复合生物反应器—膜分离技术处理城市污水的试验研究

【摘要】：本论文是国家自然科学基金重点项目“西部干旱缺水地区水资源再生利用研究”的专题之一,针对城市污水的特点,采用复合淹没式膜生物反应器中试装置对其进行了处理试验与回用研究。复合膜生物反应器是在传统活性污泥反应器中投加悬浮载体,形成悬浮生长的活性污泥和附着生长的生物膜两种微生物共同承担生物降解的作用,并将淹没式微滤(MF)膜组件安置于复合生物反应器内,以实现固液分离的目的。 对复合生物反应器和活性污泥反应器处理城市污水的功效进行了对比试验,探讨了复合生物反应器中微生物比耗氧速率与出水底物浓度之间的相关关系;研究了复合淹没式膜生物反应器处理城市污水及回用的特性,从微生物维持能角度出发,计算了系统的维持能和污泥产率系数;分析了复合系统微生物组成的特点,对同时硝化反硝化的现象和机理进行了研究,并对其动力学问题进行了数学描述;对影响膜污染的一些控制因素进行了试验检验,建立了膜过滤污染机理评价模型;初步分析了膜生物反应器污水处理系统的技术经济性。论文的主要工作及其成果包括以下几个方面: 1.在对等的试验条件下,对复合生物反应器和传统活性反应器两系统处理城市污水的功效进行了对比分析。试验表明复合生物反应器出水中色度、COD、TOC、NH_3-N的浓度比活性污泥反应器低,证明HBR系统比CAS系统具有较高的污染物去除能力和较强的抗冲击负荷能力,硝化作用显著。因生物膜的存在,HBR改善了活性污泥易膨胀、流失和沉降性差等缺点,使HBR系统比活性污泥系统具有更佳的运行稳定性。对好氧复合生物处理系统而言,微生物的比耗氧速率更能准确地反映其活性程度,且微生物的比耗氧速率与出水底物COD之间存在Monod关系。复合生物反应器生物降解过程中,生物膜起着重要作用。 2.采用复合淹没式膜生物反应器试验装置在西安市北石桥污水净化中心对城市污水进行了处理试验。试验结果表明,系统出水浊度小于1NTU(平均值为0.59NTU),SS未检出,色度值在9-39度之间(平均值为30度),COD浓度为6.0-22.8mg/L(平均值为14.5mg/L,去除率达95.5%),NH_3-N浓度在0.1-1.6mg/L之间(平均去除率为97.8%),TN浓度在 【关键词】：淹没式膜生物反应器 活性污泥 生物膜 复合工艺 污水处理 论文类型 应用基础研究
【学位授予单位】：西安建筑科技大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2005
【分类号】：X703
【目录】：

