动态膜生物反应器中无机颗粒对动态膜结构及过滤行为的影响

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动态膜生物反应器(dynamic membrane bioreactor,DMBR)在处理污水时,依靠微网上原位形成的动态膜(dynamic membrane,DM),能够有效截留细小的颗粒物,可实现DMBR的低成本、低跨膜压差以及高通量运行。因此,近年来在污水处理和回用中受到越来越多的关注。当用DMBR处理市政污水时,无机颗粒是污水中常见成分,大量的无机颗粒不可避免的会进入DMBR中成为动态膜的一部分,不同粒径的无机颗粒物及其与微生物的相互作用是如何影响动态层的结构进而影响动态层的过滤行为尚不明确。在本研究中,建立了八个小试动态膜过滤装置和一个中试装置,考察了不同粒径的无机颗粒以及无机颗粒物与生物膜相互作用对动态膜结构、组分与长期过滤行为的影响。本研究主要结论如下:(1)当模拟进水中只含有大粒径的无机颗粒(比如沙粒,1.3-69.2μm)时,50天内出水浊度仍高于2.26 NTU,表明没有形成有效的动态层。但在此实验基础上向进水中加入小粒径的无机颗粒(比如黄泥,0.5-2.7μm),在第八天出水浊度小于0.60 NTU,表明形成了有效的动态层。当进水中只含有小粒径的黄泥或“沙粒+黄泥”的混合物时,出水浊度分别在第20天和第10天降低至1 NTU,表明粗颗粒和细颗粒能协同促进有效动态层的形成。(2)当进水中只含可降解有机物时,由此形成了以纯生物膜为主的DM,可以实现DMBR长期稳定的运行,出水浊度小于1 NTU和跨膜压差(Trans-membrane pressure,TMP)小于10 Pa,表明不含无机颗粒的纯生物膜是动态层的理想材料。(3)模拟废水中的无机颗粒会影响DM结构,进而影响DMBR的过滤行为,且影响与无机粒径大小有关。大粒径的无机颗粒(例如,沙粒1.3-69.2μm)会破坏DM结构并导致不稳定的出水浊度;而小粒径的无机颗粒(例如,黄泥0.5-2.7μm)容易沉积在支撑材料表面,形成厚而致密的DM。此外,无机颗粒物的加入会影响活性污泥系统以及动态层中的微生物群落结构,增加DM中生物量和EPS的含量,从而降低了DM的孔隙率并增加过滤阻力。(4)中试研究发现,实际污水中含有的小粒径无机颗粒会积聚在膜表面并成为DM的一部分,增加DM致密性并降低孔隙率,导致中试DMBR的过滤阻力迅速升高。因此,应用DMBR处理实际的城市废水时,应事先尽可能多的去除污水中的无机颗粒物。
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