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新型动态膜生物反应器的研究与应用

作　者: 邱宪锋
导　师: 高宝玉
学　校: 山东大学
专　业: 环境工程
关键词: 动态膜生物反应器内循环膜污染再生水中段废水
分类号: X703.3
类　型: 硕士论文
年　份: 2007年
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内容摘要

我国现阶段水环境污染问题突出，严重影响了水体功能的发挥，同时导致水资源短缺的问题更加突出，严重制约了国民经济的发展，因此，对进入水体的生活污水和工业废水进行有效的处理，并加强水资源的再生利用，是改善我国水环境质量、促进经济健康快速发展的迫切需要，而开发新型高效的污水处理和回用技术是其重要的技术保障。本论文通过微网膜基材的筛选、膜污染控制方法的开发和反应器结构形式的改进等研究，开发了一种新型内循环动态膜生物反应器，并将该反应器成功地应用于生活污水和草浆造纸中段废水的处理。筛选获得了价格便宜、性质稳定、污泥附着性能良好的筛绢和单滑面无纺布微网膜基材。以单滑面无纺布构建的动态膜生物反应器处理生活污水，在水力停留时间为6h条件下，生物动态膜可在90 min内形成，动态膜形成后出水浊度降到5 NTU以下，反应器处理出水中COD、氨氮、总氮和总磷的平均浓度分别为25.6mg／L、1.5 mg／L、27.5 mg／L和2.9 mg／L。开发了能够有效消除膜污染的逆出水方向在线曝气反冲洗方法。当曝气强度为5.6 m~3／(m~2·h)、反冲洗时间为5 min时，生物动态膜的恢复约需要45 min，动态膜生物反应器的反冲洗周期可以稳定在15h左右。反冲洗曝气强度和反冲洗时间均对生物动态膜的恢复有一定影响。提出了旨在促进流态均匀性、抑制膜污染的新型内循环动态膜生物反应器结构形式。该结构形式的反应器的流态更加均匀，其死区率仅为0.2％，大大低于常规动态膜生物反应器7.2％的死区率；其对生活污水中COD、氨氮和总磷的去除效果优于常规动态膜生物反应器，在水力停留时间为6 h情况下，COD、氨氮、总氮和总磷的平均去除率分别达94.0％、97.6％、49.2％和83.7％，同时，膜污染问题得到有效延缓，平均反冲洗周期长达54.8 h。内循环动态膜生物反应器的基质降解动力学方程为v=2.65S／(403.9+S)。分析了动态膜的结构与功能。反应器内混合液活性活性污泥的生物量、脱氢酶活性和比耗氧速率等指标均大大高于生物动态膜，反应器对污染物质的去除主要依靠混合液活性污泥，附着在微网膜基材上的生物动态膜的生物降解作用也能去除少部分污染物质。动态膜主要由丝状菌、杆菌、球菌及其胞外分泌物组成。将动态膜生物反应器成功应用于草浆造纸中段废水的处理，结合混凝后处理工艺，能够稳定实现处理出水COD＜120 mg／L、色度＜50倍，达到了《山东省造纸工业水污染物排放标准(DB37／336-2003)》2010年以后的排放要求。

