（环境科学专业论文）生物脱氮除磷膜生物反应器膜污染研究.pdf

a bs t r a c t a b s t r a c t ：t h em e m b r a n eb i o r e a c t o r ( m b r ) h a sm a n ya d v a n t a g e s ，s u c ha sas m a l l f o o t p r i n t ，h i g hq u a l i t ye f u e n t ，s t r o n gi m p a c t h o w e v e r , m e m b r a n ef o u l i n gi s ak e y p r o b l e mb l o c k i n gt h ew i d ea p p l i c a t i o no ft h i sp r o c e s s m o s ts t u d i e sf o c u s e do nt h e m e m b r a n ef o u l i n gf a c t o r si na e r o b i cm b r a st h em o r es t r i n g e n te f f l u e n ts t a n d a r d st o n i t r o g e na n dp h o s p h o r u s , n i t r o g e n & p h o s p h o r u sr e m o v a lm b r ( f o r s h o r tn r - m b r ) i s g r a d u a l l ys h o w i n gi t sa d v a n t a g e s ，a n di t sf o u l i n gc h a r a c t e r i s t i c s i sd i f f e r e n tf r o m o r d i n a r ya e r o b i cm b r t h u s ，t h i sp a p e rc o m p a r e dt h ea b i l i t yt or e m o v ep o l l u t a n t sa n dm e m b r a n ef o u l i n go f t h en i t r o g e n & p h o s p h o r u sr e m o v a lm b r a n da e r o b i cm b ri nd i f f e r e n ts l u d g ea g e i n t h i s t h e s i s ，s l u d g ea g e ( s r t ) 、e x t r a c e l l u l a rp o l y m e r ( e p s ) 、s o l u b l e m i c r o b i a l p r o d u c t s ( s m p ) a n dt h et e m p e r a t u r ei n f l u e n c e so nt h em e m b r a n ef o u l i n gr a t e w e r e i n v e a t i g a t e d t h em a i ne x p e r i m e n tr e s u l t sa n dc o n c l u s i o n s a r ea sf o l l o w s ( 1 ) c o d c ri nt h ei n f l u e n tm a i n t a i n e da t5 0 0 - 6 0 0 m g l ，a n dt h eh y d r a y l i cr e t e n t i o n ( h r t ) w s a12 h ，s r td i dn o th a v eab i gi m p a c to nt h ec o dr e m o v e le f f i c i e n c i e s i nt h e t h r e es t a g e so fs r tf o r5 d 、15 d 、3 0 d t h ea v e r a g ec o d r e m o v a lr a t eo fn i t r o g e n & p h o s p h o r u sr e m o v a lm b r a n do r d i n a r ya e r o b i cm b rc o u l dr e a c h9 6 6 ( 2 ) s r tf o r15 d ，i nt h en r m b r ，n i t r o g e na n dp h o s p h o r r i sr e m o v a le f f i c i e n c yw a s s i g n i f i c a n t l y t h ea v e r a g e t o t a ln i 仃o g e nr e m o v a lr a t er e a c h e d8 0 ，t h e c o n e e n t r a t i o no fp h o s p h o r u si ne f f l u e n tw a sm a i n t a i n e db e l o wo 5 m g l w i t ht h e a v e r a g er e m o v a lr a t eo f9 6 3 ( 3 ) n r m b ri sd i f f e r e n tf r