超声波强化膜生物反应器处理低温城市污水脱氮性能研究

【摘要】： 由于低温环境对微生物的影响,我国北方寒冷地区城市污水的生物处理一直面临处理效果低、出水难以达标的困扰。膜生物反应器处理低温城市污水具有潜在优势,该技术已经在污水回用和难降解有机废水处理领域崭露头角,并在世界范围内许多实际工程中得到了成功的应用。考察膜生物反应器对低温污水的处理效果和研究其强化措施具有重要的意义。 本实验采用一体式膜生物反应器(SMBR)对低温污水进行处理,研究了该反应器在低温条件下,超声波强化生物脱氮效果的最佳作用参数及在该参数强化下长期稳定运行的强化效果。并探讨了施加超声波后对膜污染现象的影响,重点研究了超声波强化的作用机理。 实验采用自行设计的SMBR,有效容积为28L,实验用水为人工配制,水温控制为10±1℃,HRT为2.4h。启动期不进行超声波强化的结果表明,SMBR处理低温城市污水时启动期较长,为27d。低温对SMBR中COD总去除率的影响不大,COD总去除率仍能维持在90%以上,而对NH_3-N去除的影响较大。低温条件下SMBR启动初期对NH_3-N的处理效果很差,随着硝化细菌对环境的逐渐适应, NH_3-N去除率才开始逐渐上升。在第27d COD去除率达到稳定状态时,NH_3-N的生物去除率和总去除率分别达到59.7%和64.9%。但此时NH_3-N去除效果并没有达到稳态,去除率还继续上升,第31天达到69.6%。此后,稳定在65%到70%之间。 引入低强度超声波强化SMBR运行后,在短HRT条件下对提高低温城市污水处理效果有明显作用。在超声波辐照后的48h内每间隔2h到6h取样,考察不同超声波参数组合对NH_3-N降解的强化作用。结果表明,功率密度为0.21W/L、辐照时间为20min及0.28W/L、15min,能量消耗为4.2W·min /L的超声波为最佳参数。结果表明,在此超声波参数作用下, NH_3-N生物去除率提高百分比约为32%。出水中的含氮化合物主要是NH_3-N,NO2-N和NO3-N含量很低。辐照间隔缩短为原来的一半时,膜清洗周期延长了两天。随着系统运行时间的延长,反应器中EPS的总量升高,说明随着系统的长期运行,膜污染程度加重。EPS中的主要成分为蛋白质,而且系统运行的各阶段多糖含量没有明显变化,因此可以认为蛋白质是引起膜污染加剧的主要原因。引入超声波对污泥强化后,有效预防了污泥膨胀的问题。 最后,实验对超声波强化低温城市污水生物处理的作用机理进行了探讨。超声波辐照可以改变细胞膜通透性,随着超声波功率密度的增加细胞膜通透性逐渐增加,从而加快细胞内外物质交换、传输和可逆渗透。超声波对细胞膜通透性的改变作用比脱氢酶活性提高率能更好地解释超声波参数选择与NH_3-N去除率提高比的关系。功率密度为0.14W/L和0.21W/L时,随着辐照时间和功率密度的增大,细胞膜通透性也提高。当超声波输入能量过大时,细胞膜上产生的孔太大而使得细胞不能完成自我修复,发生不可逆细胞膜通透性改变,从而影响到微生物细胞代谢功能的提高。 【关键词】：一体式膜生物反应器 超声波 低温污水
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2010
【分类号】：X703.1
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-10
• 第1章 绪论10-25
• 1.1 研究目的及意义10-11
• 1.1.1 课题来源10
• 1.1.2 研究的目的及意义10-11
• 1.2 低温污水处理工艺的研究现状11-14
• 1.3 膜生物反应器处理低温污水研究现状14-18
• 1.3.1 一体式膜生物反应器的特点14-16
• 1.3.2 膜生物反应器在低温城市污水处理中的研究16-18
• 1.4 超声波应用在污水处理的研究现状18-24
• 1.4.1 低强度超声波的作用机理18-20
• 1.4.2 低强度超声波强化污水生物处理的主要影响因素20-22
• 1.4.3 超声波在污水处理中的应用现状22-24
• 1.5 研究的主要内容24-25
• 第2章 实验材料与方法25-32
• 2.1 实验材料25-27
• 2.1.1 实验装置25-26
• 2.1.2 浸没式微滤膜组件26
• 2.1.3 实验用水与水质26-27
• 2.2 分析项目与方法27-32
• 2.2.1 常规分析项目与方法27
• 2.2.2 混合液中EPS 的测定27-29
• 2.2.3 脱氢酶活性研究方法29-30
• 2.2.4 细胞膜通透性研究方法30
• 2.2.5 实验所用主要化学试剂30-32
• 第3章 超声波强化低温污水脱氮的参数优选32-44
• 3.1 低温下反应器的启动32-36
• 3.1.1 启动阶段反应器运行条件32-33
• 3.1.2 启动阶段运行效果分析33-35
• 3.1.3 膜过滤压差的变化35-36
• 3.2 超声波参数选择36-43
• 3.2.1 功率密度及辐照时间的选择36-42
• 3.2.2 辐照时间间隔选择42-43
• 3.3 本章小结43-44
• 第4章 超声波强化低温污水脱氮性能与机理初探44-60
• 4.1 超声波强化效果44-48
• 4.1.1 辐照时间间隔为48h 的超声波强化效果44-46
• 4.1.2 辐照时间间隔为24h 的超声波强化效果46-48
• 4.2 超声波强化对膜污染的影响48-53
• 4.2.1 EPS 含量与膜污染的关系48-50
• 4.2.2 辐照时间间隔48h 的EPS 含量分析50-51
• 4.2.3 辐照时间间隔24h 的EPS 含量分析51-53
• 4.3 超声波强化作用机理初探53-58
• 4.3.1 超声波辐照后脱氢酶的改变53-56
• 4.3.2 超声波辐照后细胞膜通透性的改变56-58
• 4.4 本章小结58-60
• 结论60-62
• 参考文献62-68
• 攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果68-70
• 致谢70

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