膜吸收法與膜生物反應(yīng)器組合系統(tǒng)處理高濃度氨氮廢水的研究.pdf

1、膜技術(shù)被稱為21世紀(jì)水處理技術(shù)的原因在于：膜技術(shù)與傳統(tǒng)水處理技術(shù)相比，具有節(jié)能、投資少、操作簡便、處理效率高等特點(diǎn)。隨著膜分離技術(shù)的日臻完善，新的膜材料、膜結(jié)構(gòu)及操作方式不斷涌現(xiàn)，采用膜技術(shù)進(jìn)行高濃度氨氮廢水的處理已逐步成為研究的熱點(diǎn)。 本論文以氣膜接觸器(GasMembraneContactor，GMC)和顆粒污泥膜生物反應(yīng)器(GranularSludgeMembraneBioreactor，GSMBR)為基本單元構(gòu)建了用于處

2、理高濃度氨氮廢水的組合式膜系統(tǒng)，先后對(duì)氣膜接觸器的傳質(zhì)特性、顆粒污泥膜生物反應(yīng)器的運(yùn)行特征及組合系統(tǒng)的實(shí)際運(yùn)行效果進(jìn)行了重點(diǎn)研究，主要研究內(nèi)容如下： (1)考察高濃度氨氮廢水中的氨在氣膜接觸器中的傳質(zhì)特性。用膜吸收法去除水溶液中易電離或締合的易揮發(fā)性物質(zhì)(如氨)時(shí)，宜用揮發(fā)性物質(zhì)的平衡濃度而非總濃度來計(jì)算總傳質(zhì)系數(shù)、膜通量和去除率。膜吸收過程中，料液的起始pH值越高，氨的傳質(zhì)效率、膜通量和氨氮去除率就越高。料液的pH值不僅會(huì)對(duì)膜

3、傳質(zhì)系數(shù)有影響，對(duì)管側(cè)傳質(zhì)系數(shù)也有影響。非緩沖溶液中料液pH值及其變化對(duì)氨傳質(zhì)的影響可由式1/K=(1/Kf+1/Km)·1/2xNH3描述。在二個(gè)不同結(jié)構(gòu)的膜接觸器中，其預(yù)測值與實(shí)驗(yàn)值均能很好地吻合。揮發(fā)性物質(zhì)濃度增加，溶液粘度值增大。但無論溶液是否為緩沖體系，在50mg·L-1～10000mg·L-1濃度范圍內(nèi)，傳質(zhì)系數(shù)的變化幅度均小于5％。式K=V/A·kCn-1較式K=V/AtlnC0/Ct更能合理地解釋膜吸收過程中揮發(fā)性物質(zhì)濃

4、度對(duì)傳質(zhì)系數(shù)的影響。溫度升高將使傳質(zhì)速率增大，有利于揮發(fā)性物質(zhì)的去除。 (2)研究膜吸收過程中的伴生滲透蒸餾現(xiàn)象及其影響。盡管膜吸收過程中的伴生滲透蒸餾現(xiàn)象對(duì)氨的傳質(zhì)無明顯影響，但對(duì)產(chǎn)品濃縮、操作系統(tǒng)的運(yùn)行效率等影響較大。鹽濃度差、溫度差和料液流速等顯著影響滲透蒸餾通量。通過增加料液(上游溶液)的溶質(zhì)(鹽)濃度或增加膜兩側(cè)溶液溫差的方法，可有效抑制或消除伴生滲透蒸餾。 (3)探討膜吸收法處理實(shí)際高濃度氨氮廢水的效果、膜污

5、染及其清洗情況。采用膜吸收法去除和回收焦化廠剩余氨水中的氨和苯酚，二者的去除效果均較好。在相同實(shí)驗(yàn)條件(流速約為0.20m·s-1，溫度40～60℃)下，氨的傳質(zhì)系數(shù)是苯酚的11.3倍。運(yùn)行25min時(shí)，氨的去除率為99.7％，苯酚僅為52.7％。但兩者在吸收劑中的回收率均可達(dá)到99.5％。利用氨和苯酚酸堿性的差異和各自對(duì)pH要求的不同，能有效消除兩者相互間的干擾，達(dá)到分別分離和回收的目的。先除氨后除苯酚，有利于后繼的生化處理。通過采取

6、適當(dāng)?shù)念A(yù)過濾及采用2％NaOH溶液清洗可有效減輕膜吸收過程中的膜污染。經(jīng)200h的連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)，氨的傳質(zhì)系數(shù)僅下降了12.1％。 (4)探討以厭氧顆粒污泥為接種污泥，在普通膜生物反應(yīng)器(MembraneBioreactor，MBR)中培養(yǎng)好氧顆粒污泥的可行性。結(jié)果表明，以厭氧顆粒污泥為接種污泥，在好氧及連續(xù)進(jìn)水的條件下可以培養(yǎng)獲得性能良好的好氧顆粒污泥。培養(yǎng)前后顆粒污泥的外觀、微觀結(jié)構(gòu)和物理性能均發(fā)生了較大變化。好氧顆粒污泥的多層結(jié)

7、構(gòu)和內(nèi)部較高的空隙率，為其創(chuàng)造了在好氧條件下實(shí)現(xiàn)同步硝化-反硝化的微觀環(huán)境。 (5)考察不同操作和基質(zhì)條件對(duì)GSMBR運(yùn)行效果的影響、膜污染情況及其清洗。GSMBR用于模擬廢水處理，在HRT為6h、溶氧濃度為4～6mg·L-1、COD的容積負(fù)荷為7.24kg·m-3·d-1的條件下，COD的去除率在96％以上。當(dāng)NH3-N的容積負(fù)荷為0.17kg·m-3·d-1時(shí)，NH3-N的去除率可達(dá)60％。穩(wěn)定運(yùn)行過程中，GSMBR中好氧顆

8、粒污泥的濃度(MLSS)基本維持在14～16mg·L-1。系統(tǒng)進(jìn)水COD/N在18～110之間的變化對(duì)GSMBR的COD及NH3-N去除率基本沒有影響。對(duì)比運(yùn)行GSMBR與絮狀污泥膜生物反應(yīng)器(FlocSludgeMembraneBioreactor，F(xiàn)SMBR)，16天后前者的膜通量下降了44.5％，而后者的膜通量則下降了82.4％，GSMBR的下降速度明顯比FSMBR緩慢。另外，GSMBR中污染的膜通過空氣反沖或用水清洗即可使膜通量

9、基本恢復(fù)。 (6)考察GMS-GSMBR組合膜系統(tǒng)處理實(shí)際廢水的運(yùn)行效果及可行性。所構(gòu)建的組合式膜系統(tǒng)用于處理化肥廠實(shí)際高濃度氨氮廢水時(shí)，膜接觸器在2h內(nèi)就能從廢水中去除99％以上的氨氮。同時(shí)，GSMBR也能穩(wěn)定有效地降解膜接觸器出水中剩余的有機(jī)污染物和氨氮，COD的去除率穩(wěn)定在90％以上，氨氮去除率為50％左右。膜接觸器和GSMBR中的膜污染均較輕，采取空氣反吹或清水沖洗即可使膜通量基本恢復(fù)。膜吸收過程中的伴生滲透蒸餾可通過加