PAC投加及更新率对MBR运行效能和膜污染的影响

作     者：张事 

作者单位：华中农业大学 

学位级别：硕士

导师姓名：左行涛

授予年度：2018年

学科分类：083002[工学-环境工程] 0830[工学-环境科学与工程（可授工学、理学、农学学位）] 08[工学] 

主      题：MBR 粉末活性炭更新 膜污染 微生物代谢产物 微生物群落 

摘      要：全球范围的水和能源短缺、严格的废水排放标准以及环境保护强调可持续废水处理工艺的需求,MBR表现出独特的优势。MBR工艺具有占地面积小,污泥产量低,比常规活性污泥法更能有效去除污染物等优点。然而,膜污染仍然是MBR广泛应用的主要障碍。本论文通过对比研究的方法,研究粉末活性炭(PAC)的投加量及更新率对长期运行的MBR处理效果及膜污染的影响机制。考察了不同粉末活性炭投加量对膜污染及MBR性能的影响。投加PAC使膜过滤阻力降低9.08%,膜污染速率减小18.3%以上,膜使用周期至少延长1.6倍。PAC的添加降低溶解性微生物产物(SMP)浓度,减缓膜污染,同时蛋白质/多糖比例降低。PAC减少了蛋白质和多糖在膜表面和孔内的吸附和沉积。可逆和不可逆污染阻力与PAC投加浓度有关。投加量为2 g/L时,PAC更有利于膜污染的缓解。研究了PAC更新率对PAC-MBR膜污染和微生物群落的影响。PAC更新对有机物和氮的去除没有影响,而随着PAC更新率的增加,SMP浓度下降,胞外聚合物(EPS)含量增加,SMP含量变化与TMP中污染速率变化一致,较低的EPS浓度能减缓污泥对膜的粘附作用。PAC的更新加剧了SMP中多糖含量的积累,而多糖积累量随着PAC更新率的增大而减少;PAC更新率为1.67%时,SMP中蛋白质含量降低13.4%。EPS中多糖和蛋白质的含量随着PAC更新率的不断增大而增多,并且PAC的更新加大了P/C值,增强了污泥絮凝。污染速率和阻力分析进一步证实了PAC更新能减缓MBR膜污染倾向。分子量分布分析揭示了PAC吸附/生物降解和膜截留对有机物去除的协同作用。FTIR及SEM-EDX分析表明PAC的更新减缓了滤饼层污染,降低了多糖类、蛋白质的浓度,以及缓解了钙磷化合物、硅酸盐和硫酸盐等在膜表面的吸附和沉淀。另外,污泥生长速率与PAC更新率呈正相关(P=0.98)。高通量测序表明由于新鲜PAC的加入使Proteobacteria,Bacteroidetes和Nitrospira的丰度增加,保证了污染物的去除,而由Planctomycetes和Betaproteobacteria引起的膜污染减少。PAC更新率为1.67%,实现了有效的膜污染缓解和优势细菌繁殖的加强。PAC更新能够强化MBR运行效能,是促进MBR应用的一种新型途径。