旋转电极耦合膜分离处理剩余活性污泥的研究
作者单位：上海第二工业大学
学位级别：硕士
导师姓名：樊丽;吴志超
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]
摘 要：随着污水处理设施建设高速发展,污泥产量不断上升,而污泥中含有的大量有毒有害物质如处理不当极易对环境造成严重污染。基于膜技术在污水处理领域的广泛应用,膜的高效固液分离能力也逐步应用于污泥处理,然而由于膜同步浓缩消化污泥过程中污泥浓度较高膜污染较为严重,阻碍了膜技术的实际应用。在这样的背景下,本研究将电场作用与膜分离同步浓缩消化污泥技术(MSTD)相结合,考察了旋转电极耦合膜分离处理剩余活性污泥工艺(MRESTD)的可行性,以期为污泥处理提供新思路。论文首先考察电场作用(电压梯度、电极材料、污泥初始浓度、污泥初始pH)对污泥性质的影响,并对加电前后污泥的表面形态及粒径进行了分析。实验结果表明在电压为30 V,阳极材料为钛板,污泥初始浓度为6 g/L,pH为10的实验条件下,污泥毛细吸水时间缩短、脱水性能变好,污泥中SCOD值上升,说明适当的电场条件有利于提高剩余活性污泥脱水性及溶胞性,提高剩余污泥的稳定效果。同时通过微生物显微镜对加电过程中污泥的表面形态分析结合污泥粒径的变化可知,没有外加电场作用的污泥中存在着较大的污泥絮体团,在电场作用60 min后污泥团聚现象明显,絮体增大,此时污泥中位粒径略微有所上升,在电场作用120 min后污泥絮体逐渐破碎,此时污泥粒径略微下降,表明电场的持续作用会破坏污泥胶体。论文同时分析了导电微滤膜在不同电压及不同污泥浓度条件下的抗污染情况。首先根据外加电场对剩余活性污泥性质的影响实验结果,测得在30 V电压条件下导电膜临界通量为10-12 L/(m·h),而不加电时临界通量为30-34 L/(m·h),说明30 V电压条件会加剧膜污染程度。在10 V条件下20 h内导电膜浓缩消化剩余活性污泥实验中发现,对比不加电的空白组,加电组跨膜压力上升更快。分析其主要原因为:1)加电使污泥混合液pH逐渐下降导致带负电粒子逐渐减少,而阴极膜吸引带正电颗粒,颗粒不断在膜面沉积,使膜污染加剧;2)10 V电压条件已超过导电微滤膜的临界场强,电场强度过大使污泥混合液中颗粒不断在膜表面聚集,堵塞膜孔,膜污染加剧。在探究不同污泥浓度以及不同电压梯度对导电膜临界通量的影响实验中发现,污泥浓度由10 g/L上升至30 g/L时,导电膜临界通量值逐渐减小,同时使临界通量发生变化的电压值逐渐上升,由3 V上升至6 V,但整个实验运行过程中导电膜临界通量并未上升而是逐渐下降,说明随着污泥浓度和电压梯度的升高,导电膜临界通量逐渐下降,膜过滤性能逐渐降低。(1)论文最后根据导电微滤膜在不同电压及不同污泥浓度条件下表现出的抗污染性能基础上继续对旋转电极耦合膜分离处理剩余活性污泥工艺(MRESTD)的电压条件和转速条件进行了相关探索。实验发现20 h运行时间内,当电压为1 V、2 V、3 V时比不加电条件膜压力略低,导电膜表现出一定的抗污染性,但分析不同电压下膜面EDS能谱发现,电压越高,膜面吸附的金属离子越多,对膜造成的影响越大,同时在转速条件的探究中,发现相比0 rmp/min,在30 rmp/min和60 rmp/min条件下膜压力略低,且60 rmp/min条件下电流值相对更高,故MRESTD工艺的最佳电压和转速条件确定为1 V和60 rmp/min。为进一步验证该工艺的可行性,在最佳电压和转速条件下以MSTD工艺作参考对MRESTD工艺进行了15天的长期运行监测,实验发现MRESTD工艺表现出了较好的抗污染性,在运行终点MSTD工艺空白组跨膜压力升至20 kPa,而MRESTD实验组TMP仅为6.5 kPa,跨膜压力越小说明膜收到的污染越轻;同时MRESTD实验组和MSTD空白组MLSS从最初的2-3g/L上升至36 g/L左右,MLVSS也升至28.13 g/L左右,MRESTD工艺MLSS和MLVSS累积消解率达53.09%和45.37%,MSTD工艺最终MLSS和MLVSS累积消解率达49.86%和38.60%,实验组和空白组都实现了同步浓缩消化。相比之下,MRESTD工艺污泥消化效果更好;污泥消化机制方面发现,MRESTD实验组和MSTD空白组在运行的15 d内DO从初始的4.7 mg/L左右下降至运行终点的0.8 mg/L左右,污泥由好氧消化转为微好氧消化;MRESTD实验组SCOD含量相比MSTD空白组略高,说明外加电场条件细胞破碎释放有机物增多,给微生物提供了能量来源,进一步提高了VSS消化率;导电膜抗污染机理方面,其主要原因是外加电场作用增强了污泥混合液中污染物与阴极膜之间的静电排斥力,从而减少了污染物在膜面的沉积;同时外加电场作用下,污泥粘度、EPS和SMP略微下降,说明电场对污泥混合液的性质有一定影响,电场作用有利于延缓膜污染。
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