厌氧和好氧MBR处理生活污水的运行效果及膜污染特性比较研究

摘要

厌氧 MBR作为厌氧生物处理与膜过滤的结合技术，不仅保留了厌氧技术投资少、能耗低、污泥产量低、可产生沼气能源等特点，而且从根本上解决了厌氧微生物流失的问题，实现了 SRT和 HRT的分离，有效提高了厌氧技术的出水效果。近年来，国内外广泛开展了利用厌氧 MBR处理高浓度有机废水的研究，然而涉及低浓度有机废水和膜污染机理的研究却很少，在很大程度上限制了厌氧 MBR的发展。
　　本实验分别利用厌氧和好氧 MBR对模拟生活污水进行处理，研究比较了不同HRT下，厌氧和好氧 MBR的运行效果及膜污染特性，并从污泥特性和微生物代谢产物角度分析了二者膜污染差异的主要原因，提出了厌氧 MBR膜污染的动态过程，对厌氧 MBR的膜污染控制提出了建议和方法。
　　结果表明，厌氧 MBR具有较高的 COD去除效果，但受厌氧微生物代谢速度的限制，厌氧 MBR的处理效果略低于好氧 MBR。当 HRT=10h时，出水 COD为49mg/L，去除率高达90％，略低于好氧 MBR的94%，达到中水回用的基本要求。COD的衡算结果表明，厌氧 MBR从整体上提高了厌氧微生物对有机物的降解能力，但产甲烷能力较低，膜对有机物的截留量高于好氧 MBR。在脱氮除磷效果方面，厌氧 MBR的 NH4+-N去除率达到45%，低于好氧 MBR的98%，而磷酸盐的去除率却明显高于好氧 MBR，达到50%，分析认为厌氧微生物代谢过程对氨氮和磷酸盐的利用、生物脱氮作用以及膜表面磷酸盐的沉积是厌氧 MBR实现脱氮除磷的主要原因。
　　实验过程中，厌氧 MBR的膜污染速度始终快于好氧 MBR。膜阻力分析结果表明，膜表面泥饼层的迅速形成，是导致厌氧 MBR迅速膜污染的最主要原因。通过对两套 MBR的污泥特性和微生物代谢产物进行比较，发现厌氧 MBR中较多的小颗粒污泥不仅促进了泥饼层的迅速形成，而且使其结构更为致密均匀。此外， SMP和 EPS中蛋白质与膜污染也有显著的正相对性，它们会不断向膜表面沉积，对泥饼层起到了压实作用，降低了泥饼层的孔隙率，促进了厌氧 MBR的膜污染。
　　由本文的研究对厌氧 MBR膜污染的动态过程提出如下假设：厌氧 MBR启动初期，小颗粒污泥会优先在膜表面沉积，形成致密的泥饼层，进而改变膜表面的疏水性和带电性，促进了污泥颗粒、胶体以及溶解性物质在膜表面的进一步沉积，导致膜阻力迅速增加；随着厌氧污泥黏度的下降，膜表面流体的湍流程度增大，污染物在膜表面的沉积受到抑制，厌氧 MBR进入缓慢污染的阶段；颗粒污泥的破碎释放大量 EPS，导致上清液 SMP不断积累，大量蛋白质类物质沉积到泥饼层的孔隙中，不断压实泥饼层，迅速降低泥饼层的透水性，最终引发严重膜污染。
　　传统的曝气冲刷不仅不利于厌氧 MBR膜污染控制，还会降低厌氧微生物代谢活性，并极大提高了运行成本。厌氧 MBR的膜污染控制应该从反应器的结构、膜组件的位置以及膜污染的预测和模拟着手，在保证厌氧颗粒污泥活性的基础上实现膜污染的前端控制，充分发挥厌氧 MBR高效节能的特点。

目录

厌氧和好氧MBR 处理生活污水的运行效果及膜污染特性比较研究硕士

COMPARISON OF TREATMENT PERFORMANCEAND FOULING CHARACTERISTIC BETWEENAEROBIC AND ANAEROBIC MEMBRANEBIOREACTOR FOR DOMESTIC WASTEWATERTREATMENT

摘 要

Abstract

目 录

第1 章 绪 论

1.1 课题背景

1.2 膜生物反应器的发展和应用

1.3 膜污染

1.4 厌氧膜生物反应器

1.5 课题研究的目的和内容

第2 章 实验材料与方法

2.1 实验材料

2.2 检测方法

第3 章 厌氧和好氧MBR 运行效果的比较

3.1 处理效果的比较

3.2 膜过滤特性的比较

3.3 膜表面形态的观察和分析

3.4 本章小结

第4章 厌氧MBR膜污染机理的探究

4.1 污泥性质对膜污染的影响

4.2 微生物代谢产物对膜污染的影响

4.3 厌氧MBR膜污染过程推测和控制建议

4.4 本章小结

结 论

参考文献

攻读学位期间发表的学术论文及其他成果

哈尔滨工业大学硕士学位论文原创性声明

《学位论文出版授权书》

致 谢