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MBR对含典型PPCPs生活污水的去除效果及影响因素研究

杨奇  
【摘要】:医药品与个人护理品( pharmaceuticals and personal care products , PPCPs)作为一类大量使用并能够对生态系统和人类健康产生潜在危害生理效应的“新型”化学物质,近年来受到科学界和社会的普遍关注。环境中的PPCPs主要源于人体或动物用药后排入生活污水以及污水处理厂对废水的不完全处理导致的排放。近年来,膜生物反应器(MBR)组合工艺在污水回用和难降解有机废水处理领域中的应用引起了研究者和商业界的连续关注。然而,针对MBR对PPCPs去除效应以及PPCPs对MBR的运行情况影响方面的研究却鲜有所见。 鉴于此,本文提出利用一体式MBR工艺在不同工况条件下对含典型PPCPs(诺氟沙星和萘普生)的生活污水进行去除效果及其影响因素的整体研究,在PPCPs存在的情况下,为生活污水在MBR工艺中的去除特性和MBR性能的变化趋势提供理论依据,填补了此类研究的空白。 研究发现,虽然在高有机物负荷浓度下(COD=600mg/L),装载有聚偏二氟乙烯(Polyvinylidene fluoride,PVDF)和聚四氟乙烯(Poly tetra fluoro ethylene,PTFE)两种常用平板膜的膜生物反应器处理含典型PPCPs(诺氟沙星和萘普生)污水的能力并无太大的减退,但膜污染较为严重,污水处理周期也大为缩短。因此,考虑到高分子膜片高昂的价格,工业上进水应采用COD=300mg/L左右浓度相对适宜。 通过对同种进水条件下PTFE膜生物反应器和PVDF膜生物反应器去除含典型PPCPs(诺氟沙星和萘普生)生活污水能力的对比,发现PTFE膜生物反应器在处理COD和典型PPCPs(诺氟沙星和萘普生)时表现优于PVDF膜生物反应器。只是在萘普生存在时,PTFE膜生物反应器氨氮出水只能达到国家城镇污水排放二级标准且清洗较困难。根据相关部门对氨氮出水指标不同的要求,为经济性考虑,可选择综合能力略低于进口PVDF膜的国产PTFE膜作为实际工程应用上的膜材质。 利用控制变量法分析不同PPCPs影响膜生物反应器去除能力的趋势和机理,发现诺氟沙星的存在对COD的去除较为不利,萘普生对硝化/反硝化菌的的毒害作用较强;但总体来说,两种PPCPs的存在对膜生物反应器去除COD能力的影响较小,即小于对去除氨氮能力的影响。另外,研究还发现,膜生物反应器对含典型PPCPs生活污水中各水质指标的去除能力随时间推移而增加,而PPCPs的存在却缩短了膜生物反应器的运行周期,增加了膜表面局部超临界的风险,降低了污泥活性;其中诺氟沙星的存在对PTFE膜运行负面影响较大,而PVDF膜的情况则相反。萘普生对污泥体系的健康损害尤重。 依据探究无污泥存在情况下膜生物反应器去除含典型PPCPs生活污水的性能,发现在PPCPs存在条件下,膜生物反应器去除有机物主要靠活性污泥的生物降解途径得以实现;而在膜生物反应器去除PPCPs时,膜片平均贡献率50%;由此可见活性污泥对PPCPs的吸附和生物降解作用有限。 对新型不锈钢膜膜生物反应器处理污水性能进行探索后发现,虽然其在处理含典型PPCPs生活污水的能力方面略低于传统平板膜膜生物反应器,但因处理水量大、清洗方便、换膜频次低、价格合适,在工业上应用前景广泛,值得进一步研究。


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