一体式厌氧流化床—膜生物反应器处理生活污水试验研究

【摘要】：伴随我国经济的快速发展及城市人口的逐渐增多，水资源与能源短缺、城市生活污水排放量剧增等棘手问题日益凸显出来，在我国倡导低碳环保体系的同时，生活污水的再生利用成为众多专家学者的研究热点之一。试验通过利用新型一体式厌氧流化床-膜生物反应器（integrated Anaerobic Fluidized-bed MembraneBioreactor，iAFMBR）处理城市生活污水以实现低碳出水排放及高效能源回收。 新型iAFMBR反应器是将膜组件置于厌氧流化床反应器内部并且利用圆柱形隔板与主反应区分隔开，经过内外筒及膜组件的综合作用达到污水净化的目的。试验期间研究了不同HRT与温度对iAFMBR处理生活污水效能的影响。 试验结果表明，在35℃、HRT=8h条件下，iAFMBR经过两个月的启动期，系统达到稳定的有机物去除效果及甲烷气体产量，出水COD低于100mg.L~(-1)，COD去除率稳定在75%左右，甲烷气体产量保持在400mL/d以上。 HRT的变化对iAFMBR运行效能影响显著，当HRT大于等于6h时，有机物去除效果稳定在74%以上，出水中挥发性有机酸含量积累较少；HRT减小到4h时，iAFMBR的COD去除率明显下降，出水中乙酸含量明显上升。在HRT为6h时单位进水COD转化为甲烷气体量达到最高，甲烷的平均日产量为1013.3mL/d，能源回收率达到最高，此时膜污染周期为24d，膜污染发生时的混合液与滤饼层中微生物代谢产物以EPS为主，且蛋白质含量高于多糖含量。另外，内筒中投加GAC可以有效减缓膜污染。 温度的改变对iAFMBR处理效能具有显著影响，随着温度的降低有机物去除率逐渐减小，出水中挥发性有机酸含量逐渐增多，日产气量逐渐减少，低温对iAFMBR影响明显，各指标变化幅度较大，但基于iAFMBR流化床系统及内筒作用，与传统厌氧工艺相比仍存在一定优势。另外，常温25℃时单位去除COD转化为甲烷量达到最高，膜污染周期达到最长25d。 iAFMBR放大到实际工程中与某水厂A~2O工艺相比构建投资成本为A~2O工艺的1.15倍，但运行成本的投资减少24.7%，并且减小了83.3%的占地面积，处理后的出水用于农田灌溉的年回用价值为26.28万元，同时iAFMBR产生的能源性气体每年可创造4.57万元的电能价值。iAFMBR工艺缓解了目前水资源及能源紧缺现状，同时创造了经济价值，从长远角度来看，在水处理方向iAFMBR工艺具有较大应用前景。 【关键词】：厌氧 流化床 膜生物反应器 生活污水 能源回收
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2012
【分类号】：X799.3
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第1章 绪论9-19
• 1.1 课题背景9-10
• 1.2 城市生活污水的处理现状10-11
• 1.3 厌氧工艺处理生活污水的研究现状11-14
• 1.4 厌氧流化床反应器（AFBR）的研究现状14-16
• 1.5 污水处理中膜技术应用现状16-17
• 1.6 研究目的和意义17-18
• 1.7 主要研究内容18-19
• 第2章 试验材料与方法19-24
• 2.1 试验材料19-21
• 2.1.1 试验装置19-20
• 2.1.2 试验用水20-21
• 2.1.3 接种污泥21
• 2.2 试验方法21-24
• 2.2.1 水质与污泥检测项目与方法21-22
• 2.2.2 消化气体检测方法22
• 2.2.3 膜污染检测指标与方法22
• 2.2.4 EPS 与 SMP 的提取与测定22-24
• 第3章 HRT 对 iAFMBR 处理生活污水效能的影响24-44
• 3.1 iAFMBR 反应器的启动24-27
• 3.1.1 COD 的去除效果25-26
• 3.1.2 消化气体的产量26-27
• 3.2 不同 HRT 对 iAFMBR 处理效能的影响27-40
• 3.2.1 HRT 对 COD 去除效果的影响27-30
• 3.2.2 HRT 对消化气体产量的影响30-32
• 3.2.3 HRT 对挥发性有机酸积累的影响32-35
• 3.2.4 不同 HRT 下碳平衡分析35-37
• 3.2.5 HRT 对膜污染的影响37-40
• 3.3 颗粒活性炭作用下的 iAFMBR 膜污染特征分析40-43
• 3.3.1 TMP 变化40-41
• 3.3.2 EPS 和 SMP 中的蛋白含量和多糖含量41-43
• 3.4 本章小结43-44
• 第4章 温度对 iAFMBR 处理生活污水效能的影响44-57
• 4.1 温度对 COD 去除效果的影响44-47
• 4.1.1 外筒 AFBR 的 COD 去除效果44-46
• 4.1.2 iAFMBR 的 COD 去除效果46-47
• 4.2 温度对有机物转化产物的影响47-52
• 4.2.1 温度对有机物转化为 VFAs 的影响47-49
• 4.2.2 温度对有机物转化成能源性气体的影响49-50
• 4.2.3 碳平衡分析50-52
• 4.3 温度对膜污染的影响52-55
• 4.3.1 TMP 的变化情况52-54
• 4.3.2 EPS 和 SMP 中的蛋白质和多糖含量54-55
• 4.4 本章小结55-57
• 第5章 iAFMBR 处理生活污水经济效益评价57-62
• 5.1 工艺部分57-58
• 5.2 基建投资成本58-59
• 5.2.1 土建成本58
• 5.2.2 电气设备成本58-59
• 5.3 运行费用59
• 5.4 资源回收利用价值59-60
• 5.4.1 污水回用59-60
• 5.4.2 能源回收60
• 5.5 本章小结60-62
• 结论62-63
• 参考文献63-69
• 攻读硕士期间发表的论文及其它成果69-71
• 致谢71

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