全文目录

摘要  12-13
Abstract  13-16
第一章绪论  16-25
  1.1 我国水资源污染现状  16-17
    1.1.1 淡水资源短缺  16
    1.1.2 水资源污染严重  16-17
  1.2 膜生物反应器技术  17-20
    1.2.1 膜生物反应器概述  17-18
    1.2.2 膜生物反应器的研究现状  18-20
    1.2.3 存在的问题  20
  1.3 动态膜生物反应器研究现状  20-23
    1.3.1 动态膜概述  20
    1.3.2 动态膜过滤的研究与应用领域  20
    1.3.3 动态膜生物反应器研究现状  20-22
    1.3.4 动态膜生物反应器存在的问题  22-23
  1.4 研究目的和研究内容  23-25
    1.4.1 研究目的  23
    1.4.2 研究内容  23-25
第二章生物动态膜基材的筛选研究  25-33
  2.1 试验装置与方法  25-26
    2.1.1 试验装置  25-26
    2.1.2 试验方法  26
  2.2 生物动态膜材料的物理性质比较  26-27
  2.3 清水过滤情况分析  27
  2.4 生物动态膜的形成  27-28
  2.5 动态膜生物反应器运行特性研究  28-32
    2.5.1 对COD的去除效果  28-29
    2.5.2 对氨氮的去除效果  29-30
    2.5.3 对总氮的去除效果  30-31
    2.5.4 对总磷的去除效果  31
    2.5.5 污染物去除效果汇总分析  31-32
  2.6 小结  32-33
第三章膜污染控制方法研究  33-39
  3.1 试验装置与方法  33-34
    3.1.1 试验装置  33
    3.1.2 监测项目与方法  33-34
  3.2 反冲洗条件的确定  34-36
    3.2.1 曝气强度对生物动态膜恢复时间的影响  34-35
    3.2.2 反冲洗时间对生物动态膜恢复的影响  35-36
  3.3 长期运行过程中反冲洗周期的变化  36-37
  3.4 反冲洗对生物动态膜的影响  37-38
    3.4.1 反冲洗对生物动态膜形态的影响  37
    3.4.2 反冲洗对生物动态膜截留能力的影响  37-38
  3.5 小结  38-39
第四章动态膜生物反应器结构的改进研究  39-53
  4.1 试验装置与方法  39-40
    4.1.1 试验装置  39
    4.1.2 试验水质和条件  39-40
    4.1.3 试验方法  40
  4.2 反应器流态分析  40-42
    4.2.1 流态分析原理  40-41
    4.2.2 流态分析结果  41-42
  4.3 生物动态膜的形成  42-43
  4.4 对污染物质的去除效果  43-46
    4.4.1 对COD的去除效果  43-44
    4.4.2 对氨氮的去除效果  44-45
    4.4.3 对总氮的去除效果  45-46
    4.4.4 对总磷的去除效果  46
  4.5 膜污染及其控制  46-49
    4.5.1 生物动态膜的再生  47-48
    4.5.2 反冲洗周期的变化  48-49
  4.6 内循环动态膜生物反应器基质降解动力学  49-51
    4.6.1 基本假设  49
    4.6.2 模式推导  49-50
    4.6.3 参数确定  50-51
  4.7 小结  51-53
第五章生物动态膜结构与功能分析  53-67
  5.1 试验装置与方法  53-58
    5.1.1 试验装置  53
    5.1.2 试验水质和条件  53-54
    5.1.3 监测项目与方法  54-58
  5.2 生物动态膜的作用分析  58-60
    5.2.1 对COD的去除效果分析  58
    5.2.2 对氨氮的去除效果分析  58-59
    5.2.3 对总氮的去除效果分析  59-60
  5.3 生物动态膜和混合液活性污泥特性比较  60-65
    5.3.1 反冲洗周期内生物动态膜的生物特性变化  60-61
    5.3.2 生物动态膜和混合液活性污泥的特性比较  61-65
  5.4 生物动态膜的形态分析  65-66
  5.5 小结  66-67
第六章动态膜生物反应器处理草浆造纸中段废水  67-83
  6.1 试验装置与方法  67-70
    6.1.1 小试系统  67-68
    6.1.2 中试系统  68-70
  6.2 动态膜生物反应器+混凝后处理组合工艺小试研究  70-77
    6.2.1 生物动态膜的形成  70-71
    6.2.2 动态膜生物反应器对污染物质的去除效果  71-73
    6.2.3 混凝后处理对污染物质的去除效果  73-75
    6.2.4 动态膜生物反应器膜污染及其控制  75-77
  6.3 动态膜生物反应器+混凝后处理中试研究  77-78
    6.3.1 组合工艺对COD的去除效果  77-78
    6.3.2 组合工艺对色度的去除效果  78
  6.4 有机物降解动力学研究  78-80
  6.5 技术经济分析  80-81
    6.5.1 技术分析  80
    6.5.2 经济性分析  80-81
  6.6 小结  81-83
第七章结论与建议  83-86
  7.1 结论  83-85
  7.2 建议  85-86
参考文献  86-90
致谢  90-91
攻读硕士期间科研成果  91-92
学位论文评阅及答辩情况表  92

新型动态膜生物反应器的研究与应用

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