o ma e r o b i cm b r w i t hr e s p e c to fm e m b r a n ef o u l i n gp a t t e m t h ef o r m e rm a i n l yc o m e sf r o mp o r eb l o c k i n gf o u l i n g , w h i l et h el a t t e rm a i n l yc o m e s f r o mt h ea b s o r p t i o nl a y e rc a k e i na d d i t i o n ，t h ef o r m e rf o u l i n gr a t ew a ss i g n i f i c a n t l y l o w e rt h a nt h el a t t e r ( 4 ) m e m b r a n ef o u l i n gi nn r - m b rp r e s e n t e dt w os t a g e s t h ep r e s s u r ed i f f e r e n c er a i s e d q u i c k l ya f t e ro v e r0 014 m p a t h ef o u l i n gr a t ew a s s m a l l e s ta ts r ti s15 d ，a n dt h e s y s t e mc o u l do p e r a t i o nf o ral o n gt i m e ( 5 ) s l u d g em o r p h o l o g yi nt h en r m b r i sv e r ys o u n d ，b u tm a s s i v ef i l a m e n t o u sb a c t e r i a a p p e a r e dt h ea e r o b i cm b r ，w h i c hr e s u l t e di ns e r i o u s l ym e m b r a n ef o u l i n g i nt h e s a m er e a c t o r s ，t h ef o u l i n gr a t e sa n ds l u d g ec o n c e n t r a t i o n sw a sp o s i t i v ec o r r e l a t i o n ( 6 ) ap r o p o r t i o n a lr e l a t i o n s h i pw a sf o u n db e t w e e ns l u d g es e t t l e m e n ta n d e p si ns l u d g e 1 1 1 em e m b r a n ef o u l i n gr a t er a i s e da st h ee p si n c r e a s e d 1 1 1 ed e c l i n e dp r o p o r t i o no f p r o t e i no fe p sw o u l ds p e e du pt h ef o r m a t i o no fm e m b r a n ef o u l i n g ( 7 ) t h el o n g e rs r t , t h eh i g h e rs m pc o n c e n t r a t i o n t 1 l es m pi na e r o b i cm b rw a s s l i g h t l yh i g h e rt h a ni ti nn r - m b r h o w e v e r , t h es m p i ne f f l u e n tw a st h r e et i m e s l a r g e r n r - m b rh a v eb e t t e ri n t e r c e p t i o no ns m p , a l s oo n eo ft h em e m b r a n ef o u l i n g s u b s t a n c e s ( 8 ) v a r i o u sp o o l so fn i t r o g e n & p h o s p h o r u sr e m o v a lm b rh a dd i f f e r e n ta b i l i t yo n s m pd e g r a d a t i o n a e r o b i cm i c r o b i a lr e l e a s e dm o r ep o l y s a c c a r i d e st h a na n a e r o b i c m i c r o b i a l k e y w o r d s ：n i t r o g e na n dp h o s p h o r u sr e m o v a l ；m b r ；m e m b r a n ef o u l i n g ；s r t ； e p s ；s m p c l a s s n o ：x 7 0 3 1 ；6 2 8 1 v 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取得的研 究成果，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他人已经发表或 撰写过的研究成果，也不包含为获得北京交通大学或其他教育机构的学位或证书 而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作 了明确的说明并表示了谢意。 