【摘要】： 針對目前生物除磷脫氮工藝中出現(xiàn)的硝化菌與聚磷菌泥齡的不協(xié)調(diào)、反硝化與釋磷過程對碳源的競爭、厭氧區(qū)硝酸鹽成分對釋磷的影響、沉淀固液分離時富磷污泥的釋磷作用及出水中存在少量富磷污泥顆粒導(dǎo)致出水TP提高等問題,提出兩級序批式MBR工藝(兩級SBMBR)。兩級SBMBR工藝以優(yōu)化除磷脫氮為目的,通過運(yùn)行條件的控制,將聚磷菌與硝化菌分別控制在兩級反應(yīng)器中優(yōu)勢生長,形成先除磷(同時去除大部分有機(jī)物)、后脫氮的運(yùn)行模式,實現(xiàn)去除有機(jī)物的同時,高效除磷與脫氮,并有效控制膜污染,為工程實踐提供參考和設(shè)計依據(jù)。兩級SBMBR工藝具有以下特點:①解決自養(yǎng)硝化菌與異養(yǎng)細(xì)菌之間泥齡的矛盾,同時又可使最終排水端反應(yīng)器中為非富磷污泥,再通過膜的高效截留,從而可充分降低出水的TP濃度,最終達(dá)到優(yōu)化除磷與脫氮的效果;②在一級反應(yīng)器中去除大部分有機(jī)污染物,在二級反應(yīng)器中進(jìn)一步去除難降解有機(jī)物,提高有機(jī)物去除率;③降低有毒物質(zhì)對脫氮的沖擊,提高脫氮的穩(wěn)定性;④序批式、空曝、間歇抽濾出水相結(jié)合的運(yùn)行方式,可以有效控制膜污染。 采用兩級SBMBR工藝,以青島嶗山區(qū)涼泉社區(qū)生活污水為處理對象,采用試驗與機(jī)理分析相結(jié)合的研究方法,全面系統(tǒng)地研究了兩級SBMBR工藝分級優(yōu)化除磷脫氮的可行性、處理效能、混合液特性及對膜污染的影響。 1、從SBMBR1(除磷級)除磷及去除有機(jī)物總體效能、周期除磷特性及除磷機(jī)理,SBMBR2(脫氮級)脫氮的總體效能及脫氮動力學(xué)等方面對兩級SBMBR進(jìn)行了研究。研究得出:通過運(yùn)行泥齡的控制(SBMBR1為5~7d ,SBMBR2為25~30d),兩級SBMBR能夠?qū)⒕哿拙c硝化菌分別控制在兩級反應(yīng)器中優(yōu)勢生長,從而將除磷(同時去除有機(jī)物)與脫氮這兩個相互矛盾的生物處理過程分別控制在兩級反應(yīng)器中優(yōu)化完成。在系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行階段,出水COD、TN、TP、NH3-N平均值分別為25.75mg/L、12.33 mg/L、0.46mg/L、2.71 mg/L,滿足城市景觀環(huán)境用水水質(zhì)要求;綜合考慮沉淀期間POAs的釋磷作用及沉淀效率,確定SBMBR1最佳沉淀時間為20min;通過周期試驗確定硝化速率常數(shù)k1=0.21,反硝化速率常數(shù)k2=0.22,反硝化速率要高于硝化速率。 2、通過實驗室測定及掃描電鏡觀察,對比分析了SBMBR1(除磷級)、SBMBR2(脫氮級)混合液污泥特性。試驗發(fā)現(xiàn):在混和液物理特性和生物特性方面,兩級反應(yīng)器均表現(xiàn)出了不同。從外觀觀察SBMBR1反應(yīng)器中的活性污泥呈淺黃色,隨著運(yùn)行時間的增加,污泥粒徑逐步增加,SV、SVI值逐步下降,呈現(xiàn)出較強(qiáng)的顆粒特征,沉降性能良好;SBMBR2污泥呈土黃色,污泥絮體被高強(qiáng)度的曝氣所產(chǎn)生的切應(yīng)力所打碎,污泥粒徑迅速降低,絮體較為細(xì)碎,和水相混合成均一粘稠的溶液,看不到泥水分界面;低泥齡、高負(fù)荷運(yùn)行,使得SBMBR1可以保持較高的微生物活性,MLVSS/MLSS值、SOUR值均高于SBMBR2;兩級反應(yīng)器活性污泥中均有大量的菌膠團(tuán),長桿菌、短桿菌和球菌是構(gòu)成主體,但SBMBR1活性污泥中含有大量固著型原生動物如累枝蟲等,還存在著一定數(shù)量的絲狀菌,生物相要比SBMBR2豐富。 3、借助原子力顯微鏡、掃描電鏡、透射電鏡等手段對平板膜污染現(xiàn)象進(jìn)行觀測和分析,并通過膜表面污染物EPS測定、污染膜表面能譜分析,得出平板膜表面污染物的組成。經(jīng)過110多天的運(yùn)行之后,SBMBR2反應(yīng)器內(nèi)膜表面形成了導(dǎo)致過膜壓力升高的粘稠的污染層,污染后平板膜的粗糙度與清潔膜相比增加了20倍左右,膜表面污染層的最大厚度為1695.74nm。通過達(dá)西公式對平板膜的阻力分布進(jìn)行了表征,得到平板膜自身固有阻力占總阻力的38.24%,沉積阻力占總阻力的53.09%(其中凝膠極化阻力為43.09%)、內(nèi)部污染阻力占總阻力的8.67%,得出膜表面形成的凝膠層是導(dǎo)致膜過濾性能下降的主要原因。膜污染主要是由有機(jī)物污染、微生物污染、無機(jī)物污染造成,膜表面有機(jī)污染物含量為417.69mgEPS/g.MLSS,蛋白質(zhì):多糖=3.5:1,蛋白質(zhì)為優(yōu)勢污染物;膜表面及膜孔內(nèi)部生物污染以球菌、桿菌為主;膜表面無機(jī)污染物主要是Fe、Na、Zr、Rb、Ca等化合物在膜表面和膜孔內(nèi)形成的硬垢。 4、對SBMBR2反應(yīng)器中膜污染影響因素進(jìn)行了研究,通過優(yōu)化操作方式、投加PAC等措施延緩膜污染。得出:污泥濃度的增加會加劇膜污染的速度;EPS、SMP因膜的截留在反應(yīng)器內(nèi)積累,是形成凝膠層的主要影響因素;混合液中,大分子物質(zhì)占到了61%,大大高于進(jìn)水與出水,是引起膜污染的主要原因。序批式運(yùn)行方式與間歇抽濾、空曝相結(jié)合的膜運(yùn)行方式,可以減緩濃差極化,有效降低沉積污染及凝膠層污染,膜比流量下降速率與連續(xù)流MBR相比明顯降低,系統(tǒng)在運(yùn)行100多天后,過膜壓差僅增加了0.12bar;投加適量PAC,污泥粒徑增加,上清液SMP降低,膜的過濾性能明顯得到改善,當(dāng)PAC投加量為1g/L時,膜比流量提高了70%,周期內(nèi)膜通量衰減速率也有所降低,上清液中蛋白質(zhì)和多糖含量分別降低了14%、12%,有助于延緩膜污染。對污染膜組件的清洗采用物理清洗與化學(xué)清洗相結(jié)合的形式,空曝2小時、400ppm次氯酸鈉清洗2小時、200ppm次氯酸鈉溶液浸泡20小時后膜比通量恢復(fù)至81.51%。
【學(xué)位授予單位】：中國海洋大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2008
【分類號】：X703
【圖文】：

