UV/H2O2+MBR反应器处理难生物降解垃圾渗滤液的研究

摘要

垃圾渗滤液中含有大量难降解有机物和氨氮。经过生物处理后，渗滤液BOD/COD值更低，剩余COD以难降解有机物为主，无法再通过生化技术被去除。本文采取UV/H2O2+MBR反应器组合工艺深度处理垃圾渗滤液，研究工艺对有机物及氨氮处理效果;分析MBR反应器运行中污泥性状的改变、EPS含量变化以及膜污染发生机理;并通过现代分析技术GC-MS对渗滤液中有机成分在反应前后的变化作定性和定量分析。
　　 实验主要分三个阶段:第一阶段研究UV/H2O2工艺处理渗滤液的效果，通过正交试验和单因素试验，得出工艺适宜工作条件;第二阶段通过启动运行MBR反应器，研究MBR反应器对经高级氧化作用后的渗滤液的处理效果，并对该阶段反应器中污泥性状、EPS含量和膜污染程度进行跟踪分析。第三阶段更换膜组件，重新启动反应器，研究MBR反应器处理渗滤液原液中难生物降解有机物和氨氮的效果。
　　 实验用垃圾渗滤液原液COD浓度为850mg/L至950mg/L之间，氨氮浓度在450mg/L至550mg/L之间;进过UV/H2O2+MBR反应器组合工艺处理后，膜出水水质达到《生活垃圾填埋污染控制标准》—GB16889-2008中垃圾渗滤液出水水质标准。
　　 具体实验结果表明:
　　 1、当工艺条件为双氧水投加量为1G(G为理论计算值2.1 g(H2O2)/g(COD)根据实际COD浓度值计算具体投加量），pH值呈弱酸性，反应时间2h、温度30℃左右时，UV/H2O2工艺处理效果好，原液中50％TOC被有效降解，氨氮去除明显;
　　 2、MBR反应器对UV/H2O2工艺段出水中有机物的生化降解效果显著，出水有机物去除率稳定在80％以上;
　　 3、组合工艺中MBR反应器在低污泥负荷条件下工作，HRT和有机容积负荷对COD去除的影响并不大;反应后期污泥浓度和MLVSS/MLSS比值下降，COD去除率降低;
　　 4、MBR反应器处理渗滤液原液实验中反应器内硝化作用好，氨氮去除率维持在92％以上的高水平，氨氮容积负荷冲击抵抗能力较强;
　　 5、MBR反应器长期运行后，其泥龄长、污泥负荷低等性能使污泥的性状发生变化;污泥的沉降性、VSS/SS比值、过滤性发生改变，分析认为主要是受到微生物内源呼吸产生的惰性物质和细胞分泌的EPS的影响;但活性微生物的有机分子结构没有明显改变说明优势菌对渗滤液的适应性强，这与渗滤液经过了前期氧化处理，MBR反应器进水水质温和有一定关系;
　　 6、提出了二次动态膜的观点，分析了实验各运行阶段平板膜污染的因素，认为二次动态膜会延缓膜污染，EPS含量与实验过程中平板膜污染程度的相关性不高，膜内部污染对整个膜污染贡献最大;
　　 7、当有机质相对过多或微生物进行内源呼吸时，都会增加EPS物质的分泌，经分析这与微生物活性及微生物对有机物利用性能的不同有关;
　　 8、垃圾渗滤液原液在经过高级氧化处理后，长链烷烃和含芳香烃烃基等结构复杂的有机物被降解成中小分子有机物，为MBR反应器的稳定运行创造有利环境。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 课题背景和内容

1．1．1 研究背景及意义

1．1．2 研究内容及目的

1．2 垃圾渗滤液特征及危害

1．2．1 垃圾渗滤液水质特征

1．2．2 垃圾渗滤液危害

1．3 垃圾渗滤液处理技术

1．3．1 物化处理技术

1．3．2 生化处理技术

1．3．3 土地处理

第2章 实验理论与内容

2．1 高级氧化工艺作用机理及应用

2．1．1 化学氧化

2．1．2 电解氧化技术

2．1．3 湿式氧化

2．1．4 超声波化学法

2．1．5 光催化氧化技术

2．2 光化学氧化

2．2．1 UV／O3氧化法

2．2．2 UV／H2O2氧化法

2．3 MBR反应器的作用机理及应用

2．3．1 MBR作用机理

2．3．2 MBR反应器在垃圾渗滤液处理中的应用

2．3．3 膜污染

2．4 实验概况

2．4．1 课题废水来源

2．4．2 实验测试项目及分析方法

2．4．3 实验试剂及仪器

2．4．4 实验设备

2．5 实验内容

2．5．1 高级氧化实验

2．5．2 MBR实验

2．5．3 GC-MS和红外光谱扫描实验

2．6 实验出水排放标准

2．7 本章小结

第3章 UV／H2O2工艺的实验结果与讨论

3．1 垃圾渗滤液水质情况

3．2 工艺影响因素最佳条件范围

3．3 UV／H2O2工艺影响因素单因素实验结果及分析

3．3．1 双氧水(30％质量分数)投加量对实验结果影响分析

3．3．2 pH值对实验结果影响及分析

3．3．3 初始浓度对实验结果影响及分析

3．3．4 温度对实验结果影响及分析

3．3．5 反应时间对实验结果影响及分析

3．4 UV／H2O2工艺对垃圾渗滤液色度影响

3．5 UV／H2O2工艺对垃圾渗滤液氨氮去除能力的分析

3．6 本章小结

第4章 UV／H2O2+MBR反应器联合工艺实验及结果分析

4．1 MBR反应器的启动

4．2 MBR长期运行及结果分析

4．3 膜对有机物去除效果

4．4 UV／H2O2+MBR组合工艺处理结果

4．5 本章小结

第5章 MBR反应器单独工艺实验及结果分析

5．1 反应器的启动

5．2 反应器对COD去除结果及分析

5．3 反应器运行对氨氮去除结果及分析

5．4 本章小结

第6章 MBR反应器中污泥特征变化与膜污染研究

6．1 MBR反应器污泥性质的变化及分析

6．1．1 MBR反应内污泥浓度及沉降性的变化

6．1．2 MBR反应运行过程污泥结构变化及分析

6．2 MBR反应器中EPS相关研究

6．2．1 EPS特征

6．2．2 EPS的提取

6．2．3 反应器运行中EPS含量的变化及分析

6．3 反应器中膜污染研究

6．3．1 膜通量及滤阻表征

6．3．2 各滤阻计算

6．3．3 MBR反应器中滤阻的变化及分析

6．4 本章小结

第7章 UV／H2O2+MBR联合工艺中有机物特征研究

7．1 GC-MS技术简介

7．2 水样预处理

7．3 GC-MS分析条件

7．4 GC-MS分析结果

7．5 本章小结

第8章 实验结论及建议

8．1 实验结论

8．2 实验建议

致谢

参考文献

攻读学位期间的研究成果