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在线超声厌氧膜生物反应器处理污泥的研究

李玉山  
【摘要】: 厌氧膜生物反应器(AnMBR)结合了厌氧生物处理和膜分离技术的优点,在能源紧缺的今天有着广阔的应用前景。AnMBR处理高悬浮物废水能够分离HRT和SRT,减小反应器体积,有利于加快水解液化速率,提高处理效率,同时回收资源。 本研究将厌氧膜生物反应器用于高悬浮物废水(以污水污泥为代表)的处理,同时引入超声设备对厌氧膜污染进行控制。在厌氧反应器构型上,设计构建了两套结合在线超声装置的厌氧膜生物反应器,即:上流式(Up-Flow)反应器和完全混合式(CSTR)反应器,上流式反应器的设计是为了降低进入膜组件的污泥浓度,以此减缓膜污染趋势。研究的主要内容包括两套系统对污泥的处理能力以及利用超声在线控制膜污染发展的方法和机理。主要结论如下: 污泥消化的实验结果表明:对于上流式反应器,在HRT=6d的工况下VS的降解率达到55.0%~72.8%。其中,在90W,5min/h的超声条件下,污泥VS降解率为72.8%,相对于无超声系统提高了18.0%。当污泥浓度增大时,反应器沉淀区的污泥逐渐与下部一致,无法达到降低进入膜组件污泥浓度的设计目标。整个运行过程中,系统内无法充分搅拌,收集到的气体产量低,因此上流式的厌氧膜生物反应器不适合于处理污水污泥;对于完全混合式反应器,通过不断缩短HRT提高污泥负荷,HRT=8~5d,反应器VS的降解率为47.2%~52.3%,比无超声的装置明显高,其中在HRT=5d,超声条件为90W,5min/h时,VS的降解率达到最高,为52.3%。整个运行过程中,系统运行良好,可以用于污泥处理。 超声控制膜污染的实验结果表明:超声对膜污染均有控制效果。对于上流式反应器,在超声工况90W,3min/h条件下,超声对膜污染的控制效果理想,同时能够避免对膜材料造成损伤。而在工况90W,5min/h条件下,膜污染虽能得到有效控制,但出现膜损伤。对于完全混合式反应器,超声条件90W,5min/h对膜污染的控制效果最好,跟上流式反应器的相比,没出现膜损伤的情况。 实验结果表明,在超声能量密度过大会对膜材料造成损伤,两种结构的无超声厌氧膜生物反应器中滤饼层是膜污染的主要成分,约占总阻力的97%;对于有超声的反应器,滤饼层和生物污染阻力占总阻力的比例虽有差别但仍构成了膜污染的主要成分,同时进入膜组件的污泥浓度对超声也明显的影响作用。经过清洗,超声去除的主要对象是滤饼层。超声对膜污染的控制和对膜材料的损伤主要源于声冲流和声空化产生的微湍流、微气流及微射流。


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