序批式斜板动态膜生物反应器（SIDMBR）处理乳化石油污水的室内试验研究

【摘要】：膜生物反应器是最近发展起来的一种将膜分离技术与传统生物处理技术相结合的较新型的污水处理技术,其具有工艺流程简单、处理效果好、占地面积小和剩余污泥量少等优点,该技术经过近几十年的发展,其应用领域不断扩大,逐渐引起了人们的广泛关注并得到了普遍认可但是,膜组件本身的高造价和易污染等一系列问题逐渐成为制约其大范围推广应用的主要因素,这也直接导致膜生物反应器当前处于一种高性能高造价的局面之中。 本文以乳化石油污水为处理对象,通过室内试验,对序批式斜板动态膜生物反应器(Sequencing Inclined Dynamic Membrane Biological Reactor,SIDMBR)处理该废水的效果进行了深入研究,并在一定范围内确定了该反应器运行的最佳工艺条件和稳定运行阶段对乳化石油污水的处理效果,以及投加粉煤灰对反应器处理乳化石油污水的可行性和运行效果的影响。 本研究首先通过膜组件对比筛选试验选择了以价格低廉的不锈钢丝网代替传统昂贵的膜组件来构建SIDMBR装置,其除保留了传统膜生物反应器的所有优点外,其余性能亦保持完好甚至更优。然后通过研究膜污染机理验证了所选膜组件的优良性能,进而在一定程度上有效地解决了限制膜技术发展与应用过程中所面临的膜材料价格昂贵和膜易污染的问题。从而为该工艺在小规模工业污水实地处理中的进一步推广应用提供了一定的科学参考依据,因此,本研究对于生物膜工艺的进一步推广和应用都具有比较重要的理论和现实意义。 试验结果表明：不锈钢丝网的实用性能大大优于尼龙筛网和工业滤布,故本试验选用的不锈钢丝网组成膜组件(140目)。反应器在水力停留时间(Hydraulic retention time, HRT)24h(其中厌氧4h,好氧20h)进水油浓度150mg/L,溶解氧(Dissolved Oxygen, DO)浓度3mg/L的条件下对乳化石油污水中COD、氨氮和总油的去除效果均良好,其去除率分别达到94.4%、93.7%和99.2%,出水水质完全符合《污水综合排放标准》GB8978-1996一级标准对出水COD、氨氮和总油的要求,并依此确定上述条件为本试验的最佳工艺条件。此外反应器在上述条件下稳定运行时对这些污染物均具有很好的去除效果(对COD、氨氮和总油的平均去除率分别为93.9%、93.5%和99.0%)。 粉煤灰对乳化石油污水的吸附特性和投加量的试验研究表明：粉煤灰对乳化石油污水中总油和COD的吸附效果均具有较好,其对两者的吸附速率分别为0.39和4.00mg/L·min；但是,反应器对氨氮的吸附为负吸附,其吸附速率为-0.13mg/L·min；三类污染物的吸附平衡时间均为40min。其中总油的吸附等温线基本符合吸附等温线S型；COD的吸附等温线不规则,而氨氮的整个吸附等温线均位于横轴的下方。随乳化石油污水水量的增加,投加一定量的粉煤灰对总油和COD的吸附量均在增加,最大吸附量分别为1.44和11.4mg/g,而对氨氮的吸附量较小,甚至出现负吸附。在粉煤灰的投加量在0～2.4mg/L范围内时,其最佳投加量为1.6g/L,此时试验装置总油和COD的去除率达到最高(分别为97.8%和94.6%),两者在出水中总油和COD浓度分别为3.3和40mg/L,对氨氮的去除率为84.6%,其在出水中的浓度为11.2mg/L 同时,针对粉煤灰投加对膜成分和膜结构的影响,本试验也进行了较深入研究,其中对膜成分的影响试验表明：不同粉煤灰投加量下的反应器中胞外聚合物(EPS)、固着态胞外多聚物(TB)和溶解态胞外多聚物(LB)比未投加时都有了一定量的下降,而对膜结构的影响试验表明：在投加量为0～1.6g/L时,膜通量随投加量的增加而上升,投加量为1.6-2.4g/L时,则出现相反情况,此外,上述试验中总滤饼层的生物膜量均随着粉煤灰投加量的增加而减小,凝胶层的生物膜量在粉煤灰投加量1.6g/L范围内时随着投加量的增加而减小；其在粉煤灰投加量1.6g/L范围内时随着投加量的增加而增加。动态膜附着的颗粒粒径随着粉煤灰投加量的增加而增大,当粉煤灰投加量为2.4g/L时,动态膜的表面结构有些类似凝胶状,颗粒之间相互胶连。但其中TB.EPS各组分含量和比值随着粉煤灰投加量的增加而先减少后增加,在投加量为1.6g/L时达到最低值。各个粉煤灰投加量下动态膜红外图谱的特征峰大致相同,但在吸收强度上却有略微的差异。 【关键词】：序批式斜板动态膜生物反应器 乳化石油污水 粉煤灰 膜通量 膜污染
【学位授予单位】：兰州理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：X703
【目录】：

