浸没式膜生物反应器中生物质的增殖及其对运行效能、扭矩流变特性的影响研究

摘要

浸没式膜生物反应器(sMBR)是一种将高效膜分离技术与活性污泥生物处理单元相结合的水处理工艺。由于膜的截留作用，无需二沉池进行固液分离，生物质全部在反应器中停留并可达到较高的浓度，因而该工艺具有占地面积小，出水质量高，固液分离较彻底等优点。在运行过程中膜组件容易受到污染，造成膜通量下降，导致膜的性能下降和运营成本的增加，阻碍了其在实际中的广泛应用。研究表明:反应器内的生物质浓度是sMBR运行的重要影响参数之一，它不仅影响污染物的去除效果，还影响sMBR内的粘度、胞外聚合物(EPS)含量等污泥特性，因此，高生物质浓度是sMBR实现污水高效净化的必要保证，但同样也是加重膜组件污染及阻碍快速传质（如供氧、营养物质的传递、代谢产物的转移）的关键因素，从而影响到系统的整体运行效能。
　　 基于生物质浓度在sMBR运行过程中造成的相互矛盾的效应，本试验采用可编程逻辑控制器(PLC)自控系统对sMBR进行全自动监控运行，在不排泥条件下，探讨sMBR中的生物质增殖规律，并考察生物质增殖过程对sMBR运行效能的影响，以期为优化工艺运行条件及合理设计反应器提供基本的依据。
　　 试验中采用了可编程逻辑控制器(PLC)对sMBR实现过程控制，在不排泥的情况下运行20-40天，生物质浓度达到9670mg/L，出水的各项指标达到最佳，但随着生物质的继续增殖，污泥表观粘度急剧增加，引起F/M的降低和传质困难，最终导致污泥活性降低及出水效果恶化。试验还发现:表观粘度与MLSS、EPS的增长趋势十分一致，表明这两个因素对活性污泥的表观粘度影响较大。另外，试验还采用SEM/EDS方法对不同阶段膜表面进行了观察及表面元素分析，结果表明膜表层污染物中有机物占主要部分，无机成分所占比例较小。
　　 试验在不排泥条件下，系统连续进水出水运行87天，试验结果表明污泥混合液的流变扭矩与生物质的浓度、污泥表观粘度有正的相关性;并且当污泥的浓度和表观粘度越高，其与污泥的流变扭矩的皮尔森相关系数越高。在连续抽吸出水，膜过滤的TMP、TMR及其上升的速度比间歇抽吸出水要大且快很多。

目录

摘要

CONTENTS

第一章 绪论

1．1 课题研究背景

1．2 膜生物反应器工艺研究现状

1．2．1 膜生物反应器工艺的研究概述

1．2．2 膜生物反应器工艺国外研究现状

1．2．3 膜生物反应器工艺国内研究现状

1．3 膜污染的影响因素

1．4 扭矩流变的研究现状

1．5 膜生物反应器应用中存在的问题

1．6 课题研究的目的和意义

1．7 课题来源和研究内容

1．7．1 课题来源

1．7．2 主要研究内容

1．8 本文的创新点

第二章 试验材料及测定方法

2．1 膜组件的选择

2．2 主要分析项目及测定方法

2．3 实验仪器及药品

2．4 数据分析处理

第三章 sMBR中生物质的增殖及其对运行效能的影晌

3．1 材料与方法

3．1．1 试验装置

3．1．2 试验进水

3．1．3 试验方法

3．1．4 分析测试方法

3．2 浸没式膜生物反应器运行过程的生物质增殖

3．3 运行期间对出水水质的变化

3．4 生物质增殖对污泥活性的影响

3．5 生物质增殖对污泥表观粘度的影响

3．6 生物质增殖过程对膜污染的影响

3．6．1 跨膜阻力的变化

3．6．2 膜表面污染的SEM观察

3．6．3 膜表面的SEM／EDS分析

3．7 小结

第四章 sMBR中污泥混合液的流变特性及影响研究

4．1 材料与方法

4．1．1 试验装置

4．1．2 装置原理

4．1．3 试验进水

4．1．4 试验方法

4．1．5 分析测试方法

4．2 系统生物量的变化

4．3 系统生物质浓度与流变扭矩关系

4．4 系统污泥表观粘度与流变扭矩关系

4．5 长期运行对膜污染的影响

4．6 膜表面污染的SEM观察

4．7 小结

第五章 结论与展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表论文

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致谢