發(fā)布時間：2020-06-01 11:10

【摘要】： 在能源緊缺,全球氣候變暖的情況下,節(jié)能減碳和高效的污水治理技術(shù)已經(jīng)成為研究的熱點與重點。本研究采用UASB-MBR組合工藝系統(tǒng)試圖在實現(xiàn)同時有機(jī)碳與氮去除的前提下,最大化保證厭氧產(chǎn)甲烷的功能,目的在于為新加坡新生水廠提供可靠的進(jìn)水來源,同時也為低濃度市政污水處理開辟一條高質(zhì)、高效、產(chǎn)能的新路徑。 本研究中,MBR被選為UASB出水的后處理設(shè)施,在保障高效穩(wěn)定的出水質(zhì)量的前提下,實現(xiàn)污水中NH_4~+-N的氨氧化-硝化過程;而前置的UASB系統(tǒng)既要實現(xiàn)水體中反硝化的去除氮的功能,又要最大限度的保證UASB產(chǎn)甲烷的優(yōu)勢。鑒于甲烷化與反硝化是由兩類相互獨立的厭氧微生物完成,并且反硝化的底物以及中間產(chǎn)物對甲烷化有較大的抑制與毒害作用。因此,在組合系統(tǒng)操作前,首先采用批試驗的方法研究反硝化對甲烷化的抑制作用和甲烷菌的適應(yīng)能力。試驗結(jié)果顯示:當(dāng)?shù)孜镏械腘O_2~--N濃度高于15mg/L時,能對有機(jī)碳的降解速率產(chǎn)生一定的抑制作用;而當(dāng)以NO_3~--N為反硝化底物時,顯著的抑制作用發(fā)生在底物濃度高于60 mg/L時;NO_2~--N比NO_3~--N對厭氧條件下有機(jī)碳的降解具有更強(qiáng)的抑制作用。但是以NO_2~--N為底物的反硝化過程具有較快的反應(yīng)速率,相對抑制作用時間短,且對于環(huán)境pH和溫度的適應(yīng)范圍更廣。 為了進(jìn)一步驗證同時甲烷化/反硝化的長期穩(wěn)定性與可行性,本試驗中以不同濃度的反硝化底物NO_2~--N為代表,進(jìn)行了長期抑制或適應(yīng)性實驗研究。結(jié)果顯示:在較低的NO_2~--N濃度條件下,厭氧系統(tǒng)能夠很好的實現(xiàn)有機(jī)碳與氮去除,并且甲烷的產(chǎn)生與回收利用僅受到較小的影響;而在較高NO_2~--N濃度條件下,盡管有機(jī)碳與氮的去除效率不變,但是產(chǎn)生的氣體中以N_2為主,破壞了厭氧產(chǎn)能的功能。DGGE指紋圖譜也證明高NO_2~--N濃度條件下,系統(tǒng)中菌群分布以及優(yōu)勢菌群發(fā)生了顯著的變化。因此,要想在厭氧系統(tǒng)中實現(xiàn)反硝化的同時回收利用甲烷,就只能在相對較低的NO_2~--N濃度下進(jìn)行,換言之,這種脫碳、脫氮、產(chǎn)能的一體化過程只適用于處理低氮負(fù)荷的廢水。 因此,UASB-MBR組合工藝的操作適用于低濃度生活污水處理,不同運行條件的調(diào)查結(jié)果顯示:隨著循環(huán)比從50%增加到800%的過程中,TN的去除效率從48.1%增加到82.8%;在系統(tǒng)實現(xiàn)較高的有機(jī)碳與氮去除的同時,甲烷生成沒有因為反硝化的引入而受到顯著的影響,這主要是系統(tǒng)中實現(xiàn)了短程硝化反硝化的結(jié)果,在確保較低碳源競爭的同時,縮短了對甲烷菌的抑制時間;但當(dāng)循環(huán)比從400%增加到800%時,TN的去除效率僅輕微增加,較大的上流速率和較高的DO條件卻破壞了UASB系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性。因此建議根據(jù)進(jìn)水中氮含量將循環(huán)比控制在200-400%之間能夠達(dá)到比較滿意的效果。同時,研究了MBR中曝氣強(qiáng)度對系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性的影響:在較低的曝氣速率條件下,能夠維持系統(tǒng)中較高的甲烷產(chǎn)量,但是較低的硝化速率抑制了系統(tǒng)中TN的去除表現(xiàn);在曝氣速率高于2.5 L/min時,系統(tǒng)中TN去除能夠達(dá)到80%,并且UASB中存在的部分好氧菌,對厭氧環(huán)境起到了一定的保護(hù)作用,使得甲烷的產(chǎn)生量隨著DO濃度的升高僅輕微的降低。因此,在控制適當(dāng)?shù)难h(huán)比和曝氣強(qiáng)度的條件下,這種技術(shù)在處理生活污水中是可行的,在完成有機(jī)碳與氮去除的同時實現(xiàn)了甲烷氣的回收利用,并且系統(tǒng)污泥產(chǎn)量較低,后處理費用降低。 經(jīng)過進(jìn)一步的實驗驗證:這種伴隨著甲烷產(chǎn)生的高氮去除過程主要是由于系統(tǒng)中實現(xiàn)了短程硝化反硝化。MBR中NO_2~--N的累積現(xiàn)象主要是由于活性污泥混合液在厭氧與好氧環(huán)境下的內(nèi)循環(huán)模式,較高的pH值以及較低的C/N比加速了對硝酸鹽氧化菌(NOB)的抑制和淘洗作用而實現(xiàn)的,從而使UASB-MBR組合工藝在處理低濃度生活污水中實現(xiàn)了高出水質(zhì)量、高處理效率和較高的甲烷能源回收。 最后,針對本UASB-MBR組合工藝中MBR的膜污染形成過程、膜污染物主要成份以及膜污染控制方法進(jìn)行了初步的研究與探討,結(jié)果顯示:該運行條件下MBR的膜污染速率較高,幾乎呈線性增長趨勢,膠體粒子和溶解性有機(jī)物,尤其是分子量與膜孔徑相當(dāng)?shù)奈镔|(zhì),比大的污泥絮體更容易沉積到膜表面,形成過濾凝膠層,加速膜污染進(jìn)程;同時注意到當(dāng)懸浮液中蛋白質(zhì)為EPS主要成分時,多糖確是膜污染物中EPS的主要成分,尤其是在污染物形成的初期,多糖是構(gòu)成污染物的主要物質(zhì)。試驗也同時證明了間歇運行模式和氣體曝氣剪切力模式都是有效的減緩膜污染的方法。間歇運行時,膜污染速率隨著閑置時間的延長而降低,尤其是在高通量條件下,間歇運行對膜污染的改善更加明顯;但當(dāng)采用氣體曝氣模式時,存在最佳曝氣強(qiáng)度。
【圖文】：