• 第1章 绪论15-31
• 1.1 膜生物反应器的发展概况15-17
• 1.2 膜生物反应器的组成与类型17-20
• 1.2.1 膜生物反应器的组成17-18
• 1.2.2 膜生物反应器的分类18-19
• 1.2.3 膜生物反应器的构型19-20
• 1.3 膜生物反应器处理污水的特点20-21
• 1.4 膜生物反应器在污水处理中的应用21-28
• 1.4.1 膜生物反应器在生活污水及城市污水处理中的应用22-25
• 1.4.2 膜生物反应器在工业废水处理中的应用25-28
• 1.5 课题来源、研究目的和研究内容28-31
• 第2章 复合淹没式膜生物反应器污水处理技术与理论31-47
• 2.1 膜生物反应器污水处理技术及其理论发展31-42
• 2.1.1 膜生物反应器污水处理技术与理论31-33
• 2.1.2 膜生物反应器污水处理技术的进展33-38
• 2.1.3 膜污染及其描述38-40
• 2.1.4 好氧膜生物反应器存在的主要问题及改进措施40-42
• 2.2 复合生物反应器污水处理技术及其理论的发展42-45
• 2.2.1 复合生物反应器污水处理技术与理论的进展42-44
• 2.2.2 复合生物反应器污水处理技术的特点44-45
• 2.3 复合膜生物反应器的发展状况及研究的意义45-47
• 2.3.1 复合膜生物反应器的研究状况45-46
• 2.3.2 研究的必要性和意义46-47
• 第3章 实验材料与方法47-55
• 3.1 实验装置与工艺流程47-50
• 3.1.1 工艺流程47-48
• 3.1.2 淹没式MF膜组件48-49
• 3.1.3 K1型Kaldnes悬浮生物载体49-50
• 3.2 试验条件50-52
• 3.3 分析方法52-53
• 3.4 试验安排53-55
• 第4章 复合生物反应器处理城市污水的试验55-67
• 4.1 试验装置与条件55-57
• 4.1.1 试验装置55-56
• 4.1.2 试验条件56
• 4.1.3 生物膜的培养与生长56-57
• 4.2 对有机物的去除57-58
• 4.3 有机负荷率对COD去除的影响58-60
• 4.4 HRT对处理效果的影响60-61
• 4.5 HBR、CAS系统中悬浮生长微生物特性61-63
• 4.6 微生物活性63-65
• 4.6.1 比耗氧速率的测定63
• 4.6.2 HBR中微生物SOUR与出水底物浓度的关系63-65
• 4.7 小结65-67
• 第5章 复合淹没式膜生物反应器处理城市污水与回用的试验67-86
• 5.1 试验运行参数及回用水标准67-68
• 5.1.1 工艺运行参数67
• 5.1.2 污水回用标准67-68
• 5.2 HSMBR工艺生物降解特性68-75
• 5.2.1 对物理化学指标的去除68-70
• 5.2.2 对有机污染物的去除70-71
• 5.2.3 对营养物的去除71-73
• 5.2.4 对细菌的去除73
• 5.2.5 抗冲击负荷能力73-75
• 5.3 HSMBR系统出水的水质保证率分析75-78
• 5.4 HSMBR系统底物去除动力学模型78-84
• 5.4.1 微生物维持理论78-79
• 5.4.2 模型建立79-81
• 5.4.3 方程计算与验证81-84
• 5.5 小结84-86
• 第6章 复合淹没式膜生物反应器污水处理中的微生物特性86-94
• 6.1 污水处理中的一般性微生物86-88
• 6.1.1 原核细胞微生物86-87
• 6.1.2 真核细胞微生物87-88
• 6.1.3 病毒和噬菌体88
• 6.2 复合淹没式MBR系统中的微生物88-92
• 6.2.1 微生物相组成88-90
• 6.2.2 悬浮相和附着相微生物组成比较90-91
• 6.2.3 复合MBR系统微生物组成的特点91-92
• 6.3 微生物间的相互关系与其作用92-93
• 6.4 小结93-94
• 第7章 复合淹没式膜生物反应器的同时硝化反硝化94-107
• 7.1 同时硝化反硝化特性94-98
• 7.1.1 同时硝化反硝化功效94-96
• 7.1.2 氮负荷对硝化反硝化的影响96-98
• 7.1.3 有机负荷对生物脱氮的影响98
• 7.2 生物除磷特性98-101
• 7.2.1 生物除磷效果98
• 7.2.2 TP负荷率与TP去除率的关系98-99
• 7.2.3 有机负荷率对TP去除率的影响99
• 7.2.4 生物除磷过程99-101
• 7.3 同时硝化反硝化机理101-103
• 7.3.1 微环境理论101
• 7.3.2 生物膜的传质与扩散模式101-102
• 7.3.3 亚硝酸盐的积累102-103
• 7.4 同时硝化反硝化动力学103-105
• 7.4.1 硝化动力学103-104
• 7.4.2 反硝化动力学104-105
• 7.5 小结105-107
• 第8章 复合淹没式膜生物反应器的膜污染及其过滤机理107-122
• 8.1 淹没式MBR长期运行中的膜污染特征107-108
• 8.2 操作条件对膜污染的影响108-113
• 8.2.1 MLSS浓度对膜污染的影响108-110
• 8.2.2 TMP对膜污染的影响110
• 8.2.3 曝气强度对膜污染的影响110-111
• 8.2.4 间歇过滤周期对膜污染的影响111-113
• 8.3 膜污染的控制措施113-115
• 8.3.1 空曝气对膜污染的影响113
• 8.3.2 水力反洗对膜污染的影响113-114
• 8.3.3 化学清洗对膜污染的影响114-115
• 8.4 标准膜孔堵塞和滤饼层过滤机理115-120
• 8.4.1 标准膜孔堵塞模型116-117
• 8.4.2 滤饼层过滤模型117-118
• 8.4.3 试验验证118-120
• 8.5 小结120-122
• 第9章 膜生物反应器污水处理系统的技术经济分析122-132
• 9.1 MBR系统成本估算122-125
• 9.1.1 投资成本122-124
• 9.1.2 运行管理成本124-125
• 9.2 操作条件对MBR系统运行管理费用的影响125-129
• 9.2.1 膜及膜通量对MBR运行费用的影响125-126
• 9.2.2 能耗126-128
• 9.2.3 曝气及污泥处置费用128-129
• 9.3 MBR系统与传统水处理系统成本的比较129-130
• 9.4 小结130-132
• 第10章 结论及建议132-137
• 10.1 结论132-135
• 10.2 建议135
• 10.3 本论文的创新点135-137
• 致谢137-138
• 参考文献138-149
• 博士学习阶段发表论文情况149

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