气水交替膜生物反应器处理生活污水优化研究

【摘要】： 针对传统膜分离生物反应器(membrane separation bioreactor, MSBR)存在的氧利用率低、脱氮效果不佳以及膜污染严重等缺陷,课题组首次提出了气水交替膜生物反应器(gas/water alternate membrane bioreactor, AMBR),并已完成该工艺膜材料的选择以及其运行效能的初步研究。为使该工艺能更好的应用于实际工程,本文对其运行参数进行了优化研究,并考察了其长期运行的特性。 在优化AMBR工艺运行参数之前,先考察了混合液DO对膜曝气生物反应器(membrane aeration bioreactor, MABR)处理模拟生活污水的影响,以为后续的AMBR试验提供指导。结果表明,当混合液DO控制在0.5mg/L左右时,MABR可实现较好的同步除碳脱氮效果,其COD、NH4+-N及TN去除率分别为80%、86.4%和66.5%,但出水SS较高,达到了14mg/L。而当DO高于2mg/L时,虽然对COD和NH4+-N的去除率提高至88.8%和94.5%以上,出水SS也已降至5mg/L左右,但对TN的去除效果不佳,TN去除率低于24%。 为优化AMBR工艺的运行参数,考察了DO、C/N比、交替周期及进水负荷对AMBR运行效果的影响。结果表明,当混合液DO为0.5mg/L左右时,AMBR可获得很好的同步除碳脱氮效果,对COD、NH4+-N及TN去除率分别为94.5%、93.4%和78.4%。而过高或过低的DO均不利于同步除碳脱氮。当进水C/N比在3~10的范围内变化时,AMBR对COD和NH4+-N的去除效果均较好,但TN的去除随着C/N比的增加而增加。交替周期对AMBR控制膜污染具有重要影响,当交替周期在0.75~3h之间时,AMBR具有较好的膜污染缓减效果,而过长或过短的交替周期均不利于膜污染的缓减。结合较长的交替周期有利于减小氧损失率的特性,确定了AMBR运行最优的交替周期为3h。在膜腔内气压控制在0.2MPa以下的条件下,AMBR对COD、NH4+-N及TN的最大膜面积去除负荷分别为84.9g/m2·d、6.6g/m2·d和6.5g/m2·d。 通过AMBR长期运行特性的考察发现,该工艺具有稳定良好的运行效果。在连续运行120d的时间内,其COD、NH4+-N及TN的平均去除率分别达到97%、92%和75.4%,且出水SS始终低于1mg/L。同时,AMBR又具有很好的抗膜污染效果,在连续120d的时间里,两膜组件的TMP始终维持在-0.017MPa左右。就长期稳定的运行效果来看,AMBR具有较大的实际应用价值。 【关键词】：气水交替膜生物反应器 膜曝气生物反应器 同步除碳脱氮 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】：2010
【分类号】：X703
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 第1章 绪论10-25
• 1.1 课题背景10-11
• 1.2 国内外研究现状及分析11-23
• 1.2.1 膜分离生物反应器脱氮研究现状11-14
• 1.2.2 膜污染研究现状14-19
• 1.2.3 膜曝气生物反应器研究现状19-22
• 1.2.4 气水交替式MBR研究现状22-23
• 1.3 课题研究目的及主要内容23-25
• 第2章 试验材料与方法25-34
• 2.1 试验装置25-27
• 2.1.1 膜曝气生物反应器试验装置25
• 2.1.2 气水交替MBR试验装置25-26
• 2.1.3 膜阻力分布测定装置26-27
• 2.2 试验材料27-28
• 2.2.1 膜材料27
• 2.2.2 试验用水27
• 2.2.3 接种污泥27-28
• 2.3 检测方法28-32
• 2.3.1 常规水质检测方法28-29
• 2.3.2 其他检测方法29-32
• 2.4 膜清洗32-34
• 第3章 膜曝气生物反应器试验研究34-45
• 3.1 试验过程34-35
• 3.1.1 挂膜启动过程34
• 3.1.2 DO和负荷对污染物去除效果影响的考察34-35
• 3.2 DO对污染物去除的影响35-40
• 3.2.1 膜腔气压的控制35
• 3.2.2 DO对COD去除的影响35-36
• 3.2.3 DO对NH_4~+-N去除的影响36-37
• 3.2.4 DO对TN去除的影响37-40
• 3.2.5 DO对出水SS的影响40
• 3.3 负荷对污染物去除的影响40-43
• 3.3.1 负荷对COD去除的影响41
• 3.3.2 负荷对NH_4~+-N去除的影响41-42
• 3.3.3 负荷对TN去除的影响42-43
• 3.4 本章小结43-45
• 第4章 气水交替MBR运行参数的优化研究45-67
• 4.1 试验过程45-47
• 4.1.1 挂膜启动过程45-46
• 4.1.2 运行参数的优化过程46-47
• 4.2 DO的优化47-53
• 4.2.1 DO对COD去除的影响47-48
• 4.2.2 DO对NH_4~+-N去除的影响48-49
• 4.2.3 DO对TN去除的影响49-52
• 4.2.4 DO对出水SS的影响52-53
• 4.3 C/N比的影响53-56
• 4.3.1 C/N比对COD去除的影响53-54
• 4.3.2 C/N比对NH_4~+-N去除的影响54-55
• 4.3.3 C/N比对TN去除的影响55-56
• 4.4 交替周期的优化56-63
• 4.4.1 膜腔压力的变化规律56-57
• 4.4.2 一个交替周期内出水膜TMP的变化57-58
• 4.4.3 一个交替周期后的出水膜阻力分布58-60
• 4.4.4 交替周期对膜污染缓减的影响60-61
• 4.4.5 连续运行条件下出水膜ΔTMP的变化61-62
• 4.4.6 交替过程中的氧损失率62-63
• 4.5 负荷的影响63-65
• 4.5.1 负荷对COD去除的影响63-64
• 4.5.2 负荷对NH_4~+-N去除的影响64-65
• 4.5.3 负荷对TN去除的影响65
• 4.6 本章小结65-67
• 第5章 气水交替MBR长期运行特性研究67-81
• 5.1 试验过程及运行条件67
• 5.1.1 挂膜启动过程67
• 5.1.2 连续运行条件67
• 5.2 混合液DO及供氧压力的变化67-68
• 5.3 污染物去除效果68-72
• 5.3.1 COD去除效果68-69
• 5.3.2 NH_4~+-N去除效果69
• 5.3.3 TN去除效果69-70
• 5.3.4 NO_x~--N的变化70-71
• 5.3.5 SS的变化71-72
• 5.4 膜污染情况72-73
• 5.5 微生物特性73-78
• 5.5.1 生物膜厚度及生物量73-74
• 5.5.2 污泥产率系数74-75
• 5.5.3 微生物活性75-76
• 5.5.4 功能菌数量76
• 5.5.5 微生物种类76-78
• 5.6 氧利用率78-80
• 5.7 耗氧成本80
• 5.8 本章小结80-81
• 结论81-83
• 参考文献83-90
• 攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果90-92
• 致谢92

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