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动态膜生物反应器工艺（DMBR）的脱氮效能及数学模拟

作　者: 尹娟
导　师: 洪俊明
学　校: 华侨大学
专　业: 环境工程
关键词: 动态膜生物反应器膜基材颗粒活性碳脱氮效能数学模拟
分类号: X703
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

针对传统膜生物反应器成本高、膜污染严重等问题,本文采用工业滤布作为膜基材,开发了一种新型内循环动态膜生物反应器(DMBR),并研究其脱氮效能和运行过程。选取了5种不同工业滤布作为动态膜生物反应器的膜基材,比较其DMBR运行过程,结果表明,孔径为24μm的涤纶短纤滤布组成的DMBR对COD、氨氮和总氮的去除率分别为90%、80%和48%以上;反冲洗后膜通量恢复率高,最适合作为DMBR的膜基材。采用涤纶短纤滤布的DMBR,考察了不同进水C/N比对脱氮效果的影响;并建立简化的活性污泥数学模型(ASM-CN)对工艺进行模拟。DMBR的出水COD均低于50 mg/L,去除效率达到85%以上;亚硝氮和硝氮的出水浓度分别小于0.25 mg/L和0.70 mg/L。在C/N比大于6.75时,总氮和氨氮的去除率分别达到50%和60%以上;并且C/N越高,对氨氮和总氮的去除效果越好。采用ASM-CN进行数学模拟,模拟与实测COD浓度基本吻合;当C/N比大于5.04时,模拟出水总氮和氨氮的浓度与实际值基本吻合。考察溶解氧(DO)对DMBR脱氮效果的影响,并研究了动态膜的污染特性。当DO>0.5 mg/L时,出水COD浓度约为16.67 mg/L;DO浓度在3.0-3.5 mg/L时,出水氨氮和总氮浓度分别约为15 mg/L和30 mg/L,总氮去除率为35.24%。在DMBR工艺中,滤布本身的阻力为2×106 m-1,动态膜形成的阻力为4.32×107 m-1,动态膜阻力是总阻力的主要决定因素。为了进一步提高DMBR的脱氮效果和缓解膜污染问题,在DMBR中投加颗粒活性碳(GAC)形成GAC-DMBR,并且与GAC-MBR进行了比较,同时采用ASM1模型对反应器进行了模拟。DMBR和MBR的膜通量分别为20 L/(m2·h)和10 L/(m2·h);DMBR的透膜压差基本维持在3500 Pa,而MBR的透膜压差为10000 pa以上,并且很快就上升至48000 Pa。MBR、10% GAC-MBR和20% GAC-MBR的运行周期分别为3 d,7 d和7 d,而DMBR在整个90 d的运行过程中只清洗过一次,投加GAC能够延长两个反应器的运行周期。MBR和DMBR工艺对COD去除率基本相同,为85%以上。GAC-DMBR工艺出水氨氮和总氮浓度分别维持在7 mg/L和14 mg/L,其脱氮性能优于传统的DMBR工艺。在MBR中投加GAC对脱氮性能几乎没有影响。利用ASM1模型对DMBR和MBR进行模拟,得到两个反应器的模拟与测量值基本吻合。

全文目录

摘要  4-6
Abstract  6-11
第一章绪论  11-23
  1.1 我国城市污水的治理技术现状  11
  1.2 膜生物反应器技术研究  11-14
    1.2.1 膜生物反应器概述  11-12
    1.2.2 膜生物反应器的发展与研究现状  12-14
  1.3 动态膜生物反应器的研究发展状况  14-19
    1.3.1 动态膜的概述  14
    1.3.2 动态膜生物反应器的研究现状  14-19
  1.4 污水处理工艺的数学模拟  19-21
    1.4.1 ASM1 模型  19-20
    1.4.2 膜生物反应器数学模型研究进展  20-21
  1.5 课题的提出  21-23
    1.5.1 研究的意义和目的  21
    1.5.2 研究内容  21-23
第二章实验的工艺流程、设备和方法  23-27
  2.1 实验装置及流程  23-24
    2.1.1 DMBR 装置  23-24
    2.1.2 MBR 装置  24
  2.2 装置运行  24-25
    2.2.1 进水水质  24-25
    2.2.2 活性污泥驯化期  25
  2.3 分析项目及其测试方法  25-27
第三章动态膜生物反应器膜基材的选择  27-33
  3.1 材料与方法  27-28
  3.2 不同膜基材脱氮效能的比较  28-30
  3.3 不同膜基材组成的DMBR 运行参数的比较  30-32
    3.3.1 运行周期  30
    3.3.2 反冲洗前后过滤压力的变化  30-31
    3.3.3 膜通量变化  31-32
  3.4 小结  32-33
第四章进水C/N 对DMBR 的影响及数学模拟  33-44
  4.1 材料与方法  33-34
  4.2 进水C/N 对DMBR 脱氮效能的影响  34-37
    4.2.1 C/N 对氨氮去除效果的影响  34-35
    4.2.2 C/N 对总氮去除效果的影响  35-36
    4.2.3 C/N 对COD 去除效果的影响  36-37
  4.3 进水C/N 对DMBR 的数学模拟  37-42
    4.3.1 模型的建立  37-39
    4.3.2 模型参数的校正  39-40
    4.3.3 实验与模拟结果的比较  40-42
  4.4 小结  42-44
第五章 DO 对DMBR 脱氮效能及膜污染特性研究  44-51
  5.1 材料与方法  44-45
  5.2 DO 对DMBR 脱氮效能的影响  45-47
    5.2.1 不同DO 条件下氮形态变化分析  45-46
    5.2.2 DO 对COD 去除效果的影响  46-47
  5.3 膜污染的特性研究  47-49
    5.3.1 DO 对膜通量和过滤压差影响  47
    5.3.2 DO 对EPS 的影响  47-48
    5.3.3 过滤阻力分析  48-49
  5.4 小结  49-51
第六章投加GAC 对DMBR 和MBR 运行效能的影响  51-64
  6.1 实验方法  51-52
    6.1.1 实验装置  51-52
    6.1.2 模型的建立  52
  6.2 运行情况的比较  52-55
    6.2.1 投加GAC 对膜通量的影响  52-53
    6.2.2 投加GAC 对过滤压力的影响  53-55
  6.3 投加GAC 对工艺脱氮效能比较  55-58
    6.3.1 氨氮的去除效果  55-56
    6.3.2 亚硝氮和硝氮的变化  56-57
    6.3.3 总氮的去除效果  57
    6.3.4 COD 的去除效果  57-58
  6.4 投加GAC 对工艺污泥性质的影响  58-62
    6.4.1 污泥浓度和粘度随运行时间的变化  58-60
    6.4.2 SV30 随运行时间的变化  60-61
    6.4.4 反应器内生物相的变化  61-62
  6.5 小结  62-64
第七章结论与展望  64-66
  7.1 结论  64-65
  7.2 后续工作建议  65-66
参考文献  66-73
致谢  73-74
攻读硕士期间科研成果  74

动态膜生物反应器工艺（DMBR）的脱氮效能及数学模拟

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