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一体式MFC-MBR脱氮效果及膜污染特性研究

作　者: 迪世靖
导　师: 田禹
学　校: 哈尔滨工业大学
专　业: 环境科学与工程
关键词: 一体式MFC-MBR 污水处理脱氮膜污染污泥性质
分类号: X703
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要

膜生物反应器具有高效的污水处理效果，但对于TN的去除效果不佳，且膜污染比较严重，影响了MBR的应用，而MFC可以利用NO₃^-等为电子受体，以阳极传递过来的电位为电子供体进行反硝化作用，将两者结合，构造出一种新型的一体式MFC-MBR工艺，能有效去除污水中的TN，同时可以改善系统的污泥特性，延缓膜污染的发生。以普通MBR为对照，研究了一体式MFC-MBR在水处理过程中污染物的去除特性以及产电特性，MFC的耦合作用并未改变系统对COD以及NH₄⁺-N的去除效果，两者的去除效果均超过88%和99%，出水具有较好的效果，但MFC的耦合作用使得系统的TN有较为明显的提高，一体式MFC-MBR系统TN的去除效果达到69%，比对照MBR高14%，且氮的去除主要依靠传统反硝化来完成。系统在去除有机物质的同时可以回收电能，一体式MFC-MBR系统在运行过程中最大功率密度达到0.79W/m3。改变不同的运行条件可以改善系统的水处理效果，当进水有机负荷增高时，系统出水COD值没有明显区别，但去除率由79.45%升高至91.29%，NH₄^-N的去除效果在不同条件下均达到99%，但TN的去除率由67%提高到84%，同时较高的进水COD降低系统的最大功率密度，当COD由200mg/L升高至500mg/L时，最大体积功率由1.42W/m3^降至0.84W/m³；改善系统的HRT也影响系统水处理效果，在4h-8h内，随着HRT的延长，COD的去除率未见明显变化，NH4₊^-N的去除率由90.4%升高至99.4%，TN的去除率44.1%升高至75.3%，不同的HRT影响系统的输出电压，随着HRT的延长，输出电压降低；外阻的改变也影响系统的产电特性和水处理特性，随着外阻的增高，一体式MFC-MBR系统对COD和NH4-N的去除没有明显的区别，去除率均超过87%和99%，但外阻的增加使得系统TN的去除率略微降低，当R由R=50升高至500时，TN去除率由75.3%降低到67.2%，且随R的提高，OCV由608mV升高至832mV，而最大功率密度由1.1W/m³降低至0.89W/m3^。同时研究了两套系统在运行过程中膜污染特性，一体式MFC-MBR系统能够有效改善活性污泥的性质，使得活性污泥性质向有利于延缓膜污染的方向改善，在一个周期的运行时间内，一体式MFC-MBR系统运行周期达到71d，比对照MBR延长了42%，且有更低的EPS总量，EPS下降比例达到30%，且MFC的作用使絮体体积平均粒径由91.7μm增大到239.5μm，粒径小于50μm的小粒子由超过30%的比例下降到10%以下，同时改善了系统的zeta电位和粘度，使得zeta电位的绝对值和粘度均降低，有助于延缓膜污染的发生。同时FTIR和EEM的分析证实主要污染物质为碳水化合物和多糖。研究证明，一体式MFC-MBR能有有效进行TN的去除，同时能够改善活性污泥性质，延缓膜污染的发生。

全文目录

摘要  4-6
Abstract  6-10
第1章绪论  10-24
  1.1 膜生物反应器与微生物燃料电池  10-11
    1.1.1 膜生物反应器  10
    1.1.2 微生物燃料电池  10-11
  1.2 MBR膜污染研究进展  11-17
    1.2.1 膜污染的特点  11-13
    1.2.2 膜污染的影响因素  13-16
    1.2.3 膜污染的控制策略  16-17
  1.3 污水脱氮研究进展  17-21
    1.3.1 脱氮影响因素研究  17-18
    1.3.2 MBR脱氮的研究  18-20
    1.3.3 MFC脱氮的研究  20-21
  1.4 课题研究的目的和内容  21-24
    1.4.1 课题研究目的  21-22
    1.4.2 课题研究主要内容  22-24
第2章材料与方法  24-29
  2.1 反应器的设计及启动  24-26
    2.1.1 反应装置设计  24-25
    2.1.2 反应器的污泥接种及启动  25
    2.1.3 系统运行参数  25-26
  2.2 分析项目及方法  26-29
    2.2.1 常规水质分析方法  26
    2.2.2 污泥指标分析方法  26-27
    2.2.3 MFC数据采集电化学计算  27-29
第3章一体式MFC-MBR水处理效果研究  29-56
  3.1 MFC-MBR反应器启动运行  29-34
    3.1.1 反硝化MFC启动阶段电势及输出电压特性  29-30
    3.1.2 一体式MFC-MBR启动阶段电压及出水水质的变化  30-34
  3.2 一体式MFC-MBR反应器电极反硝化的实现  34-38
    3.2.1 出水COD特性  35
    3.2.2 出水氮的特性  35-37
    3.2.3 一体式MFC-MBR的产电特性  37-38
  3.3 不同条件下一体式MFC-MBR的脱氮及产电效果  38-54
    3.3.1 不同有机负荷水处理及产电特性  38-45
    3.3.2 不同HRT的水处理及产电特性  45-50
    3.3.3 不同外电阻的水处理及产电特性  50-54
  3.4 本章小结  54-56
第4章一体式MFC-MBR膜污染特性研究  56-72
  4.1 一体式MFC-MBR膜污染情况  56-59
    4.1.1 TMP变化曲线  56-57
    4.1.2 膜表面AFM分析  57-58
    4.1.3 膜丝表面污泥红外光谱分析  58-59
  4.2 一体式MFC-MBR反应器中污泥的性质变化  59-70
    4.2.1 EPS的变化  59-64
    4.2.2 SMP的变化  64-67
    4.2.3 zeta电位的变化  67-68
    4.2.4 污泥混合液粒径分布的变化  68-70
    4.2.5 粘度的变化  70
  4.3 本章小结  70-72
结论  72-74
参考文献  74-83
攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果  83-85
致谢  85

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