1.4.2膜生物反應(yīng)器的組成與特性自上世紀(jì)60年代以來，MBR已經(jīng)逐漸引起了環(huán)境工作者的興趣和廣泛的研究與關(guān)注，根據(jù)膜組件與生物反應(yīng)器的組合方式，可將MBR分為分置式和浸沒式(圖1.5)。分置式是指膜組件與生物反應(yīng)器分開設(shè)置，膜的壓力驅(qū)動依靠加壓泵。浸沒式是將膜組件置入反應(yīng)器內(nèi)，壓力驅(qū)動靠水頭壓差，或用抽吸泵。

Fig.1.6F朗torsaffectingmembranefiltrationProeessinMBRS①膜材料的性質(zhì):膜材質(zhì)、膜孔徑大小、孔隙率、表面電荷、表面粗糙度和親/疏性質(zhì)等都會對膜過濾特性產(chǎn)生影響【’09]。膜孔徑:膜孔徑是MBR分離過程中的重要因素，當(dāng)采用膜孔較小的膜進(jìn)行分離(如時，，生物絮體和大分子量的物質(zhì)都將被截留在MBR中，而當(dāng)采用相對較大的膜孔料(如:MF)時，僅能截留部分顆粒物11’01，同時也應(yīng)該注意到:膜孔徑在分離中的用也是與過濾介質(zhì)相關(guān)的。Imasaka等[川]考察了甲烷發(fā)酵出水膜過濾中膜孔徑對膜過的影響，實驗中采用孔徑為0.2，0.48和0.57腳的陶瓷膜，由于膜孔堵塞和內(nèi)外污染，大孔徑的膜顯示了最嚴(yán)重的膜污染趨勢。G掀enholms等I”0]也觀察到了類似的現(xiàn)象。mizu等11’2]研究了MBR中膜孔分布在0.01一1.6腳的一系列膜的過濾性能，結(jié)果表明:分布在0.05一0.2阿的膜具有最大的通量。Meireles等【”3]研究表明:隨著膜孔徑的增，膜的通透量增加，但膜表面的污染呈上升趨勢，存在一個最佳孔徑。相同的孔徑下，過濾行為還與膜孔結(jié)構(gòu)相關(guān)，在對稱和不對稱膜孔結(jié)構(gòu)對比分析中，不對稱膜孔結(jié)構(gòu)示了更高的膜通量，可能因為不對稱膜由表面過濾層和結(jié)構(gòu)支撐層組成，分離行為主
【學(xué)位授予單位】：大連理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2008
【分類號】：X703

【引證文獻(xiàn)】

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2 唐瓊;林松;成英;韓耀霞;;4-硝基酚的污泥減量化作用及對污泥性質(zhì)的影響[J];環(huán)境工程學(xué)報;2012年10期

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4 洪俊華;CSTR同時產(chǎn)甲烷反硝化-SBR短程硝化耦合工藝處理畜禽糞水試驗研究[D];重慶大學(xué);2012年

本文編號：2691398