移动床—动态膜生物反应器处理PVA退浆废水的试验研究

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本文采用移动床生物膜反应器(MBBR)和动态膜生物反应器(DMBR)相结合的工艺对退浆废水的深度处理方法进行了研究,并通过一体式、分置式和串联式的三种不同工艺组合方法对MBBR-DMBR联合处理PVA模式的运行效果进行了考察,同时分别对其各自运行工况进行优化,得到最佳运行条件。移动床生物膜反应器(MBBR)是一种新型生物膜反应器,具有许多显著的优点。但是,这种反应器内设填料,由于填料在反应器中移动不均匀,存在较大的死角。鉴此,本课题设计了循环移动床生物膜反应器,改进了它的结构和运行方式,提高了反应器的效能,即将移动床生物膜反应器(MBBR)与膜生物反应器(MBR)有机结合,形成一体化式新型移动床膜生物反应器(M-MBBR)。采用M-MBBR对PVA废水的处理效果进行了研究,介绍了反应器的结构,并考察了水力停留时间、COD容积负荷及曝气量等操作条件对处理效果的影响。实验结果表明,在水力停留时间8 h,气水比为120:1,COD容积负荷在1.44~2.84 kg/(m3·d)范围内变化时处理效果最佳且出水保持稳定。在此操作条件下,M-MBBR对PVA和COD的去除率可分别达到52.7%和63.2%左右。采用孔径30.8μm的工业滤布制作膜组件,以投加粉末活性炭自生形成动态膜生物反应器(DMBR)。研究比较在相同的进水和运行条件下反应器投加粉末活性炭(投加量为22 g,使其质量浓度达到4 g/L)和未投加粉末活性炭的膜透水性及对污染物的去除效果,并分析了粉末活性炭可以提高膜过滤性能的相关机理。实验结果表明:投加粉末活性炭后的DMBR膜通量衰减速率明显小于未投加的情况;投加粉末活性炭改变了混合液的性质,也大大降低了混合液中胞外聚合物和微细胶体的含量,从而减缓了膜通量的下降速度,可以使系统长时间地以相对高的膜通量运行。对比投加PAC和未投PAC时动态膜对污染物去除效果和膜污染状况。实验结果发现自生动态膜生物反应器不仅污染物质去除效果更好,而且动态膜可以防止污染物质与微生物向膜材料表面和内部扩散,从而减轻膜污染。通过两周期实验表明,动态膜长期运行稳定性良好。实验过程中膜通量为150~200 L/(m2·h),HRT为8 h,平均PVA和COD去除率分别67.2%为76.6%,平均NH4+-N去除率84.3%。以平均表面孔径约2μm的陶瓷膜为基质,对动态膜进行了一系列研究,初步确定动态陶瓷膜的运行条件,同时考察了处理混合液后被污染的动态陶瓷膜的清洗过程。其中,重点讨论了动态膜陶瓷膜处理M-MBBR二级出水和混合液时的运行参数以及处理效果。整个过程中,需要测定的参数主要有出水通量和出水效果(COD、PVA、浊度、色度)。由于高岭土涂膜后的膜管出水通量以及处理效果较好,所以实验选择8000目高岭土作为涂膜材料。并以此研究了用高岭土制备的动态陶瓷膜对M-MBBR二级出水的处理性能。考察涂膜浓度、跨膜压差、错流速度及温度等操作条件对渗透通量的影响,并确定合适的工艺。实验结果表明,在高岭土涂膜浓度为0.6 g/L,跨膜压差0.3 MPa,错流速度3 m/s,循环水温度50℃时处理效果最佳。在此条件下,动态膜对浊度和色度的去除率可达94.6%和87%,PVA和COD的去除率也分别在90%和90.7%左右。动态陶瓷膜涂膜后处理M-MBBR混合液时选择的最佳操作条件均为:跨膜压力0.25 MPa、错流速度3 m/s和温度60℃。将其应用于分体式膜生物反应器中处理M-MBBR混合液的结果表明:反应器对废水中的PVA处理效果较好,出水COD低于0.08g/L,去除率高达80%;出水COD的含量为108 mg/L,且系统的出水通量能保持较高水平,优于一般的膜生物反应器。在对膜管的污染机理研究中,通过分析膜的阻力结构,得出可逆阻力是膜管总阻力的主要组成部分。选择确定动态膜污染后的清洗过程和条件为:高速冲洗—自来水反冲—碱洗(0.2mol/L NaOH)1 h—酸洗(0.1 mol/L HCI)30 min。
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