基于新型动态膜的污水处理分离过程研究

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论文采用不锈钢网过滤器作为动态膜基材,活性污泥作为动态膜吸附与过滤界面,构建一种新型的动态膜生物反应器(dynamic membrane bioreactor,DMBR),致力于解决污水处理厂生活污水处理过程中二沉池沉淀效果不稳定、出水TP超标、占地面积大、动力消耗高、耗时长等关键难题。首先设计并制作了不锈钢膜过滤装置,将含磷模拟废水(TP 2mg/L)进行化学混凝沉淀和混凝过滤对比试验,结果表明废水中添加混凝剂和高分子有机絮凝剂后,采用孔径25μm的不锈钢膜过滤效果优于沉淀分离,TP去除率为91%,排放废水TP稳定在0.2mg/L以下,达到污水处理厂的提标改造标准(TP小于0.5mg/L)的要求,甚至更优;废水中添加混凝剂和碳酸钙后TP也能达到改造标准。相较于普通化学混凝沉淀法,混凝过滤法在保证水质效果的同时,缩短了分离时间,减少了沉淀占地面积。第二,将不锈钢膜过滤装置沉没于序批式活性污泥工艺(SBR)反应池中,构建新型的动态膜生物反应器(DMBR)。通过处理生活污水,将污染物指标总磷(TP)、化学需氧量(COD)和氨氮(NH4+-N)进行新型动态膜过滤方式和沉淀方式出水水质对比。采取连续进水、沉淀出水、新型DMBR出水的测样,结果表明,新型DMBR对氨氮(NH4+-N)改善不大,但对COD和TP去除效果得到显著提高,COD达到92.2%,TP高达91.5%,污水处理总体指标优于活性污泥法沉淀分离的指标。第三,重点考察了动态膜在SBR池里的运行稳定性和膜污染等关键技术问题。新型DMBR的污泥浓度比活性污泥法可以提高一倍以上,达到6000mg/L以上,生物量的增加大大促进了废水中污染物降解的速度。通过污泥浓度(MLSS)、污泥指数(SVI)、污泥生物相观察和傅里叶红外光谱(FTIR)分析,表明新型DMBR在活性污泥浓度6000mg/L左右时仍然表现出良好的吸附与生物降解性能,有助于增加生物量和污泥颗粒的团聚,进一步匹配不锈钢网孔径,提高动态截留效果和运行稳定性,还缩短污泥曝气时间。同时,分析一个循环周期中不同点位的Zeta电位、污泥粒径与胞外聚合物(EPS)的关系,表明新型DMBR工艺表现出优良的过滤性能,污泥中较多的EPS和较低的Zeta电位有助于形成更大的颗粒絮体,其中小于25μm不锈钢网膜孔径的污泥颗粒体积密度只有5.32%。EPS能间接避免膜污染的产生,实现污染物的固液快速分离。最后,通过对不锈钢网过滤器液体通量、气体渗透性和污染物排放通量分析,得到新型DMBR是在高通量条件下运行的,活性污泥及其曝气量提供给动态膜的成膜物质与自动再生循环过程,便于曝气产生的流体剪切力回落粘附于膜表面的污泥,有效避免膜污染的产生。因此,新型的不锈钢网动态膜过滤工艺在理论实践中实现了替代二沉池,并解决出水TP超标、占地面积大、动力消耗高、耗时长等关键难题,这一技术在污水处理进程中具有重要的参考价值和广阔的应用前景。
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