基于閾通量理論的膜生物反應(yīng)器處理含氨氮地表水研究.pdf

1、隨著人們對(duì)飲用水水質(zhì)的要求日益提高,將超濾膜技術(shù)用于飲用水傳統(tǒng)凈化工藝升級(jí)與改造具有廣泛的發(fā)展前景,因而廣受關(guān)注。與此同時(shí),膜分離科學(xué)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(guān)科研成果也促進(jìn)了超濾技術(shù)在大規(guī)模凈水廠中的工程化應(yīng)用。然而,超濾膜污染會(huì)嚴(yán)重限制其推廣應(yīng)用,因而如何控制膜污染是亟待解決的關(guān)鍵技術(shù)問題。超濾膜通量會(huì)顯著的影響膜污染累積的速度,所以設(shè)計(jì)超濾水廠需要合理選擇設(shè)計(jì)膜通量。
　　本文從時(shí)間規(guī)模(

2、短期和長(zhǎng)期)、實(shí)驗(yàn)規(guī)模(小試、中試和水廠運(yùn)行)、膜特性、水質(zhì)和預(yù)處理的角度,開展了超濾處理地表水的閾通量研究,引進(jìn)了超濾膜閾通量的理念,并建立了系統(tǒng)超濾閾通量的測(cè)定方法。首先,通過通量循環(huán)法和改進(jìn)通量階梯法兩種短期實(shí)驗(yàn)方法來求得閾通量候選值;然后,通過長(zhǎng)期小試實(shí)驗(yàn),進(jìn)一步縮小閾通量的選值范圍;最后通過長(zhǎng)期中試實(shí)驗(yàn)?zāi)M水廠的實(shí)際運(yùn)行情況,綜合考慮產(chǎn)水率和膜阻力分析兩個(gè)關(guān)鍵因素,篩選出適宜的閾通量。本文結(jié)合山東東營(yíng)南郊水庫水源水,進(jìn)行超濾膜

3、閾通量的測(cè)定研究,確定了超濾膜處理砂濾出水時(shí)最佳閾通量為30L/m2·h。東營(yíng)南郊凈水廠在30L/m2·h的閾通量下連續(xù)運(yùn)行兩年多,仍無需化學(xué)清洗,直接驗(yàn)證了超濾閾通量系統(tǒng)研究方法的正確性,及其在實(shí)際超濾水廠中應(yīng)用的可行性。本文還對(duì)通過改進(jìn)通量階梯法和通量循環(huán)法進(jìn)行了比較分析,認(rèn)為改進(jìn)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(jié)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(yù)處理對(duì)閾通量的影響,綜合比較發(fā)現(xiàn)PVDF膜的抗污染性強(qiáng)于PVC膜,但是PVC膜能夠?qū)崿F(xiàn)污染細(xì)化即形成多個(gè)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(gè)困擾學(xué)術(shù)界的難題,尤其是在地表水貧營(yíng)養(yǎng)化的情況下。膜生

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

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(jìn)行即(每隔12h反洗10mins)。另外,本文通過回流取代了攪拌實(shí)現(xiàn)了重力流MBR系統(tǒng)的均勻混合。并且得出以下結(jié)論:重力流MBR系統(tǒng)在不可逆閾通量下運(yùn)行,曝氣頻率和污泥停留時(shí)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(zhǎng)曝氣間歇會(huì)導(dǎo)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(shí),氨氮去除率由51%增加到了99%。
　　在運(yùn)行參數(shù)優(yōu)化的基礎(chǔ)上,開展了溫度對(duì)重力流MBR長(zhǎng)期運(yùn)行處理含氨氮地表水的影響研究。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:低溫條件下通量的恢復(fù)可能是低溫降低了生物活性,從而導(dǎo)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(zhǎng)。此外,本文還詳細(xì)研究了溫度對(duì)氨氮去除以及生物穩(wěn)定性的影響,得出以下結(jié)論:10℃是微生物活性的轉(zhuǎn)

8、折點(diǎn);在溫度開始低于10℃時(shí),微生物的活性受到了較大的抑制,重力流MBR對(duì)氨氮、有機(jī)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(jī)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(fù),迅速適應(yīng)低溫環(huán)境(1-10℃)。水力停留時(shí)間的增加也具有重要的作用。本文通過質(zhì)量守恒即化學(xué)反應(yīng)方程式比較了MBR系統(tǒng)中計(jì)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(jī)理,結(jié)果表明該MBR系統(tǒng)中除了硝化作用可能存在