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基于缺氧/好氧膜生物反应器的分散聚居区污水处理及回用研究

刘志强  
【摘要】: 本论文是西部建筑科技重点实验室(筹)开发基金项目“分散聚居区污水处理及资源化技术研究”的专题之一。针对分散聚居区污水的特点,采用缺氧/好氧膜生物反应器试验装置,就其处理分散小区污水的工艺影响条件、膜污染及脱氮性能、处理试验及应用开发进行了研究。 缺氧/好氧膜生物反应器(A/O-MBR)是缺氧/好氧处理工艺与膜分离技术结合而成的新型污水处理及回用工艺。为使系统取得良好的运行效果,需找出影响试验运行的主要因素,并确定主次关系及最佳条件。本研究采用四组平行小试系统进行了正交试验,确定了影响系统运行的主要因素及优化条件。从影响膜污染程度和系统脱氮性能的影响分析,得出了各因素的影响力排序为:SRTIRQ气VA/VO。 为了探讨运行条件对A/O-MBR系统膜污染及系统脱氮性能的影响,利用小试装置在优化条件下进行了运行试验。研究了污泥停留时间(SRT)与MBR之间的关系,探讨了其影响膜污染的实质原因。将四组反应器的SRT按低、中、高水平分别设为5d、30d、90d和180d。通过观察各SRT下反应器的膜污染程度,对比得出中水平SRT(30d)时污染最轻。同时,根据各SRT下的混合液性质特征、混合液各组分(悬浮固体、胶体、溶解物)对膜污染的贡献率以及临界通量测定值,分析得出溶解性微生物产物(SMP)是影响膜污染的最直接、单一的污泥性质因素,是SRT影响MBR运行效果的实质原因。根据膜污染情况,将其划分为初始污染、缓慢污染和污染跃升三个阶段,利用典型过滤机理模型,重点对前两个阶段进行了数值拟合。拟合结果表明,在初始阶段介质堵塞作用在膜污染中占据主导地位,而在缓慢阶段滤饼堵塞作用占据主导地位。 同时,研究了SRT和进水C/N比对A/O-MBR系统脱氮性能的影响,并建立了硝化和反硝化的动力学方程,利用PCR-DGGE技术对反应器内的菌落结构进行了分析。结果表明:在达到硝化菌的最小世代时间后,SRT和进水C/N比对反硝化作用的影响较为显著。好氧区比硝化速率和缺氧区比反硝化速率与污泥龄的动力学方程分别为qN=(32.0+5.60θC)/θC和qD=(54.4+3.54θC)/θC。系统不同反应分区在不同SRT条件下的微生物群落结构不同。 为了考察A/O-MBR处理分散小区污水的情况及适用性,利用山东省环境工程重点实验室多工艺一体化污水处理设备,对A/O-MBR工艺处理分散小区污水及回用进行了中试试验。研究了A/O-MBR长期运行状况,结果表明,该系统处理出水水质能稳定达到了《城市污水再生利用城市杂用水水质标准》(GB/T18920-2002)中的标准。同时,考察了膜污染情况,对试验用膜进行了四次清洗,并初步得出膜清洗的周期。通过扫描电镜(SEM)对膜丝的污染情况进行了分析。在试验运行的第三阶段,向膜生物反应器中投加PAC,探讨了PAC对系统运行效果及对膜污染的影响。试验结果表明:膜内表面的污染主要为生物污染;膜通量经过10d左右的快速下降后,进入平缓下降阶段,日均下降速率为0.211L/m2·h·d,投加PAC能缓解膜污染,可延长膜清洗周期。同时结合实际工程——青岛流亭机场污水处理站,对A/O-MBR系统进行了考察和研究,结果表明,A/O-MBR工艺适用于分散聚居区的污水处理及回用。 为便于实际应用与推广,在试验研究基础上对A/O-MBR进行了开发研究。将A、O两区在空间上进行了合理设计,同时,考虑了两区的体积可调,搅拌、曝气和混合液回流可控,以及能实现抽吸泵自控等因素,设计研制了立式A/O-MBR污水处理装置,并进行了试验研究。结果表明,该装置具有处理效果好、运行稳定,占地面积小以及自控程度高等特点。已申请了发明专利。 为了探讨MBR污水处理系统的经济可行性,对MBR系统进行了初步技术经济分析,并对该系统处理污水的成本进行了估算,分析了影响系统运行费用的主要因素,同时,与其他污水处理及回用工艺进行了技术经济比较。


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