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

【摘要】： 由于低溫環(huán)境對(duì)微生物的影響,我國(guó)北方寒冷地區(qū)城市污水的生物處理一直面臨處理效果低、出水難以達(dá)標(biāo)的困擾。膜生物反應(yīng)器處理低溫城市污水具有潛在優(yōu)勢(shì),該技術(shù)已經(jīng)在污水回用和難降解有機(jī)廢水處理領(lǐng)域嶄露頭角,并在世界范圍內(nèi)許多實(shí)際工程中得到了成功的應(yīng)用?？疾炷ど锓磻?yīng)器對(duì)低溫污水的處理效果和研究其強(qiáng)化措施具有重要的意義。 本實(shí)驗(yàn)采用一體式膜生物反應(yīng)器(SMBR)對(duì)低溫污水進(jìn)行處理,研究了該反應(yīng)器在低溫條件下,超聲波強(qiáng)化生物脫氮效果的最佳作用參數(shù)及在該參數(shù)強(qiáng)化下長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行的強(qiáng)化效果。并探討了施加超聲波后對(duì)膜污染現(xiàn)象的影響,重點(diǎn)研究了超聲波強(qiáng)化的作用機(jī)理。 實(shí)驗(yàn)采用自行設(shè)計(jì)的SMBR,有效容積為28L,實(shí)驗(yàn)用水為人工配制,水溫控制為10±1℃,HRT為2.4h。啟動(dòng)期不進(jìn)行超聲波強(qiáng)化的結(jié)果表明,SMBR處理低溫城市污水時(shí)啟動(dòng)期較長(zhǎng),為27d。低溫對(duì)SMBR中COD總?cè)コ实挠绊懖淮?COD總?cè)コ嗜阅芫S持在90%以上,而對(duì)NH_3-N去除的影響較大。低溫條件下SMBR啟動(dòng)初期對(duì)NH_3-N的處理效果很差,隨著硝化細(xì)菌對(duì)環(huán)境的逐漸適應(yīng), NH_3-N去除率才開始逐漸上升。在第27d COD去除率達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)時(shí),NH_3-N的生物去除率和總?cè)コ史謩e達(dá)到59.7%和64.9%。但此時(shí)NH_3-N去除效果并沒有達(dá)到穩(wěn)態(tài),去除率還繼續(xù)上升,第31天達(dá)到69.6%。此后,穩(wěn)定在65%到70%之間。 引入低強(qiáng)度超聲波強(qiáng)化SMBR運(yùn)行后,在短HRT條件下對(duì)提高低溫城市污水處理效果有明顯作用。在超聲波輻照后的48h內(nèi)每間隔2h到6h取樣,考察不同超聲波參數(shù)組合對(duì)NH_3-N降解的強(qiáng)化作用。結(jié)果表明,功率密度為0.21W/L、輻照時(shí)間為20min及0.28W/L、15min,能量消耗為4.2W·min /L的超聲波為最佳參數(shù)。結(jié)果表明,在此超聲波參數(shù)作用下, NH_3-N生物去除率提高百分比約為32%。出水中的含氮化合物主要是NH_3-N,NO2-N和NO3-N含量很低。輻照間隔縮短為原來的一半時(shí),膜清洗周期延長(zhǎng)了兩天。隨著系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)間的延長(zhǎng),反應(yīng)器中EPS的總量升高,說明隨著系統(tǒng)的長(zhǎng)期運(yùn)行,膜污染程度加重。EPS中的主要成分為蛋白質(zhì),而且系統(tǒng)運(yùn)行的各階段多糖含量沒有明顯變化,因此可以認(rèn)為蛋白質(zhì)是引起膜污染加劇的主要原因。引入超聲波對(duì)污泥強(qiáng)化后,有效預(yù)防了污泥膨脹的問題。 最后,實(shí)驗(yàn)對(duì)超聲波強(qiáng)化低溫城市污水生物處理的作用機(jī)理進(jìn)行了探討。超聲波輻照可以改變細(xì)胞膜通透性,隨著超聲波功率密度的增加細(xì)胞膜通透性逐漸增加,從而加快細(xì)胞內(nèi)外物質(zhì)交換、傳輸和可逆滲透。超聲波對(duì)細(xì)胞膜通透性的改變作用比脫氫酶活性提高率能更好地解釋超聲波參數(shù)選擇與NH_3-N去除率提高比的關(guān)系。功率密度為0.14W/L和0.21W/L時(shí),隨著輻照時(shí)間和功率密度的增大,細(xì)胞膜通透性也提高。當(dāng)超聲波輸入能量過大時(shí),細(xì)胞膜上產(chǎn)生的孔太大而使得細(xì)胞不能完成自我修復(fù),發(fā)生不可逆細(xì)胞膜通透性改變,從而影響到微生物細(xì)胞代謝功能的提高。 【關(guān)鍵詞】：一體式膜生物反應(yīng)器 超聲波 低溫污水
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2010
【分類號(hào)】：X703.1
【目錄】：

