本文關(guān)鍵詞：重力流膜生物反應(yīng)器處理灰水效能及膜通量穩(wěn)定特性研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：隨著水資源短缺問題日益加重,污水回用越來越受到重視。灰水是除了廁所廢水以外的生活污水。與生活污水相比,灰水中含有較少的致病細(xì)菌、病原體和總氮,因此,灰水的處理與回用受到越來越廣泛的關(guān)注。膜生物反應(yīng)器(MBR)具有出水水質(zhì)好、對微生物和細(xì)菌完全截留、占地面積小和易于模塊化操作等優(yōu)點,是污水及灰水處理與回用的重要工藝。然而,MBR運行過程中產(chǎn)生的膜污染問題,以及隨之帶來的增加操作復(fù)雜程度、能耗和運行費用等問題,阻礙了MBR工藝大規(guī)模推廣和應(yīng)用。針對MBR的這些問題,本論文開發(fā)出低壓式重力流膜生物反應(yīng)器工藝(GDMBR),該工藝具有運行壓力低(5-20 k Pa)、無(少)需物理清洗和化學(xué)清洗等特點。論文將其應(yīng)用于分散式的灰水處理與回用領(lǐng)域。本論文首先考察了不同溶解氧(DO)濃度下(高DO:6.0-6.5 mg/L;低DO:0.5-1.0 mg/L),GDMBR去除灰水中有機(jī)物和營養(yǎng)鹽的效能問題。結(jié)果表明:在運行初期,高DO情況下GDMBR對COD和TOC的去除效果都略好于低DO情況。但在運行后期,兩個GDMBR對有機(jī)物的去除效果基本相同,且出水水質(zhì)均滿足中水回用標(biāo)準(zhǔn)。對污泥混合液的表征結(jié)果表明,高DO情況下,GDMBR混合液中的溶解性有機(jī)物(SMP),包括:生物聚合物、腐殖質(zhì)和腐殖質(zhì)基本單元的濃度都不同程度的低于低DO情況。隨著運行時間增加,無論DO濃度高低,GDMBR對生物聚合物去除效能都逐漸提高。其主要原因是GDMBR膜表面的污泥濾餅層對混合液SMP中的生物聚合物起到強(qiáng)化去除作用,而對腐殖質(zhì)類物質(zhì)和低分子量揮發(fā)酸等沒有強(qiáng)化去除作用。高DO情況下,更有利GDMBR去除氨氮和總氮,出水水質(zhì)可達(dá)中水回用標(biāo)準(zhǔn);而低DO情況下,GDMBR去除氨氮和總氮的效果不明顯。其次,論文探討了不同DO濃度下GDMBR出水通量的穩(wěn)定特性,以及相應(yīng)的膜污染機(jī)理。結(jié)果表明:無論DO濃度高低,GDMBR經(jīng)過40天后出水通量都可以達(dá)到穩(wěn)定。高DO下,出水通量穩(wěn)定在2 L/m2h左右,膜的滲透性穩(wěn)定在0.4 L/m2hk Pa左右;低DO下,出水通量穩(wěn)定在1 L/m2h左右,膜的滲透性穩(wěn)定在0.2 L/m2hk Pa左右。低DO下,水力可逆阻力和生物濾餅層阻力顯著增加;同時,水力不可逆阻力和膜孔堵塞阻力也略有增加。其原因是,在低DO下,懸浮污泥的活性降低,分解有機(jī)物的能力降低,產(chǎn)生大量的SMP類物質(zhì)(尤其是生物聚合物),并積累在膜表面的污泥濾餅層中,導(dǎo)致污泥濾餅中的EPS含量(蛋白質(zhì)和多糖)明顯升高,增加了濾餅層阻力。與高DO相比,低DO下濾餅層中的污泥活性降低,濾餅層的厚度大以及表面粗糙度小,說明生物捕食作用可能減弱,因而無法形成非均相的松散的結(jié)構(gòu)。此外,DO濃度影響EPS在濾餅層中的分布,高DO下,濾餅層中細(xì)胞、蛋白質(zhì)和多糖分布相對均勻;而低DO下,污泥細(xì)胞分布在生物濾餅層外側(cè),而蛋白質(zhì)和多糖位于生物濾餅層的內(nèi)側(cè)更接近于膜表面。因此,帶來更嚴(yán)重的膜污染。最后,論文討論曝氣剪切力對GDMBR出水膜通量穩(wěn)定性和膜污染的影響。