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本课题提出了一种基于廉价微网基材的动态膜—生物反应器污水处理新工艺。工艺采用微网材料替代传统的微滤或超滤膜,利用过滤过程中在微网表面动态形成的生物膜对活性污泥混合液进行固液分离。本课题主要就动态膜的运行稳定性和堵塞机理及反应器的运行特性开展研究,获得了以下结果:
对微网组件结构进行优化后,组件抗压性能增强,动态膜的稳定性得到明显改善;综合比较得出喷丝密度为30gm-2的聚酯无纺布与密度为50gm-2的聚丙烯无纺布均有利于动态膜的形成和长期稳定运行。
曝气方式、微网表面水力条件、水力负荷及混合液性质是影响动态膜运行稳定性的重要因素。研究表明,组件侧方曝气比下方曝气更有利于动态膜的稳定运行;动态膜存在一个临界通量,在低于临界值的次临界通量下运行,动态膜过滤压差变化平缓,试验求得污泥浓度为5、10和15gL-1时的临界通量范围分别为120~160、80~120和60~80Lm-2h-1;微网表面错流流速越高,水力负荷越低,动态膜过滤压差变化越缓慢。
动态膜由污泥层和凝胶层构成,两者分别构成了动态膜的可逆与不可逆污染。凝胶层形成和发展初期,污泥层阻力为动态膜过滤总阻力的主要构成。分析发现动态膜稳定运行期污泥层阻力发展的主要原因是污泥层的累积与压缩,基于此建立的污泥层阻力模型可用于预测通量、污泥浓度和污泥压缩性等条件对污泥层过滤阻力的影响。凝胶层发展后期,凝胶层阻力成为动态膜总阻力的主要构成,此时动态膜过滤性能明显恶化,需要进行体外清洗。
动态膜—生物反应器对有机物和氨氮的去除效果良好,反应器内悬浮微生物在其中起了主要作用。动态膜对上清液中有机物和氮有一定的去除与转化作用。动态膜内微生物有一定的生物降解活性,但受溶解氧和基质限制,活性明显小于反应器内生物活性。
构建了动态膜—生物反应器中试装置用于处理城市污水,反应器稳定运行了1个多月。对微网组件成本及运行能耗的分析表明该工艺具有很好的经济性。