• 摘要4-6
• Abstract6-10
• 第1章 緒論10-25
• 1.1 研究目的及意義10-11
• 1.1.1 課題來源10
• 1.1.2 研究的目的及意義10-11
• 1.2 低溫污水處理工藝的研究現(xiàn)狀11-14
• 1.3 膜生物反應(yīng)器處理低溫污水研究現(xiàn)狀14-18
• 1.3.1 一體式膜生物反應(yīng)器的特點(diǎn)14-16
• 1.3.2 膜生物反應(yīng)器在低溫城市污水處理中的研究16-18
• 1.4 超聲波應(yīng)用在污水處理的研究現(xiàn)狀18-24
• 1.4.1 低強(qiáng)度超聲波的作用機(jī)理18-20
• 1.4.2 低強(qiáng)度超聲波強(qiáng)化污水生物處理的主要影響因素20-22
• 1.4.3 超聲波在污水處理中的應(yīng)用現(xiàn)狀22-24
• 1.5 研究的主要內(nèi)容24-25
• 第2章 實(shí)驗(yàn)材料與方法25-32
• 2.1 實(shí)驗(yàn)材料25-27
• 2.1.1 實(shí)驗(yàn)裝置25-26
• 2.1.2 浸沒式微濾膜組件26
• 2.1.3 實(shí)驗(yàn)用水與水質(zhì)26-27
• 2.2 分析項(xiàng)目與方法27-32
• 2.2.1 常規(guī)分析項(xiàng)目與方法27
• 2.2.2 混合液中EPS 的測(cè)定27-29
• 2.2.3 脫氫酶活性研究方法29-30
• 2.2.4 細(xì)胞膜通透性研究方法30
• 2.2.5 實(shí)驗(yàn)所用主要化學(xué)試劑30-32
• 第3章 超聲波強(qiáng)化低溫污水脫氮的參數(shù)優(yōu)選32-44
• 3.1 低溫下反應(yīng)器的啟動(dòng)32-36
• 3.1.1 啟動(dòng)階段反應(yīng)器運(yùn)行條件32-33
• 3.1.2 啟動(dòng)階段運(yùn)行效果分析33-35
• 3.1.3 膜過濾壓差的變化35-36
• 3.2 超聲波參數(shù)選擇36-43
• 3.2.1 功率密度及輻照時(shí)間的選擇36-42
• 3.2.2 輻照時(shí)間間隔選擇42-43
• 3.3 本章小結(jié)43-44
• 第4章 超聲波強(qiáng)化低溫污水脫氮性能與機(jī)理初探44-60
• 4.1 超聲波強(qiáng)化效果44-48
• 4.1.1 輻照時(shí)間間隔為48h 的超聲波強(qiáng)化效果44-46
• 4.1.2 輻照時(shí)間間隔為24h 的超聲波強(qiáng)化效果46-48
• 4.2 超聲波強(qiáng)化對(duì)膜污染的影響48-53
• 4.2.1 EPS 含量與膜污染的關(guān)系48-50
• 4.2.2 輻照時(shí)間間隔48h 的EPS 含量分析50-51
• 4.2.3 輻照時(shí)間間隔24h 的EPS 含量分析51-53
• 4.3 超聲波強(qiáng)化作用機(jī)理初探53-58
• 4.3.1 超聲波輻照后脫氫酶的改變53-56
• 4.3.2 超聲波輻照后細(xì)胞膜通透性的改變56-58
• 4.4 本章小結(jié)58-60
• 結(jié)論60-62
• 參考文獻(xiàn)62-68
• 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表的論文及其它成果68-70
• 致謝70

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