船用膜生物反应器设计、仿真及工艺运行研究

摘要

随着海洋环境污染加重，世界各国对海洋环境越来越重视，污水排放指标不断提升，加之恶劣的船舶环境这对船舶污水处理是一大挑战。与其他船舶污水处理设备相比较，船用膜生物反应器（MBR）具备处理效果稳定、抗冲击摇摆能力强、体积小等优点备受大家关注。然而船用 MBR仍可以进一步优化：提升效率、缩小体积。因此本文对提升船用MBR效率、缩小体积、增强抗冲击负荷能力等展开试验研究。
　　实验利用小试MBR装置进行试验，首先研究MBR处理船舶生活污水的影响因素，定期取反应器内的活性污泥和膜组件样本，进行微生物的酶活性和膜表面污染情况分析；其次结合小试MBR试验，利用BP神经网络对MBR运行过程中的环境要素进行仿真，并针对影响因子的特点选用4-7-1型BP神经网络拓扑结构；最后对船用MBR进行设计、试验。
　　试验研究得出常规因子与污染物的去除间的规律，并进行仿真模拟与优化主控工艺参数：1、欲达到2010 IMO排放标准，应控制HRT≥4h，最佳水力停留时间（HRT）在5～8h，污泥浓度（MLSS）≥2000mg/L，保持pH值≥6。当盐度升至28g/L时，化学需氧量（COD）去除率降至53％，抑制作用大；2、基于BP神经网络进行仿真、诊断、识别。结果表明：影响因子对有机物去除影响顺序为：HRT>盐度≈pH值>进水COD；而对氨氮去除效果影响顺序为：进水氨氮>进水COD>活性污泥沉降比>MLSS，因此为提高COD、氨氮去除效果，HRT与进水氨氮需严格调控。
　　利用扫描电镜与试验结合的方式对膜污染分析研究，发现随试验进行膜组件表面孔隙结构不断减少，膜污染不断加重；物理清洗仅对膜表面简单冲洗，化学清洗效果可使顽固的污泥解体，从根本上解决膜污染问题，效果远好于物理清洗。
　　通过酶活试验，得出进水COD、MLSS与脲酶和多酚氧化酶呈正相关；当处理含盐污水时，硝酸还原酶、多酚氧化酶、脲酶、转化酶的活性最初分别为236.8，203.3，15191，7226.8μmol/h·gfw；当盐度增至35g/L时，四种酶活分别降至158，66.7，11895，5389μmol/h·gfw；污水中盐度与微生物酶的活性呈负相关，有强抑制作用。究其原因，盐度影响环境渗透压，使微生物产生质壁分离现象，进而制约微生物酶活，直接影响污染物的去除。
　　本文从实际应用角度出发，进行船用 MBR设计，利用化粪池内新鲜生活污水进行MBR试验。得出设备抗冲击负荷能力强，稳定处理生活污水4000L/d左右，最大处理量高达5000L/d。其出水COD、BOD5、SS、出水氨氮分别稳定在100mg/L、10mg/L、10mg/L、20mg/L以下，出水指标满足2010 IMO最新排放标准。

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第1章 绪论

1.1 船舶生活污水处理技术发展

1.2 膜生物反应器简介

1.3 本课题研究目的与意义

1.4 研究内容

第2章 MBR小试试验材料与方法

2.1 实验材料

2.2 污泥驯化及试验水质

2.3 试验运行

2.4实验仪器

2.5 实验方法

2.6 本章小结

第3章 膜生物反应器处理船舶生活污水影响因素研究

3.1常规影响因子对MBR运行的影响

3.2 不同盐度下船用MBR反应器的定量化因子组合研究

3.3 船用MBR中微型生物群落的适应性机制

3.4 膜组件对污染物截留机制及MBR 特征解析

3.5 本章小结

第4章 船用MBR运行过程的环境要素仿真

4.1 BP神经网络

4.2 BP神经网络输入、输出及主函数选取

4.3 BP神经网络对MBR出水COD的模拟仿真

4.4 BP神经网络对MBR反应器出水氨氮的模拟仿真

4.5 本章小结

第5章 船用MBR设计及试验研究

5.1 船用膜生物反应器

5.2 船用膜生物反应器设计计算

5.3 船用MBR性能研究

5.4 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士期间发表的论文和取得的科研成果

致谢

附录