污泥性质对动态膜生物反应器膜污染的影响研究

论文摘要

动态膜生物反应器（Dynamic Membrane Bio-Reactor, DMBR）是近年来兴起的水处理新工艺,利用过滤过程中在大孔径网膜表明形成的污泥层起到截留和固液分离作用。它解决了传统膜生物反应器膜组件成本高、动力消耗大等问题,具有较高的研究价值和发展前景。在动态膜过滤的过程中,溶液中过滤物在一定水头差的作用下被截留或吸附在膜表面形成滤饼,当泥饼层达到一定厚度造成膜通量的下降及过膜压力的上升,这一现象称为动态膜的膜污染。滤饼层虽然会使能耗增大,但有助于对小粒子的截留,提高过滤分离性能,与常规微滤膜相比,它的渗透性也更好。但与传统膜生物反应器一样,膜污染问题仍然是限制其发展的重要瓶颈。本研究应用动态膜原理,以90μm孔径的尼龙筛网材料构成一体式DMBR处理模拟城市生活污水,研究发现初始通量与动态膜形成速度呈正相关。在污泥浓度为4500mg/L、膜通量为10L/（m2·h）的条件下,稳定运行后,动态膜生物反应器系统对COD、氨氮平均去除率为92.4%、93.1%,其中动态膜对COD、氨氮平均去除率为7.6%、7.2%。说明动态膜生物反应器对污染物质的去除主要依靠活性污泥混合液,动态膜的生物降解作用也能去除小部分污染物质。污泥的胞外聚合物（EPS）主要由蛋白质和多糖组成,蛋白质与多糖在污泥内积累。电子显微镜镜检观察污泥混合液中的生物相也随运行时间发生变化,反应器运行过程中混合液活性污泥发生膨胀,后期大量污泥解体,通过傅里叶红外FTIR检测出动态膜膜面的主要污染物质是多糖和蛋白质。探讨了正常污泥、膨胀污泥和解体污泥动态膜形成和膜污染特点,通过比较EPS、相对疏水性（RH）、污泥混合液粘度（μ）、Zeta电位、接触角这些物化性质来定量研究膜污染机理,并通过过滤阻力试验测试污泥阻力分布。研究结果表明,正常污泥的过滤周期较长,膨胀污泥形成动态膜的时间最短,相同时刻解体污泥的过滤阻力最大,膨胀污泥由于丝状菌累积导致较厚的泥饼层和严重的膜污染;解体污泥由于胶体颗粒和可溶性物质沉积在膜面堵塞膜孔,使有效过滤面积减小;而正常污泥膜污染形成缓慢,抗污染性能最好。EPS含量和组成以及污泥形态是决定污泥性质并影响动态膜生物反应器膜污染的主要因素。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 膜生物反应器MBR 的组成及特点
• 1.2.1 MBR 的技术特点
• 1.2.2 MBR 的组成及分类
• 1.2.3 MBR 的优点
• 1.3 动态膜生物反应器的研究现状
• 1.3.1 动态膜生物反应器
• 1.3.2 DMBR 的特点
• 1.3.3 DMBR对污染物的去除效果研究
• 1.3.4 DMBR的主要影响参数研究
• 1.4 膜生物反应器中膜污染问题
• 1.4.1 膜污染现象及表征
• 1.4.2 膜污染影响因素和控制方法
• 1.4.3 膜的清洗与再生
• 1.5 本文研究目的和内容
• 1.5.1 研究目的
• 1.5.2 研究内容
• 第二章 实验装置与分析方法
• 2.1 膜组件和反应器的进水组成
• 2.1.1 实验装置
• 2.1.2 膜基材和反应器的进水组成
• 2.1.3 实验污泥
• 2.2 常规检测项目及分析方法
• 2.2.1 活性污泥及微生物的检测方法
• 2.2.2 膜通量测试试验
• 2.2.3 红外分析（FTIR）
• 2.2.4 静态接触角的测定
• 2.2.5 其他常见的测试项目的测定方法
• 2.2.6 动态膜去除率的计算方法
• 2.3 污泥性质的表征方法
• 2.3.1 胞外聚合物的提取与分析
• 2.3.2 污泥絮体的相对疏水性（RH）
• 2.3.3 污泥粘度（μ）
• 2.3.4 Zeta 电位
• 2.3.5 污泥沉降指数（SVI）
• 2.3.6 上清液悬浮颗粒（SS）
• 2.3.7 溶解性有机物（SMP）
• 2.3.8 污泥中丝状菌相对数量（FI）
• 2.4 膜污染阻力的表征方法
• 2.5 实验步骤及方案
• 2.5.1 实验步骤
• 2.5.2 实验方案
• 2.6 本章小结
• 第三章 动态膜运行特性研究
• 3.1 理论基础
• 3.2 实验概述
• 3.3 实验结果与分析
• 3.3.1 通量对动态膜形成的影响
• 3.3.2 动态膜对污染物的去除特性分析
• 3.3.3 DMBR 中 EPS 的组成与含量
• 3.3.4 DMBR 污泥混合液生物相的特点
• 3.3.5 膜污染行为分析及膜的再生
• 3.3.6 膜面污染前后对比及膜面污染物质分析
• 3.4 本章小结
• 第四章 污泥性质对膜污染的影响研究
• 4.1 理论基础
• 4.2 实验概述
• 4.3 实验结果与分析
• 4.3.1 污泥形态和进水流量对动态膜形成的影响
• 4.3.2 DMBR 中溶解性微生物产物（SMP）的影响
• 4.3.3 污泥形态对DMBR 膜过滤的影响
• 4.3.4 污泥形态对膜污染阻力分布的影响
• 4.3.5 污泥形态与胞外聚合物EPS 的关系
• 4.3.6 污泥形态与相对疏水性RH、粘度μ、Zeta 电位、接触角的关系
• 4.3.7 EPS 与污泥各理化性质的关系
• 4.4 本章小结
• 第五章 结论与建议
• 5.1 结论
• 5.2 建议
• 参考文献
• 致谢
• 个人简历