)裝置86-88
• 5.2.2 配水水質(zhì)88
• 5.2.3 實(shí)驗(yàn)方法88-89
• 5.2.4 試驗(yàn)結(jié)果分析89-94
• 5.3 電絮凝－沙濾技術(shù)與單級(jí)MBR聯(lián)用可行性分析94-96
• 5.3.1 理論可行性分析94-95
• 5.3.2 運(yùn)行成本分析95-96
• 5.4 本章小結(jié)96-98
• 第六章 創(chuàng)新點(diǎn)與展望98-99
• 6.1 創(chuàng)新點(diǎn)98
• 6.2 展望98-99
• 參考文獻(xiàn)99-107
• 致謝107-108
• 個(gè)人簡(jiǎn)歷、在學(xué)期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文與研究成果108-109

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固定化細(xì)胞膜生物反應(yīng)器脫除地下水中硝酸鹽的研究    李棟

A/O膜生物反應(yīng)器脫氮特性研究    李瑞賢

膜生物反應(yīng)器應(yīng)用于海水養(yǎng)殖廢水處理的基礎(chǔ)研究    沈加正

一體式膜生物反應(yīng)器和序批式膜生物反應(yīng)器處理生活污水的實(shí)驗(yàn)研究    傅振鵬

一體式膜生物反應(yīng)器膜污染控制的研究    陳紅楓

新型膜生物反應(yīng)器開發(fā)及性能研究    張西旺

超聲波強(qiáng)化膜生物反應(yīng)器處理低溫城市污水脫氮性能研究    王波

膜生物反應(yīng)器處理生活污水運(yùn)行控制優(yōu)化研究    陳旭東

序批式膜生物反應(yīng)器處理抗生素廢水的試驗(yàn)研究    盛金聰