活性炭投加对厌氧动态膜生物反应器的性能强化和机理研究

作     者：李健 

作者单位：山东大学 

学位级别：硕士

导师姓名：梁爽

授予年度：2020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：粉末活性炭 厌氧动态膜生物反应器 动态膜 污泥性质 膜污染 

摘      要：动态膜生物反应器（DMBR）结合动态膜和膜生物反应器工艺,具有成本低、能耗低的优点。厌氧动态膜生物反应器（AnDMBR）则将动态膜技术应用到厌氧污水处理技术中,具有诸多优势。但是由于厌氧活性污泥颗粒在膜组件上的吸附/沉积,导致厌氧动态膜厚度增加,孔径变小,过滤阻力增加,膜孔堵塞引起的膜污染问题依然存在,同时工艺性能的稳定性亟待提升。一种较为新型的思路是向反应器中投加吸附剂,通过改善反应器内污泥性质提升反应器的运行性能。其中,孔隙发达,比表面积大的粉末活性炭（PAC）被应用到MBR、AnMBR和DMBR中,研究发现其能减缓膜污染,提升反应器运行性能。鉴于PAC在提升MBR和DMBR运行性能方面具有显著效果,本文开展了投加PAC强化AnDMBR性能的研究。通过对比分析三台反应器C-AnDMBR（Og/LPAC）、PAC-AnDMBR1（1g/LPAC）、PAC-AnDMBR2（3g/LPAC）对低浓度合成污水的运行表现,探究了厌氧动态膜（AnDM）物化性质、微生物特性和反应器宏观表现,揭示了 PAC投加强化AnDMBR的作用机理。得出的主要研究结论如下:（1）PAC能提升 AnDMBR 的处理性能。PAC-AnDMBR1 和 PAC-AnDMBR2的平均出水COD浓度分别为50.16mg/L,40.21mg/L,较C-AnDMBR分别降低了 22.5%,37.9%。平均去除效率提高到 82.72%、86.18%。PAC-AnDMBR1、PAC-AnDMBR2的平均出水VFA浓度降至7.7,7.0mg/L。（2）PAC能改善AnDMBR的过滤性能。PAC-AnDMBR2的出水通量比PAC-AnDMBR1 和 C-AnDMBR 分别提升了 20L/m2h,10 L/m2h。另外,PAC 的投加也减缓了反应器的过滤阻力,维持良好的出水浊度,实现了良好的截留效果。（3）PAC能改善厌氧动态膜的物化特性。投加PAC的AnDM结构疏松,EPS含量低,反应器过滤能力有所提升。从AnDM外层至内层,呈现出污泥粒径增大,EPS含量降低的趋势。并且随着PAC投加量的增多,动态膜污泥的疏水性降低,Zeta电位有所改善,比表面积和孔体积得到提高。（4）PAC能优化AnDM中细菌群落结构。与C-AnDMBR动态膜相比,PAC-AnDMBR1和PAC-AnDMBR2动态膜中微生物多样性和丰度增加,与厌氧水解酸化有关的变形菌门和拟杆菌门的丰度分别提升了 6.9%、13.3%。（5）PAC能优化AnDM中古菌群落结构,有利于产甲烷古菌的表达。与C-AnDMBR动态膜相比,PAC-AnDMBR1和PAC-AnDMBR2动态膜中甲烷鬃毛菌属的丰度分别提升了 8.4%、13.0%,投加PAC有利于提升甲烷鬃毛菌属表达活性。