SPG膜微氣泡曝氣生物膜反應(yīng)器處理村鎮(zhèn)生活污水研究.pdf

1、村鎮(zhèn)生活污水的直接排放嚴(yán)重威脅水環(huán)境安全，尋求合適的處理技術(shù)，具有十分重要的現(xiàn)實意義。好氧生物處理是目前應(yīng)用最為普遍的污水處理工藝，曝氣是好氧生物處理過程的核心環(huán)節(jié)，采用直徑小于50μm的微氣泡曝氣有利于好氧生物處理氧傳質(zhì)效率的提高。本研究將微氣泡曝氣應(yīng)用于村鎮(zhèn)生活污水好氧生物處理，首先，采用SPG膜進行微氣泡曝氣，考察SPG膜產(chǎn)生微氣泡的特性及其氧傳質(zhì)特性;其次，考察微氣泡曝氣過程對活性污泥特性的影響;再次，采用微氣泡曝氣生物膜反應(yīng)器

2、處理模擬村鎮(zhèn)生活污水，考察反應(yīng)器運行性能，以及運行參數(shù)對運行性能的影響;同時，考察長期運行過程中SPG膜污染機制及控制策略。研究獲得了以下主要成果:
　　SPG膜微氣泡曝氣系統(tǒng)能夠穩(wěn)定產(chǎn)生微氣泡，較優(yōu)的微氣泡產(chǎn)生條件為:循環(huán)流量為460L/h、空氣壓力為0.325MPa，此時微氣泡密度可達1.22×104個/mL，直徑范圍為20～30μm的微氣泡占顯著優(yōu)勢，平均直徑為21.1μm。微氣泡具有加速收縮消失的行為特性，收縮過程受氣泡初

3、始直徑和微環(huán)境影響。微氣泡曝氣可以強化氧傳質(zhì)過程，其氣含率和氣泡停留時間分別為1.03％和2.06min，其氧傳質(zhì)系數(shù)(KLa)和氧傳質(zhì)效率(SOTE)分別可達15.34h-1和80.55％，顯著高于傳統(tǒng)曝氣。
　　微氣泡曝氣工藝應(yīng)用于活性污泥法時，微氣泡附著于污泥絮體導(dǎo)致污泥上浮聚集，造成反應(yīng)器中混合液懸浮固體濃度(MLSS)快速下降，污泥沉降性能變差，污泥沉降比(SV)由初始的23.5％下降至曝氣6h后的3.5％。微氣泡產(chǎn)生過

4、程中，強水力剪切力造成污泥絮體破碎、污泥粒徑減小（絮體中位徑從初始時的60.15μm降至曝氣后的22.45μm）以及污泥絮體胞外聚合物(EPS)釋放，污泥絮體的再絮凝能力喪失，混合液的黏度增加2倍以上。由于對活性污泥混合液特性具有不利影響，微氣泡曝氣技術(shù)不宜用于活性污泥工藝中。
　　基于SPG膜微氣泡曝氣的生物膜反應(yīng)器能夠?qū)崿F(xiàn)長期連續(xù)穩(wěn)定運行，是微氣泡曝氣與村鎮(zhèn)生活污水好氧生物處理結(jié)合的可行方式。SPG膜的空氣通透性受膜表面性質(zhì)及

5、孔徑大小影響，疏水膜的空氣通透性好于親水膜。生物膜反應(yīng)器內(nèi)的溶解氧(DO)濃度主要受有機負(fù)荷影響。COD去除效果良好，去除率可達90％以上;氨氮的去除效果波動較大，主要受DO濃度及生物膜內(nèi)氧擴散傳質(zhì)的影響。高有機負(fù)荷條件下反應(yīng)器內(nèi)出現(xiàn)同步硝化反硝化現(xiàn)象。微氣泡曝氣氧利用率顯著高于傳統(tǒng)曝氣方式，可接近100％
　　采用較小孔徑的SPG膜進行微氣泡曝氣或采用較疏松的填料填充方式能夠改善污染物去除效果。提高SPG膜微氣泡曝氣空氣通量或進

6、水有機負(fù)荷有助于改善氨氮去除效果。采用0.6μm疏水性SPG膜進行微氣泡曝氣，進水平均有機負(fù)荷為0.73kg/(m3·d)，填料床層孔隙率為69.22％，空氣通量為31.95L/(min·m2)條件下，反應(yīng)器運行性能較好，其DO濃度為2.54mg/L，COD、氨氮去除率分別為92.2％，91.9％，去除負(fù)荷分別為0.59，0.047kg/(m3·d).良好的氧傳質(zhì)及高DO濃度有利于異氧菌群與硝化菌群的生長。
　　長期使用后，親水性

7、和疏水性SPG膜的表面均存在污染物層，主要為有機污染。使用過的親水膜孔徑和累積膜孔體積顯著增加，分別為0.80μm和2.06cm3/g，孔隙率從54.8％增大至81.9％，膜容積密度從1.04g/cm3減少到0.40g/cm3，膜重量損失高達61.5％;而疏水膜孔徑和累積孔體積變化不大，分別為0.59μm和0.60cm3/g.堿性次氯酸鈉溶液在線清洗的化學(xué)侵蝕作用是造成親水膜膜孔結(jié)構(gòu)變化的主要原因。膜孔結(jié)構(gòu)的變化使親水膜空氣滲透阻力逐漸