基于MABR的市政反渗透浓水脱氮及微生物群落研究
发布时间：2020-07-11 09:38
【摘要】：市政污水的资源化利用是解决我国水资源短缺的重要举措之一。反渗透(RO)技术是市政污水处理过程中获取淡水资源的常用技术。RO浓水高度富集了污水中的各种污染物成分,若不经合理处理便直接排放会严重污染水环境。凭借氧气利用率高、同步硝化反硝化等优势,膜曝气生物膜反应器(MABR)在市政污水资源化利用领域特别是RO浓水深度处理方面具有广阔的应用前景。本文首次将MABR应用于市政反渗透浓水的脱氮处理,该浓水具有总氮浓度高、碳氮比低、盐度高的特点。本文系统考察了曝气压力、碳氮比、水力停留时间等运行参数对MABR系统脱氮效能的影响,并通过间歇模式跟踪含氮物质的浓度变化,解析氮降解路径,随后通过盐度提升冲击实验,进一步探究盐度对脱氮效果的影响,最后通过长期运行考察MBAR脱氮的稳定性。结果表明:MABR系统的运行参数控制在适宜范围内时,才能发挥最优的硝化反硝化效率。当水力停留时间、曝气压力、碳氮比分别控制为24 h、0.02 MPa、5.8时,MABR实现最优TN去除率79.2%,单位膜面积TN去除负荷达到0.73 g/m~2d;高盐度对亚硝氮氧化过程和反硝化过程均有抑制作用,进水盐度提升会导致总氮去除率下降,当反渗透浓水NaCl添加量小于20 g/L时,MABR可保持70%以上的总氮去除率;MABR在长期运行时保持稳定的脱氮效率,表现出长期应用的潜力。另外,本文通过16s rDNA高通量测序对生物膜内微生物群落结构和多样性进行了分析,探究盐度提升对群落演替的影响。结果表明:高盐度对微生物菌群丰度及多样性均有明显的削弱作用;MABR系统存在多种反硝化方式。本研究阐明了MABR应用于低C/N比市政反渗透浓水脱氮的可行性,为相应MABR技术的研发奠定了良好基础。
【学位授予单位】：天津大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：X703
【图文】：
图 1-1 MABR 工作原理图Fig. 1-1 The schematic diagram of MABR systemMABR的主要技术优势体现在无泡曝气、异向传质和生物膜分层结构等方面。（1）无泡曝气MABR通过曝气膜进行无泡曝气，不论是采用微孔膜时氧气从微孔进入生物膜，还是采用致密膜时氧气通过溶解扩散作用进入生物膜，氧气进入水体时都不会产生气泡，理论上可以实现100%的氧气利用。相比之下，作为传统好氧生物法的常规供氧方式，鼓风曝气和机械曝气通常低于20%的氧气利用率劣势明显[30]。这两种曝气方式在过程中会产生较大气泡，且当所处理的污水含有可挥发性有机物时，气体会携带可挥发性有机物扩散至空气中，对大气造成污染[31]。高氧气利用率使MABR在相同的氧气消耗下需要的供养压力更低，可直接降低能耗，对于减少运行成本有重要意义[32]。相比于常规的曝气方式，MABR无泡曝气的主要优势有以下几点：
水方面具有巨大潜力。另外，无泡曝气时也可避免因微生物分泌物或表面活性剂导致的泡沫现象[36]。ⅳ) 防止生物膜脱落MABR中的曝气膜除曝气功能外，还是生物膜生长的良好载体。微生物依附于膜外壁面生长形成生物膜，无泡曝气不产生气泡，生物膜不会受到气泡的摩擦，因此不易脱落[37,38]。（2） 异向传质MABR 的异向传质指的是氧气和污染物分别从生物膜两侧进入生物膜内，氧气从生物膜内部到外部浓度递减，而污染物从生物膜外部到内部浓度递减[39]。如图 1-2（b）所示，MABR 采用曝气膜进行曝气，氧气首先接触生物膜附着在膜表面的一侧，随后向生物膜外侧传递，形成由内向外递减的浓度梯度。而污水中的有机质首先与生物膜外侧接触，逐渐向生物膜内侧传递，形成由外向内递减的浓度梯度。如图 1-2（a）所示，在传统的生物反应器中，氧气和有机物的传递方向相同，均从生物膜外部向内部递减。
