厌氧正渗透膜生物反应器污水资源化及膜运行特性研究

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1、厌氧正渗透膜生物反应器污水资源化及膜运行特性研究(申请清华大学工学硕士学位论文)培养单位：环境学院学科：环境科学与工程研究生：方舟指导教师：黄霞教授二○一五年六月PerformanceandmembraneprocesscharacteristicsofanaerobicforwardosmosismembranebioreactorforurbansewagereclamationThesisSubmittedtoTsinghuaUniversityinpartialfulfillmentoftherequirementforthedegreeofMastero

2、fScienceinEnvironmentalScienceandEngineeringbyMasterofScienceFangZhouThesisSupervisor:ProfessorHuangXiaJune,2015摘要摘要正渗透（Forwardosmosis，FO）作为一种新型的膜技术，具有截留率高、出水效果好、能耗需求小、抗污染能力强等优点，在世界范围内受得了广泛关注。污水蕴含着丰富水资源和有机物资源，开展城市污水资源化可以减少污染物排放，实现资源能源回收。本研究设计并构建正渗透厌氧膜生物反应器（Forwardosmosismembranebiorea

3、ctor，FOMBR）新型组合工艺处理城市污水，考察了工艺的处理效果、能源回收效果以及膜污染特性，为新型厌氧FOMBR工艺进一步研究和优化运行提供参考。首先搭建FO膜浓缩系统开展污水浓缩试验。FO膜可以将污水浓缩至原体积的1/10，浓缩污水化学需氧量（Chemicaloxygendemand，COD）浓度达到3000mg/L左右。膜出水的COD、氨氮、总氮（Totalnitrogen，TN）和总磷（Totalphosphorus，TP）浓度均达到城镇污水排放标准GB18918-2002中一级A标准的要求。FO膜水通量与驱动液（Drawsolution，DS）浓度和

4、错流流速有关，DS浓度越高，水通量越大，同时膜污染发展速度越快；低错流流速导致膜污染快速发展从而使通量降低。通过物理清洗和化学清洗可以实现97%的通量恢复。将浓缩后的污水导入全混式厌氧生物反应器，考察浓缩污水的厌氧生物处理效果。COD去除率可以达到75%以上，氮磷去除效果较差。水力停留时间（Hydraulicretentiontime,HRT）越长，厌氧生物处理效果越好，但HRT过长会导致处理效率下降。浓缩污水的厌氧产气总量随HRT的增加而增加，但产气速率会有所下降。设计烧杯试验考察了盐浓度和氨氮浓度对生物产甲烷的影响。结果表明，盐和氨氮对厌氧产气均具有一定的抑制

5、作用，氯化钠和氨氮共同存在时的抑制作用大于两者的单一作用。搭建厌氧FOMBR系统处理实际污水，其COD、氨氮、TN、TP去除率最高可以达到95%以上。DS浓度上升，厌氧FOMBR的产气速率随之增加，而产气效率随之下降。厌氧FOMBR的初始水通量随DS浓度的增加而增加，同时膜污染的程度也随之加剧。考察了厌氧FOMBR的混合液特性，混合液中多糖、腐殖酸含量较高，而蛋白质含量较低。关键词：正渗透；厌氧膜生物反应器；污水资源化；甲烷回收；膜污染IAbstractAbstractAsanewmembranetechnology,forwardosmosis(FO)draws

6、worldwideattentioninrecentyearsduetoitsadvantagesofhighrejectionrate,andexcellenteffluentquality,lowenergyconsumptionandlowfoulingpotential.Wastewater,whichcontainsawealthofwaterandorganicresources,canbereclaimedtoreducethepollutantdischarge;andrecycletheenergyandresource.Inthisstudy,

7、ananaerobicFOmembranebioreactor(FOMBR)wasdesignedandoperatedfordomesticwastewatertreatment,anditsperformanceonpollutantremovalandenergyrecycleaswellasitsmembranefoulingcharacteristicswereinvestigatedtoprovidereferenceforthefurtherresearch.AnFOsystemwasfirstlybuiltforsewageconcentratio

8、n.Byt