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一体式膜生物反应器膜污染机理及处理生活污水稳定运行特性研究

艾翠玲

  膜生物反应器是由污水生物处理技术与膜分离技术结合而成的新型污水处理与回用工艺。本论文就一体式膜生物反应器处理生活污水的工艺条件和膜污染理论开展了研究,并对其工艺设计进行了探讨。主要结果如下:通过正交设计试验,确定了一体式膜生物反应器处理生活污水的较优工艺条件。工艺条件按影响程度由大到小排序为:水力停留时间(HRT)5h,溶解氧浓度(DO)3mg/L,抽吸时间12min,停止时间6 min。HRT对膜生物反应器的运行效果影响很大,主要反映了膜通量的大小。第一次从理论角度研究了废水浓度对混合液粘度的影响,并得到了混合液的粘性与各操作条件的总关系式。本实验条件下得到膜生物反应器最佳排泥时间为36d,反应器内最大活性污泥浓度可达到12.0151g/L,并根据生物反应器中活性污泥增长量公式得到理论说明。通过连续运行试验,较为详细的研究了膜的污染情况。曝气产生反应器内污水循环和增氧,曝气量愈大水循环流量愈大,并且随主腔水深增大,水循环流量增大,在主腔污水上升过程中流速随气泡的体积增大、浮力增大而增大;副腔尽量减小流速可增加主腔的曝气浮力。通过消除膜外污染的临界流速理论研究得出:运行时膜污染的临界流速,和反冲洗时膜污染的临界流速。在污染物颗粒粒径一定的情况下,膜面不淤积临界流速减小的方法为减小膜管的抽吸压力,减小主腔的宽度。减小副腔内的流速,合理控制膜管内的压力可极大的减少膜外污染或消除膜污染。增加污染物颗粒粒径,减少凝胶层与膜管壁的吸引力,是解决膜污染的途径。膜管内层流时,膜管内径愈大,膜管内污染物颗粒粒径愈小,管内不污染的临界流速愈小。紊流时膜管内径愈小,管内污染物颗粒愈大,管内不污染的临界流速愈小。清洗时,膜管内为层流时需解决污染物颗粒粒径减小,紊流时需解决污染物颗粒粒径增大,西安理工大学博士学位论文才可使膜管内不污染的临界流速减小。同时不论层流或紊流皆需减小膜与污染物间的粘结力,即就是污水与膜面材料具有同种电荷性质可有效的减少膜面污染。膜管的抽吸压力对膜管内存在凝胶层时,对抗污染有利。由于曝气使主腔内的流速随气泡上升而增大,是水深的函数。膜外污染主要是胶体物质及污泥层在膜外表面沉积形成的;内部污染主要是以丝状体及葡萄球菌为主体的生物污染,这些丝状体紧紧的缠绕在一起,塞死透过液运动的通道。膜污染机理主要有四种形式:膜面吸附;浓差极化;凝胶层的形成;膜孔堵塞。维持膜长期稳定运行的主要控制条件:保持生物反应器内良好的水力循环条件,维持膜面良好的水力冲刷作用,反应器主、副腔通道的设计要合理,曝气量要适当;保持操作条件的稳定,操作条件的经常变化会促进膜的堵塞过程,加速膜污染。由微生物造成的生物污染是本研究膜通透性低下的主要原因。采用酸洗和碱洗相结合的方法对膜组件进行清洗能有效除去生物污染。 通过长期运行试验,考察了优化条件下膜生物反应器处理生活污水的稳定运行特征。通过用模糊数学方法对膜过滤过程进行评价,条件间相互比较选择最佳条件完全可行。整个运行期间,系统对有机物的去除效果稳定,系统COD始终保持在50mg几以下,其它各项指标均能达到中水回用标准。虽然系统抗冲击负荷能力很强,但还是避免形成冲击负荷,所以应对系统内的污染物浓度进行控制。第一次从理论上分析出应控制的系统内最大污染物浓度。本研究提出了一体式MBR各参数间的设计原则、方法、步骤,最佳运行条件下各动力间的配合选型,并对该工艺的运行能耗与固定投资作了评价。 通过对反应器内流态进行分析,得到主腔气体的上升流速远大于液体的上升流速。大量气泡以较高速度穿过中空纤维膜组件,再加上气体挟带的水流对膜表面的冲刷,避免了凝胶极化层的增厚和堵塞物质的积累。反应器中微生物菌群与普通活性污泥法中的比较,大致认识了MBR中的微生物菌群。MBR中菌胶团结合紧密,有较强的氧化和吸附能力,原、后生动物适应性较差。 通过加入弹性填料考察了膜生物反应器处理生活污水性能的变化。投加填料的MBR在投入稳定运行后膜的通透性随运行时间的延长而缓慢下降,且较投加填料前明显增大。附着相和悬浮相污泥共存,并以附着生长的微生物为主。这可以有效的减缓膜过滤阻力的上升和膜的堵塞。关键词:一体式膜生物反应器,排泥时间,膜污染,膜过滤过程,优化,填料……   
[关键词]:一体式膜生物反应器;排泥时间;膜污染;膜过滤过程;优化;填料
[文献类型]:博士论文
[文献出处]:西安理工大学2004年