缺氧/好氧复合式膜生物反应器脱氮效能及膜污染行为研究

论文摘要

缺氧/好氧膜生物反应器（A/O-MBR）因增加前置反硝化区实现了一定的脱氮除磷效果，但其在运行过程中仍面临出水总氮不理想、膜污染等问题。因此，如何提高A/O-MBR系统的脱氮效果以及延缓膜污染亟待研究。本论文课题来源于西部建筑科技国家重点实验室（筹）开放研究基金项目——分散聚居区污水处理及资源化技术研究（No.08KF08），重点研究了缺氧/好氧复合式膜生物反应器的脱氮效能及膜污染行为。本课题基于填料理论及传统缺氧/好氧MBR（简称A/O-CMBR）理论，在A/O-CMBR的好氧池中投加填充率约8%的悬浮生物填料，构成缺氧/好氧复合式膜生物反应器系统（简称A/O-HMBR）。首先考察了A/O-CMBR系统在最佳条件下对生活污水的处理效果，重点研究了A/O-HMBR系统在改变主要影响参数（进水C/N、曝气强度、HRT）条件下的脱氮效果、机理和投加填料对膜污染的影响。实验结果表明：（1）A/O-CMBR系统在最佳运行条件下对生活污水中COD、NH3-N有良好的去除效果，对NH3-N的总去除率保持在95%以上，能够达到GB18918-2002中一级A标准，TN去除效果不佳，去除率在54.068.8%之间，不能达到标准要求。（2）对于A/O-HMBR系统，改变C/N对硝化效果影响不大，对反硝化效果影响显著，在C/N=7时，TN去除效果最佳。随着曝气强度的增大，NH3-N去除率升高，TN去除效果先增大后降低，曝气强度为20m3/h时脱氮效果最佳。HRT对脱氮效果的影响相对较小，在HRT=8h，脱氮效果达到最佳。脱氮效果最佳时，NH3-N、TN出水浓度均能满足GB18918-2002中一级A标准。（3）在HRT=8h、C/N=7、曝气强度为20m3/h时，根据Monod方程计算出A/O-HMBR系统的硝化及反硝化速率，系统的比硝化速率为k=0.04kgNH3-N/kgTB·d，与常规活性污泥工艺相当，最大反硝化速率常数为k ’=3.51×10-4d-1，大于常规活性污泥工艺。（4）A/O-CMBR和A/O-HMBR两系统在大致相同的条件下运行时，研究两系统单位混合液体积中EPS的含量，A/O-HMBR系统中EPS含量低于A/O-CMBR系统，填料的介入使得EPS含量有所降低，延缓了膜污染速度。运用错流过滤条件下的滤饼层阻力模型△P=J2t/a+bt,在本实验条件下计算出A/O-CMBR和A/O-HMBR系统的滤饼层阻力模型分别为△P=100t/17.58+3.677t和△P=100t/41.928+3.692t,用两模型分别模拟计算两个系统中的TMP变化情况。模拟.结果较好地体现了A/O-HMBR有效减缓膜污染速度的作用。（5）最后,通过观察SEM图像,A/O-CMBR系统膜污染较严重,A/O-HMBR系统膜污染较轻,投加悬浮填料减轻了膜污染程度。另外,分别对膜组件进行了清洗,考察了膜通量恢复情况,A/O-HMBR系统恢复较好。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题来源及背景
• 1.2 课题研究目的、内容及意义
• 1.2.1 研究目的
• 1.2.2 研究内容及意义
• 第2章 废水生物脱氮理论及发展
• 2.1 生物脱氮理论及发展
• 2.1.1 传统生物脱氮理论及影响因素
• 2.1.2 同时硝化反硝化（SND）理论
• 2.2 MBR 脱氮工艺的研究及发展
• 2.2.1 传统 A/O-MBR 脱氮工艺
• 2.2.2 基于 SND 的 MBR 脱氮工艺
• 2.2.3 膜污染理论
• 2.3 填料脱氮理论及应用
• 2.3.1 悬浮填料的特性及作用
• 2.3.2 填料在废水处理中的应用及发展
• 第3章 实验材料与方法
• 3.1 实验材料
• 3.1.1 实验装置与流程
• 3.1.2 实验膜组件
• 3.1.3 SPR-1 型生物填料
• 3.1.4 实验主要设备及仪器
• 3.2 实验原水
• 3.3 分析项目及监测方法
• 3.3.1 常规分析项目
• 3.3.2 填料上生物量的测定
• 3.3.3 活性污泥粒径分布
• 3.3.4 微生物代谢产物（EPS）的提取与分析
• 3.3.5 膜表面污染情况
• 第4章 缺氧/好氧复合式膜生物反应器脱氮效能研究
• 4.1 实验启动
• 4.1.1 污泥驯化
• 4.1.2 A/O-CMBR 系统处理效果
• 4.1.3 载体挂膜
• 4.2 改变运行参数对 A/O-HMBR 系统脱氮效果的影响研究
• 4.2.1 进水 COD/TN 对脱氮效果的影响
• 4.2.2 曝气强度对脱氮效果的影响
• 4.2.3 HRT 对脱氮效果的影响
• 4.3 A/O-HMBR 系统中的微生物构成及特点
• 4.4 本实验同时硝化反硝化机理探讨
• 4.5 本章小结
• 第5章 投加悬浮填料对膜污染的影响研究
• 5.1 微生物胞外聚合物 EPS 分布情况
• 5.2 跨膜压差 TMP 的变化情况
• 5.3 活性污泥颗粒粒径
• 5.4 膜组件的清洗及膜污染电镜观察
• 5.4.1 膜污染电镜观察
• 5.4.2 膜组件的清洗
• 5.5 本章小结
• 第6章 结论与建议
• 6.1 结论
• 6.2 建议
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文及科研工作
• 1 发表的学术论文
• 2 进行的科研工作
• 致谢