正渗透膜生物反应器污水处理效果及膜污染特性研究

【摘要】：膜生物反应器（MBR）是一种高效的污水处理工艺，具有占地面积小，出水水质好，污泥产率低等优点，然而，严重的膜污染限制了MBR的应用，为解决这个问题，涌现了许多新型的技术，其中正渗透(FO)过程以水回收率高、浓水排放少、膜污染低、无需外压等优点引起了广泛的关注。将FO技术应用到MBR中，形成了正渗透膜生物反应器（OMBR）。本文对OMBR污水处理效果及膜污染特性进行分析研究。 为研究OMBR的污水处理效果，以氯化钠溶液为驱动液。反应器运行13d后发现，钠、钙、镁、钾、氯离子及正磷酸根等无机离子在生物反应池中积累并发现微生物大量死亡。针对这些问题提出了两种解决方案，方案一间歇排除反应池中的上清液以保证微生物活性；方案二每天排除部分上清液以确保反应池中电导率的稳定。从膜污染、污水处理效果及污泥减量等方面对两种方案进行研究。 研究发现，在代谢平衡和氯化钠的解偶联综合作用下，OMBR具有较好的污泥减量效果，污泥产率系数仅为0.02～0.2gVSS/((gCOD))，污泥浓度稳定在2700～3000mg/L。系统出水效果较好，有机物的去除率可达97.79%～98.64%，出水氨氮小于3mg/L，出水中检测不到磷。考察了通量及反应池中电导率的变化情况，系统的出水通量/盐反渗透量稳定在1.04～1.2g/L之间；对运行过程中的SMP、LB-EPS、TB-EPS、污泥活性和污泥粒径等指标进行了考察。 利用FTIR-ATR、SEM和EDX对运行后的膜进行分析，结果表明膜面的主要有机污染物为蛋白质和多糖，主要无机污染物为Si、Fe、Ca和Al。为研究污泥性质对膜的污染情况，在相同运行条件下，考察了不同污泥浓度及不同污泥对膜通量的影响，研究结果表明，污泥浓度越大，粘度越大，通量越小；随着SMP、LB-EPS、TB-EPS浓度的增高，膜污染加剧，同时发现，，随着污泥粒径的增大，膜污染加剧，通量减小。 为考察多糖和蛋白质对膜的污染情况，利用藻酸钠和牛血清蛋白质模拟多糖和蛋白质，实验结果表明，牛血清蛋白对膜几乎没有污染，而藻酸钠对膜的污染严重，尤其是当存在钙离子时，藻酸钠会和钙离子结合，造成更严重的膜污染。 【关键词】：正渗透膜生物反应器 运行调控优化 污水处理 膜污染
【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】：2013
【分类号】：X703.1
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 第1章 绪论10-24
• 1.1 课题背景10-11
• 1.2 正渗透研究现状11-21
• 1.2.1 正渗透工作原理11-12
• 1.2.2 正渗透驱动液的选择12-13
• 1.2.3 正渗透的发展13-14
• 1.2.4 正渗透的浓差极化现象14-15
• 1.2.5 正渗透的膜污染问题15-16
• 1.2.6 正渗透的影响因素16-17
• 1.2.7 正渗透的应用17-20
• 1.2.8 正渗透面临的挑战20-21
• 1.3 正渗透膜生物反应器（OMBR）的研究现状21-23
• 1.3.1 OMBR 的膜污染研究进展21-22
• 1.3.2 OMBR 驱动液的选择22-23
• 1.4 课题研究意义与内容23-24
• 1.4.1 课题研究的意义23
• 1.4.2 主要研究内容23-24
• 第2章 实验装置与分析方法24-29
• 2.1 实验装置24-25
• 2.2 多糖的膜污染试验25
• 2.3 蛋白质的膜污染试验25
• 2.4 分析方法25-29
• 2.4.1 常规水质分析25-26
• 2.4.2 SMP 和 EPS 提取26
• 2.4.3 蛋白质和多糖的测定26
• 2.4.4 红外光谱分析26-27
• 2.4.5 荧光光谱分析27
• 2.4.6 Zeta 电位分析27
• 2.4.7 污泥混合液分析27-29
• 第3章 正渗透膜生物反应器运行调控技术研究29-52
• 3.1 启动运行29-34
• 3.1.1 实验方法29-30
• 3.1.2 通量变化分析30
• 3.1.3 磷去除情况30-31
• 3.1.4 氨氮去除情况31-32
• 3.1.5 亚硝态氮和硝态氮浓度分析32
• 3.1.6 氯离子情况32-33
• 3.1.7 反应器中金属离子情况33-34
• 3.2 间歇排盐溶液的调控运行34-44
• 3.2.1 通量和生物反应池电导率35-36
• 3.2.2 有机物降解效果分析36
• 3.2.3 氨氮去除效果36-37
• 3.2.4 亚硝态氮和硝态氮浓度分析37-38
• 3.2.5 磷去除效果38
• 3.2.6 OMBR 污泥性质38-44
• 3.3 稳定系统盐度的调控运行44-48
• 3.3.1 通量及电导率情况45-46
• 3.3.2 SMP 浓度变化分析46
• 3.3.3 LB-EPS 和 TB-EPS 浓度变化分析46-47
• 3.3.4 污泥活性47-48
• 3.4 污染膜特征分析48-51
• 3.4.1 FTIR-ATR 红外分析48-49
• 3.4.2 SEM 和 EDX 分析49-51
• 3.5 本章小结51-52
• 第4章 正渗透膜生物反应器膜污染研究52-64
• 4.1 膜材料分析52-53
• 4.2 污泥性质的膜污染分析53-56
• 4.2.1 不同污泥浓度膜污染分析53-54
• 4.2.2 不同污泥膜污染分析54-56
• 4.3 多糖和蛋白质的膜污染分析56-62
• 4.3.1 多糖的膜污染分析57-60
• 4.3.2 蛋白质膜污染分析60-62
• 4.4 本章小结62-64
• 结论64-66
• 参考文献66-73
• 攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果73-76
• 致谢76

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