膜生物反应器中填料对污泥性质及膜污染改善的研究

论文摘要

膜污染已成为限制膜生物反应器（Membrane bioreactor,MBR）推广应用的主要障碍。在膜生物反应器中投加填料可以减轻膜污染,填料对膜污染的影响来源于两方面作用：一、填料的直接物理作用,主要通过碰撞刮除膜表面滤饼层来改善膜污染；二、填料的间接生化作用,主要通过填料改变污泥特性来影响膜污染。为定量研究填料上述两方面作用对改善膜污染的贡献,本文设计了三个不同的膜生物反应器,分别为悬浮式生长的膜生物反应器（Suspended-growth MBR,简称SMBR）,附着式生长的膜生物反应器（Attached-growth MBR,简称AMBR）以及带有隔板的附着式生长的膜生物反应器（Attached-growth MBR with barriers,简称AMBRb）,进而考察填料的投加对膜污染的减缓作用及其机理。本课题通过使用一种填料在四种不同填充比下对三个反应器的运行效果和膜污染进行对比,来研究填料对膜污染的影响。首先,对反应器运行效果和膜阻力进行研究,其结果如下：1.三个反应器中COD和NH3-N在不同填充比下去除率均分别达到了95%及92%以上,表明三个反应器出水水质较好。2.在填充比为30%时,AMBR、 AMBRb相对于SMBR的反应器运行时间比分别为4.2和3.5,表明本实验的最佳填充比为30%。3.填料产生的膜阻力减小值（Rsm）占-30kPa时总的膜阻力（Rt）的比例从60%至78%,表明填料极大地改善了膜污染。由填料间接生化作用引起的膜阻力减小值（Rcm）在Rsm中的比例从84%至91%,说明填料对污泥特性的改变在改善膜污染中占主要作用。为了研究污泥特性对膜污染的影响,本课题采用线性回归分析方法,针对污泥粒径、可溶性微生物产物（SMP）、丝状菌指数（FI）、污泥体积指数（SVI）、胞外聚合物（bEPS）,对膜污染速率（MFR）进行线性回归分析。对污泥特性的研究结果如下：1.污泥粒径随着填料填充比增大而减少,而过了填充比20%后,粒径有所增长,此外,污泥颗粒大小与膜污染速率（MFR）无显著相关性（r=0.73,P=0.137）,表明在本实验中污泥粒径不是影响膜污染的主要因素。2. AMBR和AMBRb中的可溶性微生物产物（SMP）只略有不同于SMBR,此外,SMP r= 0.09, P= 0.455)和MFR没有显著的相关性,表明SMP对膜污染速率没有明显的影响。3.在AMBR和AMBRb中,胞外聚合物（bEPS）的量在填充比为30%时相对SMBR出现最低量,分别占SMBR中bEPS量的72%和76%。bEPS（r=0.94,P=0.032）和其组分蛋白质（r=0.96,P=0.021）显示了与MFR有着显著的正相关性,说明在本次研究中bEPS是影响膜污染速率的重要因素,而其组分蛋白质是影响膜污染的主要因素。4.FI （r=-0.66, P= 0.169）与MFR没有显著的相关性,FI对膜污染没有明显的影响。5.AMBR和AMBRb中的SVI相比SMBR中有明显的增大,在填充比为30%时达到峰值（从60ml/g分别增大至108和102ml/g）,表明AMBR和AMBRb中污泥絮体沉降性能比SMBR差。SVI（r=-0.78,P=0.112）与MFR没有显著的相关性,SVI对膜污染没有明显的影响。以上研究结果显示,在本实验中,bEPS中的成分蛋白质是影响膜污染的主要物质。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 膜生物反应器处理工艺简述
• 1.1.1 膜生物反应器的概述
• 1.1.2 膜生物反应器的原理及类型
• 1.1.3 膜生物反应器的工艺特点
• 1.1.4 膜生物反应器在废水处理中的应用
• 1.2 膜生物反应器中膜污染研究现状
• 1.2.1 膜污染简介
• 1.2.2 膜污染影响因素
• 1.2.3 膜污染防治措施
• 1.3 填料在膜生物反应器中的应用现状
• 1.4 本课题研究意义、目的及内容
• 1.4.1 研究意义
• 1.4.2 研究目的
• 1.4.3 研究内容
• 第二章 实验材料和方法
• 2.1 实验装置和材料
• 2.2 实验进水及运行参数
• 2.2.1 实验进水
• 2.2.2 实验运行参数
• 2.3 膜组件的清洗
• 2.4 实验分析方法
• 2.4.1 检测项目
• 2.4.2 检测方法
• 第三章 填料对膜污染影响研究
• 3.1 三个膜生物反应器的运行性能
• 3.2 膜污染分析
• 3.2.1 隔板对于膜污染的影响分析
• 3.2.2 填料对于膜污染的影响分析
• 3.3 膜阻力分析
• 3.3.1 膜阻力计算方法
• 3.3.2 膜阻力计算
• 3.4 本章小结
• 第四章 污泥特性对膜污染影响研究
• 4.1 污泥特性与膜污染的线性回归分析
• 4.1.1 膜污染速率定义
• 4.1.2 线性回归分析
• 4.2 污泥颗粒粒径对膜污染的影响
• 4.3 bEPS和SMP对膜污染的影响
• 4.3.1 bEPS和SMP的类型
• 4.3.2 bEPS和SMP对膜污染的影响研究
• 4.4 FI及SVI对膜污染的影响
• 4.5 本章小结
• 第五章 结论与展望
• 5.1 结论
• 5.2 建议
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士学位期间获得的成果