結(jié)果表明,當(dāng)膜表面存在曝氣剪切力時,在運行初期可緩解膜污染,但隨著運行時間的增加,剪切力的存在加重膜污染。無剪切力作用下,GDMBR出水通量可穩(wěn)定在2 L/m2h;而有剪切外力作用下,出水通量不能達(dá)到穩(wěn)定,到運行末期出水通量降至0.5 L/m2h。阻力分析表明,剪切力主要增加了水力可逆阻力和濾餅層阻力;同時,也增加了一部分水力不可逆阻力和膜孔阻塞阻力。因此,曝氣吹脫不宜用來控制低壓GDMBR的膜污染。曝氣剪切力雖然降低膜表面生物濾餅層的厚度和粗糙度,但增加了濾餅層的密實程度,降低濾餅層的孔隙率,使生物濾餅層緊緊地粘附在膜表面,無法形成非均相的松散的污泥濾餅層結(jié)構(gòu),因而加重膜污染。與此同時,存在曝氣剪切力下的污泥濾餅層中的EPS含量更高。此外,曝氣剪切力影響EPS在濾餅層的分布,EPS中的蛋白質(zhì)分布在濾餅層的內(nèi)側(cè)而接近膜表面,其次是多糖類物質(zhì),而細(xì)菌細(xì)胞分布在污泥濾餅層的外側(cè),這是有曝氣剪切力作用時,GDMBR出水通量不能達(dá)到穩(wěn)定和加重膜污染的另一重要原因。
【關(guān)鍵詞】：重力流膜生物反應(yīng)器 灰水處理 通量穩(wěn)定特性 膜污染 胞外聚合物 溶解性有機(jī)物
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：X703
【目錄】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-15
• 第1章 緒論15-41
• 1.1 灰水處理研究現(xiàn)狀15-23
• 1.1.1 灰水水質(zhì)與水量特點15-17
• 1.1.2 灰水處理技術(shù)17-23
• 1.2 膜生物反應(yīng)器技術(shù)及原理概述23-24
• 1.3 膜污染研究進(jìn)展24-27
• 1.3.1 生物污染25-26
• 1.3.2 有機(jī)物污染26-27
• 1.3.3 無機(jī)物污染27
• 1.4 膜污染過程影響因素及控制策略27-35
• 1.4.1 結(jié)合態(tài)胞外聚合物28-30
• 1.4.2 溶解性有機(jī)物30-33
• 1.4.3 曝氣條件33-35
• 1.5 重力流膜過濾系統(tǒng)研究現(xiàn)狀35-38
• 1.5.1 重力流膜過濾系統(tǒng)原理35-36
• 1.5.2 重力流膜過濾系統(tǒng)應(yīng)用現(xiàn)狀36-38
• 1.6 課題研究內(nèi)容38-41
• 1.6.1 課題來源38
• 1.6.2 課題研究內(nèi)容38-39
• 1.6.3 技術(shù)路線39-41
• 第2章 試驗材料與方法41-51
• 2.1 試驗裝置41-43
• 2.1.1 重力流膜生物反應(yīng)器裝置41-42
• 2.1.2 試驗用膜42-43
• 2.1.3 試驗用水43
• 2.2 運行條件43-44
• 2.3 試驗方法44-47
• 2.3.1 水質(zhì)檢測方法44-45
• 2.3.2 顆粒物粒徑分布45
• 2.3.3 污泥濃度45
• 2.3.4 污泥活性45-46
• 2.3.5 污泥混合液的SMP和EPS46
• 2.3.6 液相色譜有機(jī)碳聯(lián)用儀46-47
• 2.4 膜技術(shù)表征方法47-49
• 2.4.1 膜出水通量47
• 2.4.2 膜運行阻力和阻力分布47-48
• 2.4.3 光學(xué)相干斷層掃描技術(shù)48
• 2.4.4 共聚焦激光掃描顯微鏡48-49
• 2.5 污泥濾餅層對有機(jī)物強(qiáng)化去除的試驗49-51
• 第3章 GDMBR在不同溶解氧濃度下處理灰水的效能研究51-69
• 3.1 引言51
• 3.2 溶解氧濃度對污泥活性的影響51-53
