纳滤膜在城市污水与工业废水回用中的应用及其膜污染控制研究

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近年来,纳滤膜技术在污水深度处理与回用中的研究与应用受到了越来越多的关注。本文以纳滤膜技术为核心,以城市污水和典型工业废水的回用为目标,着重从膜材料筛选、操作参数优化、膜污染机制及其清洗策略优化等入手,同时结合现场中试研究,分别开展了纳滤膜在城市污水深度处理、预处理-纳滤(MBR-NF)组合工艺在纺织印染废水深度处理与回用中的研究,为今后城市污水处理厂的工艺升级改造和工业园区废水深度处理的工艺选取提供科技支撑。  以城市污水二级生化出水为对象,混合均匀试验U15(54×31)和正交试验L9(34)的结果表明,GE公司的DK膜在TMP=12 bar、pH=4、流量=8 L/min、T=30℃条件下具有最优的出水水质。同对照结果(氧化沟—超滤组合工艺的出水仅能满足一级A标准)相比,氧化沟—纳滤组合工艺可大幅提升出水水质,可满足不同用途的再生水水质需求。  基于上述优化的纳滤膜城市污水深度处理工艺操作参数,揭示了不同运行时长的纳滤膜污染特征,优化了膜污染清洗策略。膜污染物以亲水性有机物为主,膜面由亲水→疏水→弱亲水,大分子蛋白质类物质随运行时间逐渐成为不可逆膜污染的主要贡献者,无机盐类物质(Ca,S,P,Al)随运行时间逐渐积累,并通过与有机物形成的滤饼层加剧膜污染。碱洗+酸洗组合方式的膜污染清洗效果最佳,其中44h组中ALK1组合+酸洗(方法E)效果优于ALK2组合+酸洗(方法F),而92 h组中方法F效果更佳。因此,运行周期以及针对有机污染选取的清洗策略对纳滤膜污染控制十分关键。  本研究开展了基于NF浓水回流的预处理-纳滤(MBR-NF)组合工艺用于纺织废水深度处理与回用的中试研究,结果表明,与原工艺好氧段比较,MBR大幅缩短了好氧段HRT,可节省占地面积,提高处理效率。在高NF浓水回流比下(90%),盐度积累对MBR的处理效果和污泥活性有一定的负面影响,并导致MBR膜污染加剧,但NF工艺的稳定运行保证了出水水质可以满足不同用途再生水水质的要求。NF浓水回流引起了MBR中微生物群落结构的显著变化,主要体现在微生物种类和丰度的减少、污泥中无机盐结晶的出现。MBR段污泥上清液中SMP总含量和LB-EPS中腐植酸含量的变化是导致MBR中膜污染的主要影响因素,而NF膜的主要不可逆污染物为蛋白质类物质以及Ca2+、Mg2+、SO42-形成的无机盐结垢,因此宜采取先碱洗后酸洗的纳滤膜清洗策略。
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