天津大学硕士学位论文（3）生物膜分层结构不同微生物具有不同特性，对生长环境的需求大不相同。MABR 中异得生物膜中有机质和溶解氧浓度形成梯度分布，与传统生物反应器有较对应着独特的分层结构及功能分区，适宜多种特性的微生物在同一反应繁殖。如图 1-3 所示，生物膜从与膜表面接触的一侧至与液相接触的一好氧层、兼氧层和厌氧层，活性分层内微生物良好的生物协同性使 M实现高效的有机质降解以及脱氮除磷。
本文编号：2750236
【学位授予单位】：天津大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：X703
【图文】：
图 1-1 MABR 工作原理图Fig. 1-1 The schematic diagram of MABR systemMABR的主要技术优势体现在无泡曝气、异向传质和生物膜分层结构等方面。（1）无泡曝气MABR通过曝气膜进行无泡曝气，不论是采用微孔膜时氧气从微孔进入生物膜，还是采用致密膜时氧气通过溶解扩散作用进入生物膜，氧气进入水体时都不会产生气泡，理论上可以实现100%的氧气利用。相比之下，作为传统好氧生物法的常规供氧方式，鼓风曝气和机械曝气通常低于20%的氧气利用率劣势明显[30]。这两种曝气方式在过程中会产生较大气泡，且当所处理的污水含有可挥发性有机物时，气体会携带可挥发性有机物扩散至空气中，对大气造成污染[31]。高氧气利用率使MABR在相同的氧气消耗下需要的供养压力更低，可直接降低能耗，对于减少运行成本有重要意义[32]。相比于常规的曝气方式，MABR无泡曝气的主要优势有以下几点：
水方面具有巨大潜力。另外，无泡曝气时也可避免因微生物分泌物或表面活性剂导致的泡沫现象[36]。ⅳ) 防止生物膜脱落MABR中的曝气膜除曝气功能外，还是生物膜生长的良好载体。微生物依附于膜外壁面生长形成生物膜，无泡曝气不产生气泡，生物膜不会受到气泡的摩擦，因此不易脱落[37,38]。（2） 异向传质MABR 的异向传质指的是氧气和污染物分别从生物膜两侧进入生物膜内，氧气从生物膜内部到外部浓度递减，而污染物从生物膜外部到内部浓度递减[39]。如图 1-2（b）所示，MABR 采用曝气膜进行曝气，氧气首先接触生物膜附着在膜表面的一侧，随后向生物膜外侧传递，形成由内向外递减的浓度梯度。而污水中的有机质首先与生物膜外侧接触，逐渐向生物膜内侧传递，形成由外向内递减的浓度梯度。如图 1-2（a）所示，在传统的生物反应器中，氧气和有机物的传递方向相同，均从生物膜外部向内部递减。
天津大学硕士学位论文（3）生物膜分层结构不同微生物具有不同特性，对生长环境的需求大不相同。MABR 中异得生物膜中有机质和溶解氧浓度形成梯度分布，与传统生物反应器有较对应着独特的分层结构及功能分区，适宜多种特性的微生物在同一反应繁殖。如图 1-3 所示，生物膜从与膜表面接触的一侧至与液相接触的一好氧层、兼氧层和厌氧层，活性分层内微生物良好的生物协同性使 M实现高效的有机质降解以及脱氮除磷。
【参考文献】
相关期刊论文 前6条
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3 周鹏;;盐度冲击对活性污泥系统性能影响的研究[J];环境科学与技术;2011年05期
4 李代鑫;杨广欣;;我国农村饮水安全问题及对策[J];中国农村水利水电;2006年05期
5 刘志培,刘双江;硝化作用微生物的分子生物学研究进展[J];应用与环境生物学报;2004年04期
6 聂永平,邓正栋,都的箭;膜生物膜反应器研究进展[J];环境污染治理技术与设备;2002年11期
相关博士学位论文 前1条
1 田海龙;MABR脱氮除碳效能及微生物膜特性研究[D];天津大学;2015年
本文编号：2750236
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