学位论文作者签名：签字日期：年月日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解北京交通大学有关保留、使用学位论文的规定。特 授权北京交通大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索， 并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。同意学校向国 家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权说明) 学位论文作者签名：导师签名： 签字f t 期：年月 日 签字同期：年月日 致谢 本论文的工作是在我的导师李久义副教授的悉心指导下完成的，李久义教授 严谨的治学态度和科学的工作方法给了我极大的帮助和影响。在此衷心感谢三年 来李久义老师对我的关心和指导。 许兆义教授、李久义副教授悉心指导我完成了实验室的科研工作，在学习上 和生活上都给予了我很大的关心和帮助，在此向他们表示衷心的谢意。 李进教授、于海琴副教授、刘灵琴老师对我的科研工作和论文都提出了许多 的宝贵意见，在此表示衷心的感谢。 在实验室工作及撰写论文期间，吴念鹏、倪帆、王国田、黄雪等同学对我的 实验工作给予了热情帮助；张倩、田晶、于梦婕、石晓庆等同学在我论文撰写期 间给予了许多宝贵意见，在此向他们表达我的感激之情。 另外也感谢家人，他们的理解和支持使我能够在学校专心完成我的学业。 1 1研究背景 1 绪论 随着我国人口的增加、经济的快速增长和城市化进程的加快，水资源需求量 将持续上升，水资源的供需矛盾更为突出，因此减少污染和废水的再生回用已成 为可持续发展的关键问题。尽管传统活性污泥法已普遍运用于污水处理中，但其 仍存在污泥和微生物随排水流失的问题。由于其泥水分离是依靠重力沉降作用在 二沉池中完成的，所以分离效率完全依赖于活性污泥的沉降性能，而活性污泥的 沉降性能又受多方面因素的影响，很难控制，这样就造成了出水水质的不稳定。 膜生物反应器以膜单元( 超滤膜或微滤膜) 取代二沉池，悬浮物和胶体都被膜分 离截留，污泥的沉降性不会影响到出水水质。同时，膜分离单元增加了曝气池中 活性污泥的浓度，提高了生物降解的效率，并减少了剩余污泥的产量。鉴于膜生 物反应器的诸多优点，此技术的应用受到了广泛重视。 大多数的膜生物反应器都是针对有机污染物的降解设计的，而随着水质富营 养化问题的日益严重，对污水进行氮磷去除的实际需要也逐渐突出。针对处理出 水中氮磷的含量，许多国家也相继制定了严格的处理要求和出水标准。我国污 水综合排放标准( g b 8 9 7 8 1 9 9 6 ) 规定一级排放标准为( b o d 5 _ 2 0 m g l ， s s _ 2 0 m g l ，c o d 6 0 m g l ，p 0 4 3 - - p 暑一厶 c j d 2 1 1 8 4 o o 6 2 2 1 1 8 4 o 0 0 o 0 o 0 0 0 0 0 o o 9 8 7 6 5 4 3 2 1 一j皇一山= 且b 池中后期污泥解体，释放出给多的s m p 。此时，膜污染十分严重，物理清洗 后6 小时即达到压差极限，无法正常运行。 表3 _ 4 不同s r t 时两反应器好氧池及出水中平均s m p 浓度 1 a b l e 3 - 4s m pc o n c e n t r a t i o ni ne f f l u e n ta n dr e a c t o r s 表3 4 中显示了不同污泥龄条件下，两种膜生物反应器膜池及出水中s m p 的 平均含量。可以看出，0 一m b r 中的s m p 浓度略高于n r m b r ，但其出水中s m p 浓度却是后者的2 3 倍。n r m b r 对s m p 有更好的截留作用，这也与3 2 节得到 的两者膜污染类型不同的结论相一致。n r m b r 中膜面上附着污泥少，主要是凝 胶层以及内部膜孔堵塞引起的膜压差上升： 污泥龄对s m p 的含量也有一定的影响，s r t 为3 0 d 时反应器中的s m p 含量 略高于s r t 为1 5 d 时的情况。污泥龄越长，污泥浓度就越高，释放出的s m p 也就 越多。此时，出水中s m p 反而下降，膜组件对s m p 的截留率提高，膜污染加重。 3 5 2n r m b r 四个区域中s m p 的对比 6 0 o 5 0 o 3 4 0 b 0 5 3 0 蜊 装2 0 1 0 o 0 o 进水厌氧池缺氧池微氧池好氧池 出水 图3 1 9s r t = 3 0 d 时脱氮除磷m b r 中各反应池中s m p 浓度 f i g3 19s m p c o n c e n t r a t i o ni nd i f f e r e n td i s t r i c to f n r - m b r 进水中的多糖主要由配水中的蔗糖提供，浓度稳定在1 5 1 7m g l ，蛋白质由 蛋白胨提供，浓度稳定在3 2 3 6 m g l 。在经历四个池子的降解后，s m p 持续下降， 主要表现在蛋白质浓度的下降。一部分蛋白质在氨化菌的作用下被转化成氨态氮， 少量多糖在释磷菌释磷过程中消耗。同时厌氧池中的一部分s m p 来源于厌氧微生 物的产生，逐渐积累进入下一阶段。经过缺氧池和厌氧池的降解，蛋白