超滤膜处理尾菜厌氧消化液的试验研究
作者单位：中钢集团武汉安全环保研究院
学位级别：硕士
导师姓名：李武;王盛勇
授予年度：2023年
学科分类：082803[工学-农业生物环境与能源工程] 08[工学] 0828[工学-农业工程]
摘 要：尾菜厌氧消化液作为一种高浓度有机废水,其中含有大量植物生长所需的营养元素,同时也含有高氨氮、高COD以及大量的磷酸盐和腐殖质等物质。若不经后续处理直接向自然水体排放此类型废水,一方面会给环境带来二次污染问题,另一方面也造成该废水中所含有价值物质的浪费。因此有必要对尾菜消化液进行处理,不仅可以解决沼液污染环境的问题,而且也能对其中有价值物质实现回收与利用,具有重要的经济价值和科学意义。膜处理技术具有选择性高、安全无相变、操作简单等优点,因此被广泛应用于废水中有价值物质回收领域。云南某地尾菜处理厂因为厌氧消化液中SS含量较高,制约后续生化处理的效率,极大影响该厂实际生产运行。因此本文主要针对此厌氧消化液进行超滤膜处理的试验研究,利用超滤膜技术截留厌氧消化液中的SS,探究超滤膜污堵问题的改善措施。本试验研究主要包括三部分:第一部分,超滤膜处理尾菜厌氧消化液小试试验研究。探究采用浸没式超滤膜技术去除消化液中污染物质的可行性。重在探究去除试验沼液中的SS效果,进一步分析该技术改善该废水生化性的效果。第二部分,单一超滤膜处理尾菜厌氧消化液中试试验研究。优化操作条件,进行单因素试验。考察操作条件中的恒定抽吸压力、运行模式、曝气压力和运行周期对超滤产水的影响,运用响应面优化法建立响应面模型,探究响应变量两两之间的相互作用关系。在最优操作条件下,观察超滤膜的运行表现。第三部分,转盘过滤+超滤处理尾菜厌氧消化液中试试验研究。为缓解超滤膜的污堵速率,提升超滤装置运行的稳定性。比较不同材质过滤层的转盘过滤效果,选定滤布作为转盘过滤层,观察转盘过滤+超滤装置的连续运行表现。研究表明:(1)利用超滤膜技术预处理尾菜厌氧沼液,SS去除率几乎达到100%,SS去除至3-5mg/L;COD去除率在40%-55%,COD去除至12000-14000mg/L;TN去除率在30%-40%,TN去除至1000-1300mg/L。相较于现场的IC厌氧处理工艺,消化液中的污染物质去除率提升,能够有效提高生化进水的水质,减轻生化处理负荷。(2)通过小试试验观察超滤膜运行表现,发现超滤膜的初始膜通量不宜过高,应设定在9.27L/(m·h)。在单个运行周期内,恒定1min的停歇模式下,超滤膜的连续抽吸时间会影响超滤膜产水表现。(3)利用响应曲面法对操作条件进行优化,以超滤膜的抽吸压力(X)、抽吸时间(X)、运行周期(X)作为响应变量,产水流量为响应值(Y),明确了响应值影响因素显著性为运行周期X抽吸时间X压力X,并得出响应面模型拟合方程为=64.40-1.50+1.88-4.13-3.25-1.75-3.50-6.20-14.95-7.45。方程拟合度R为0.9893,同时找出了最佳操作条件为抽吸压力14.45k Pa,抽吸时间9.54min,运行周期13.55个,对应产水流量为65.18L/h,与实际运行流量结果相近,模型可信度高。(4)在对操作条件优化后,观察单一超滤中试装置的连续运行表现。即超滤中试装置恒定抽吸压力为15k Pa,运行模式为“9+1(连续抽吸9min,停歇1min),曝气压力为13k Pa,每隔3个周期,就引入一次产水反洗的过程,反洗时间设置为30秒,运行15个周期后,清水振荡洗涤10min,期间膜通量衰减至8L/(m·h)时,采用5%柠檬酸化学清洗10min,发现膜通量能够恢复,超滤产水流量变化呈现周期性。(5)利用转盘过滤+超滤组合工艺处理尾菜厌氧消化液,当超滤中试装置以先前最优参数条件运行时,发现超滤装置的膜通量得到提升,并且在相同24h的连续运行下,超滤产水稳定,减少化学清洗环节,延长膜丝的使用寿命。此外在经济成本方面,加入转盘过滤预处理设备可以节约超滤膜的用量,换之成本更为低廉的滤布。以膜成本考虑(不考虑其他配套设备),相比采用直接超滤处理,组合工艺可以节省约20%的膜成本。
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