基于閾通量理論的膜生物反應器處理含氨氮地表水研究.pdf

1、隨著人們對飲用水水質(zhì)的要求日益提高,將超濾膜技術用于飲用水傳統(tǒng)凈化工藝升級與改造具有廣泛的發(fā)展前景,因而廣受關注。與此同時,膜分離科學與膜材料的發(fā)展以及超濾膜及以超濾為核心組合工藝處理地表水的相關科研成果也促進了超濾技術在大規(guī)模凈水廠中的工程化應用。然而,超濾膜污染會嚴重限制其推廣應用,因而如何控制膜污染是亟待解決的關鍵技術問題。超濾膜通量會顯著的影響膜污染累積的速度,所以設計超濾水廠需要合理選擇設計膜通量。
　　本文從時間規(guī)模(

2、短期和長期)、實驗規(guī)模(小試、中試和水廠運行)、膜特性、水質(zhì)和預處理的角度,開展了超濾處理地表水的閾通量研究,引進了超濾膜閾通量的理念,并建立了系統(tǒng)超濾閾通量的測定方法。首先,通過通量循環(huán)法和改進通量階梯法兩種短期實驗方法來求得閾通量候選值;然后,通過長期小試實驗,進一步縮小閾通量的選值范圍;最后通過長期中試實驗模擬水廠的實際運行情況,綜合考慮產(chǎn)水率和膜阻力分析兩個關鍵因素,篩選出適宜的閾通量。本文結合山東東營南郊水庫水源水,進行超濾膜

3、閾通量的測定研究,確定了超濾膜處理砂濾出水時最佳閾通量為30L/m2·h。東營南郊凈水廠在30L/m2·h的閾通量下連續(xù)運行兩年多,仍無需化學清洗,直接驗證了超濾閾通量系統(tǒng)研究方法的正確性,及其在實際超濾水廠中應用的可行性。本文還對通過改進通量階梯法和通量循環(huán)法進行了比較分析,認為改進通量階梯法優(yōu)于通量循環(huán)法。采用了PVC膜和PVDF膜過濾原水以及沉后水,得出以下結論:PVC膜過濾原水的第一不可逆閾通量在8.63-10.12L/m2·h

4、;過濾沉后水的第一不可逆閾通量為≤48L/m2·h。PVDF膜過濾原水的第一不可逆閾通量>30L/m2·h;沉后水的第一不可逆閾通量為54.19-58.83L/m2·h。此外,本文還交叉分析了膜特性、水質(zhì)和預處理對閾通量的影響,綜合比較發(fā)現(xiàn)PVDF膜的抗污染性強于PVC膜,但是PVC膜能夠?qū)崿F(xiàn)污染細化即形成多個閾通量,而曝氣和反洗能夠顯著提高閾通量。
　　低溫去除氨氮一直是一個困擾學術界的難題,尤其是在地表水貧營養(yǎng)化的情況下。膜生

5、物反應器是一個很好去除水中氨氮的技術,但膜污染限制了該工藝的推廣應用?；诔瑸V處理地表水的閾通量的研究基礎,作者設計了一個重力流膜生物反應器(MBR)用于含氨氮地表水處理,運行通量(≤9.17L/m2·h)低于原水的不可逆閾通量,開展了運行參數(shù)和溫度對長期運行處理含氨氮地表水的影響研究。
　　回流,污泥停留時間(SRT),曝氣間歇,水力停留時間(HRT)、粉末活性炭(PAC)投加量和氨氮沖擊負荷是影響重力流MBR的關鍵運行參數(shù)。運

6、行參數(shù)優(yōu)化研究表明:回流為1m3/h;間歇曝氣(每隔12h曝氣10mins);曝氣量為0.83m3/m2;膜反洗通量為20L/m2·h,反洗與曝氣同步進行即(每隔12h反洗10mins)。另外,本文通過回流取代了攪拌實現(xiàn)了重力流MBR系統(tǒng)的均勻混合。并且得出以下結論:重力流MBR系統(tǒng)在不可逆閾通量下運行,曝氣頻率和污泥停留時間是影響膜污染的主要因素;期間產(chǎn)生的污染都是可逆污染,可以通過曝氣排泥去除;延長曝氣間歇會導致溶解氧降低從而使氨氮

7、去除率降低到50％;PAC投加量從5mg/L增加到20mg/L時,氨氮去除率由51%增加到了99%。
　　在運行參數(shù)優(yōu)化的基礎上,開展了溫度對重力流MBR長期運行處理含氨氮地表水的影響研究。實驗結果表明:低溫條件下通量的恢復可能是低溫降低了生物活性,從而導致生物膜脫落,降低了膜污染;恒壓下通量的下降模式類似與恒通量下跨膜壓差的跳躍式增長。此外,本文還詳細研究了溫度對氨氮去除以及生物穩(wěn)定性的影響,得出以下結論:10℃是微生物活性的轉

8、折點;在溫度開始低于10℃時,微生物的活性受到了較大的抑制,重力流MBR對氨氮、有機物和消毒副產(chǎn)物的去除效能明顯降低。較高的粉末活性炭濃度為MBR系統(tǒng)中的有機質(zhì)和微生物提供了載體,可使微生物的活性在受到抑制后能夠很快恢復,迅速適應低溫環(huán)境(1-10℃)。水力停留時間的增加也具有重要的作用。本文通過質(zhì)量守恒即化學反應方程式比較了MBR系統(tǒng)中計算的硝態(tài)氮和出水的硝態(tài)氮濃度,探討了低溫氨氮的去除機理,結果表明該MBR系統(tǒng)中除了硝化作用可能存在