• 3.2.1 對污泥濃度的影響52-53
• 3.2.2 對污泥活性的影響53
• 3.3 溶解氧濃度對有機(jī)物去除效能的影響及機(jī)理分析53-63
• 3.3.1 有機(jī)物總量和溶解性有機(jī)物的去除效能影響53-55
• 3.3.2 有機(jī)物去除影響的機(jī)理分析55-60
• 3.3.3 生物濾餅層強(qiáng)化有機(jī)物去除分析60-63
• 3.4 溶解氧濃度對營養(yǎng)鹽的去除效能影響63-67
• 3.4.1 對氨氮的去除效能影響63-64
• 3.4.2 對總氮的去除效能影響64-66
• 3.4.3 對磷酸鹽的去除效能影響66-67
• 3.5 本章小結(jié)67-69
• 第4章 溶解氧濃度對GDMBR膜通量穩(wěn)定性影響的研究69-96
• 4.1 引言69-70
• 4.2 溶解氧濃度對GDMBR膜通量穩(wěn)定性的影響70-75
• 4.2.1 對GDMBR膜通量的影響70-72
• 4.2.2 對GDMBR過濾阻力的影響72-75
• 4.3 溶解氧濃度對GDMBR懸浮污泥混合液的影響75-82
• 4.3.1 對懸浮污泥濃度的影響75-76
• 4.3.2 對懸浮污泥粒徑分布的影響76
• 4.3.3 對懸浮污泥EPS含量的影響76-77
• 4.3.4 對懸浮污泥SMP濃度的影響77-81
• 4.3.5 對懸浮污泥生物活性的影響81-82
• 4.4 溶解氧濃度對污泥濾餅層性質(zhì)的影響82-93
• 4.4.1 對污泥濾餅層形態(tài)的影響82-86
• 4.4.2 對污泥濾餅層粒徑分布的影響86-87
• 4.4.3 對污泥濾餅層生物活性的影響87-88
• 4.4.4 對污泥濾餅層EPS含量的影響88-93
• 4.5 溶解氧濃度對GDMBR膜通量穩(wěn)定性影響的機(jī)理分析93-95
• 4.6 本章小結(jié)95-96
• 第5章 曝氣剪切力對GDMBR膜通量穩(wěn)定性影響的研究96-121
• 5.1 引言96
• 5.2 曝氣剪切力對GDMBR出水膜通量穩(wěn)定性的影響96-100
• 5.2.1 對GDMBR膜通量的影響96-98
• 5.2.2 對GDMBR過濾阻力的影響98-100
• 5.3 曝氣剪切力對GDMBR懸浮污泥混合液的影響100-107
• 5.3.1 對懸浮污泥濃度的影響100-101
• 5.3.2 對懸浮污泥粒徑分布的影響101-102
• 5.3.3 對懸浮污泥EPS含量的影響102-103
• 5.3.4 對懸浮污泥SMP濃度的影響103-106
• 5.3.5 對懸浮污泥生物活性的影響106-107
• 5.4 曝氣剪切力對污泥濾餅層的影響107-117
• 5.4.1 對污泥濾餅層形態(tài)的影響107-111
• 5.4.2 對污泥濾餅層粒徑分布的影響111-112
• 5.4.3 對污泥濾餅層生物活性的影響112
• 5.4.4 對污泥濾餅層EPS含量的影響112-117
• 5.5 曝氣剪切力對GDMBR膜通量穩(wěn)定性影響的機(jī)理分析117-119
• 5.5.1 物理過程118-119
• 5.5.2 生物過程119
• 5.6 本章小結(jié)119-121
• 結(jié)論121-124
• 參考文獻(xiàn)124-149
• 攻讀博士學(xué)位期間發(fā)表的論文及其它成果149-153
• 致謝153-154
• 個人簡歷154

  本文關(guān)鍵詞：重力流膜生物反應(yīng)器處理灰水效能及膜通量穩(wěn)定特性研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

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本文編號：351246