改性聚乙烯悬浮载体挂膜及其脱氮性能研究

摘要

聚乙烯(Polyethylene，简称PE)载体亲水性和生物亲和性较差，存在挂膜速度较慢、生物膜量较低及生物膜活性不高等缺陷，影响其污水处理效果。为解决这一问题，本文通过共混改性分别生产了亲水型和营养缓释型改性PE载体，并应用改性载体加速移动床生物膜反应器(Moving bed biofilm reactor，简称MBBR)工艺的挂膜启动，应用改性载体增强序批式移动床生物膜反应器(Sequencing batch moving bed biofilm reactor，简称SBMBBR)工艺的脱氮效果。
　　引入亲水性基团能够改善PE载体的表面亲水性。分别向HDPE基料中添加一定量的淀粉和辅助剂、添加一定量的硅藻土和辅助剂、同时添加一定量的淀粉、硅藻土及辅助剂使其表面接触角从94.3°分别降低至79°、77.8°、76.6°。并且，水环境中淀粉的缓慢溶出使改性载体具备了营养缓释性能。挂膜启动实验结果显示，相同条件下，实验前36天，同时添加淀粉和硅藻土的复合型载体生物膜内多糖和蛋白质含量的平均增长速率分别是PE载体的1.8倍和1.9倍。实验第60天时，复合型载体生物膜内多糖和蛋白质的含量分别是68.4 mg/L和69.5 mg/L，比PE载体高67.8％和47.9％。多糖和蛋白质的含量越高，表明生物膜的生物活性和细胞活性越高。生物膜成熟期，复合型载体上的生物膜量为2.3±0.3 g/L，比PE载体高89.3％，表明复合型载体具有富集微生物的能力。SEM和FISH结果显示，复合型载体生物膜内不同类型的菌群组成互生或共生体系，硝化菌群数量较多。上述复合型载体在挂膜性能方面的优势，使其第20天出水COD和NH4+-N就达到了国家一级A标准，比PE载体早12天，缩短了MBBR工艺的启动时间。
　　SBMBBR实验中，多组分改性剂的添加使改性载体的密度增加到0.972 g/cm3，接触角降低至72.4°。实验期间，两组SBMBBRs工艺的NH4+-N去除效果明显优于传统SBR工艺，投加改性载体的SBMBBR2出水NH4+-N在第18天达到了国家一级A标准，分别比投加PE载体的SBMBBR1和无载体投加的SBR早2天和8天。实验后期，SBMBBR2总氮去除效果最优，SBMBBR1次之，SBR较差。稳定期SBMBBR2的总氮平均去除率比SBR高近20％。单个周期内，两组SBMBBRs工艺的NH4+-N去除速率更快。并且，生物膜的空间异质性为实现同步硝化反硝化(Simultaneous Nitrification andDenitrification，简称SND)创造了有利的环境条件，使SBMBBRs工艺的总氮去除效果更好。加之改性载体良好的挂膜性能，单个周期内好氧结束和二次缺氧结束时SBMBBR2的总氮去除率分别比SBR高20.2％和18.4％。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 移动床生物膜反应器概述

1．1．1 移动床生物膜反应器的基本原理

1．1．2 移动床生物膜反应器的特点

1．1．3 移动床生物膜反应器的研究进展与应用

1．2 悬浮载体的发展概述

1．2．1 悬浮载体的作用与特点

1．2．2 高分子聚合物悬浮载体

1．2．3 载体的亲水和营养缓释改性

1．3 污水处理生物膜的形成过程和组成

1．3．1 污水处理生物膜的形成过程

1．3．2 污水处理生物膜的组成

1．4 研究目的、内容和意义

1．4．1 研究目的

1．4．2 研究内容

1．4．3 研究意义

2 实验材料、方法与内容

2．1 载体生产

2．1．1 载体生产所需原料

2．1．2 载体生产所需实验设备和仪器

2．1．3 改性聚乙烯悬浮载体的生产方法

2．2 实验材料

2．2．1 主要实验试剂

2．2．2 主要仪器设备

2．2．3 污泥及实验用水

2．3 分析项目及检测方法

2．3．1 载体亲水性和营养缓释性能测试

2．3．2 载体生物性能指标测试

2．3．3 载体水处理性能指标测试

3 改性聚乙烯载体加速移动床生物膜反应器挂膜启动的实验研究

3．1 实验载体

3．2 实验装置及运行条件

3．3 微生物相生长情况

3．3．1 生物膜中多糖、蛋白质含量

3．3．2 生物膜的生长过程

3．3．3 成熟期总生物量和附着生物膜量

3．3．4 SEM表征生物膜形貌和结构

3．3．5 FISH表征功能菌群

3．4 COD和NH4+-N去除效果

3．4．1 COD去除效果

3．4．2 NH4+-N去除效果

3．4．3 DO浓度变化

3．5 本章小结

4 SBMBBR工艺中改性聚乙烯载体除碳脱氮性能研究

4．1 实验载体

4．2 实验装置及运行条件

4．3 除碳脱氮效果

4．3．1 除碳效果

4．3．2 脱氦效果

4．4 单个循环中碳氮浓度变化

4．4．1 COD浓度变化

4．4．2 氮素浓度变化

4．5 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表学术论文情况

致谢