圖 1-5 平板膜濃差極化示意圖 Scetch map of concentration polarization on flat-sheets membra始期未形成濃差極化層之前，膜通量隨膜面壓差的形成濃差極化層時，在膜面壓差增加使膜通量增加的發(fā)展，使膜過濾阻力增加，膜通量下降，此時膜不成線性相關(guān)，而是與膜表面溶液濃度 Cm 的對數(shù)的延長，膜表面的濃度接近飽和濃度而形成凝膠層量增加的作用被凝膠層變厚所引起的阻力增長所抵壓差的提高而增加。分在膜表面沉積形成的污染層所增加的過膜阻力，組分在膜孔中沉積將造成膜孔的減小乃至堵塞。對膜可逆性，如膜孔的堵塞、溶質(zhì)在膜孔內(nèi)的吸附、膜面

圖 1-6 膜污染的影響因素Fig. 1-6 Influencing factor of membrane fouling（1）活性污泥的組成與濃度活性污泥混合液是一個復(fù)雜的、不斷變化的體系，其中包括微生物、進(jìn)水組分以及微生物的代謝產(chǎn)物，活性污泥中的許多組分都會導(dǎo)致膜污染，包浮物質(zhì)與溶解性物質(zhì)。在對膜生物反應(yīng)器的早期研究中，許多研究者都認(rèn)為混合液中的懸浮固體ed liquor suspended solids, MLSS)對膜污染的貢獻(xiàn)很大。如Fane等(1981)認(rèn)為力與MLSS濃度呈線性增長關(guān)系[70]；Yamamoto等[20](1989)指出在淹沒式膜反應(yīng)器中，當(dāng)MLSS濃度超過 4000 mg/L時，膜通量會突然下降。另一些研卻認(rèn)為污泥質(zhì)量濃度本身并不影響過濾特性，真正的影響因素是污泥的特

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本文編號：2718526