微滤-超低压纳滤成套技术综合评价研究

摘要

由于气候变化和城镇化、工业化的发展引起的人口激增，加速了对水的需求；而常规的活性污泥处理工艺难以满足愈来愈高的水质的要求。膜生物反应器（Membrane bioreactor, MBR）由于具有生物量高、出水水质好、占地面积小、污泥产量低的优点，常被用于污水的处理过程中，而纳滤用于去除MBR出水中残留的病毒、无机物、溶解性有机物、痕量有机物。然而膜的污染问题是制约微滤和纳滤广泛应用的因素之一，同时，MBR产生的剩余污泥和纳滤产生的浓水亦不能直接排入环境中。而目前以零排泥方式运行MBR中试，对于污泥混合液的胞外聚合物（Extracellular polymeric substances, EPS）和溶解性微生物代谢产物（Soluble microbial products, SMP）的研究，以及超低压纳滤（Ultra low pressure selective nanofiltration, DF）深度处理常规二级出水的中试研究的报道较少。本研究采用A2/O-MBR与DF联合系统处理城市污水，主要研究内容及结论如下：
　　（1）以传统活性污泥处理工艺（CAS系统）为对比，控制A2/O-MBR（厌氧-缺氧-好氧-MBR，MBR系统）以零排泥方式运行。MBR系统对COD、氨氮的去除效果更好，平均去除率分别可达92.54±4.86％和97.73±5.99%，对总氮和总磷（TP）的去除率分别可达75.04±11.47%和46.39±16.01%，其中MBR系统运行更稳定且耐冲击能力较强。两个系统内EPS和SMP在稳定运行的前期积累，在中期、后期逐渐被降解利用。污泥混合液逐级回流和长污泥龄的设置，有利于EPS和SMP总量的削减，从而缓解微滤膜的污染；而污泥龄的减小和污泥流失等会促使微生物释放EPS和SMP以对抗环境的变化。EEM分析表明，类蛋白物质的含量较高、易于被生物降解且能被微滤膜所截留，对膜污染贡献相对较大，类腐殖酸物质由于性质较为稳定、较难被生物降解，且能穿过微滤膜，对膜污染的贡献相对较小。
　　（2）DF系统在以较低的操作压力（<0.32 MPa）稳定运行过程，可高效截留污染物，同时对高价离子有较高的截留效率，对单价离子截留效果相对较低。DF膜通量和脱盐率与运行时间和进水的含盐量（以总溶解性固体和电导率计）呈极显著相关；通过增大浓水回流比例可加快浓差极化，使膜组件快速被污染。清洗后的洗脱液分析表明，DF系统的污染层主要由钙盐、镁盐、铝盐和铁盐等组成。
　　（3）以DF浓水零排放的方式联合运行MBR-DF系统，其中，MBR系统对总进水中COD和氨氮的去除贡献率很高（88%和97%），经过DF截留后，最终出水COD小于10 mg/L，氨氮小于0.1 mg/L；通过化学除磷强化MBR系统除磷效果，削弱DF系统对磷酸盐的截留，进而延缓DF膜污染。
　　（4）城市污水溶解性有机物中，携带荧光特性的主要组分为类蛋白物质。经不同系统处理后，出水DOM的最大荧光峰强度呈现显著的差异，表明各个系统降解有机物的途径存在差异；而不同系统的联合可相互弥补不足之处，使去除能力提高。针对CAS系统出水中丰度较高的内分泌干扰物——17-β雌二醇（E2），CAS系统仅能去除70.8%，而MBR系统和DF系统能高效去除E2（>99.98%）。MBR-DF处理可显著提高出水水质，并有效降低出水在回用的过程中存在的健康隐患与生态威胁，实现MBR系统源头式污泥减量化以及DF系统浓水零排放的高效循环利用。

目录

缩略语

第1章 绪论

1.1膜生物反应器

1.2再生水

1.3胞外聚合物

1.4溶解性微生物代谢产物

1.5纳滤

1.6内分泌干扰物

1.7课题的来源、研究目的与研究内容

第2章 A2/O-MBR系统运行特性与EPS及SMP分析

2.1 前言

2.2 材料与方法

2.3 结果与讨论

2.4 本章小结

第3章 超低压纳滤的运行特性分析

3.1 前言

3.2 材料与方法

3.3 结果与讨论

3.4 本章小结

第4章 A2/O-MBR-DF组合工艺的综合评价

4.1 前言

4.2 材料与方法

4.3 结果与讨论

4.4 本章小结

结论与建议

参考文献

攻读学位期间取得的研究成果

致谢