• 摘要8-10
• Abstract10-13
• 第1章 绪论13-25
• 1.1 石油污水概述13-15
• 1.1.1 石油污水13
• 1.1.2 石油污水的来源13-14
• 1.1.3 石油污水的危害14
• 1.1.4 石油污水中污染物的存在形式14-15
• 1.2 乳化石油污水处理现状15-19
• 1.2.1 乳化石油污水的常用处理方法15-16
• 1.2.2 乳化石油污水处理现状及发展16-18
• 1.2.3 膜法处理乳化石油污水的研究18-19
• 1.3 膜生物反应器简介19-20
• 1.3.1 膜及膜分离19
• 1.3.2 膜组件19-20
• 1.3.3 膜生物反应器及其特点20
• 1.4 膜生物反应器的研究进展20-22
• 1.4.1 动态膜生物反应器21-22
• 1.4.2 序批式膜生物反应器22
• 1.4.3 斜板膜生物反应器22
• 1.5 膜生物反应器存在的问题及研究热点22-23
• 1.6 本课题研究的目的、意义和内容23-25
• 1.6.1 研究目的和意义23
• 1.6.2 研究内容23-25
• 第2章 试验装置和分析方法25-35
• 2.1 膜组件的选择25-30
• 2.1.1 膜基材孔径25
• 2.1.2 动态膜的成膜材料25-29
• 2.1.3 小结29-30
• 2.2 试验装置30-31
• 2.3 试验仪器31
• 2.4 试验药品31
• 2.5 试验方法31-35
• 2.5.1 总油含量测定31-33
• 2.5.2 COD含量测定33
• 2.5.3 氨氮含量测定33-34
• 2.5.4 溶解氧测定34-35
• 第3章 SIDMBR处理乳化石油污水的研究35-55
• 3.1 动态膜生物反应器的启动研究35-41
• 3.1.1 反应器的启动与调试35
• 3.1.2 动态膜挂膜试验35-36
• 3.1.3 活性污泥的驯化36-39
• 3.1.4 培养驯化过程中生物相的变化39-41
• 3.2 反应器最佳工艺条件的确定41-51
• 3.2.1 水力停留时间(HRT)41-43
• 3.2.2 进水浓度43-45
• 3.2.3 DO浓度对处理效果的影响45-47
• 3.2.4 好氧/厌氧组合47-51
• 3.2.5 小结51
• 3.3 反应器稳定运行研究51-55
• 3.3.1 对COD的去除效果52
• 3.3.2 对油的去除效果52-53
• 3.3.3 对氨氮的去除效果53-54
• 3.3.4 小结54-55
• 第4章 粉煤灰投加对乳化石油污水处理性能和膜结构与成分的研究55-74
• 4.1 粉煤灰对乳化石油污水的吸附特性及其最优投加量研究55-64
• 4.1.1 试验材料56
• 4.1.2 试验方法56-57
• 4.1.3 试验结果与讨论57-64
• 4.1.4 结论64
• 4.2 对膜结构和成分的影响64-74
• 4.2.1 试验材料65
• 4.2.2 分析方法65-66
• 4.2.3 试验结果与讨论66-73
• 4.2.4 结论73-74
• 第5章 结论与建议74-77
• 5.1 结论74-75
• 5.2 创新点75-76
• 5.3 建议76-77
• 参考文献77-85
• 致谢85-86
• 附录A 攻读学位期间所发表的学术论文目录86

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