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生物质半焦强化超声-AnFMBR组合工艺处理污泥消化液效能研究

【摘要】:污泥消化液中含有大量的氮磷,若将其直接回流至生物处理单元,则容易造成污水处理厂负荷过高,影响出水水质。若作为一种废水处理,则浪费了其中大量的氮磷资源,不符合当今社会可持续发展的要求。本文提出将厌氧流化床膜生物反应器(AnFMBR)技术应用在污泥消化液的处理过程中,并通过生物质半焦的投加、超声污泥回流从而降低膜污染,达到良好的处理效果。此外,污泥经超声波处理后,其上清液中含有大量的氮磷,本实验通过吹脱法联合磷酸铵镁沉淀法对其进行联合处理,从而回收了大量的氮磷。首先,制备了不同改性生物质半焦,并研究了其吸附性能及对厌氧处理效果和厌氧污泥性质的影响。结果表明半焦经过经改性后,表面官能团变得更丰富,其亲疏水性发生了明显的变化。亲水性越强的半焦对COD和磷酸根的吸附能力也越强,这说明一般而言物质的吸附能力与其亲疏水性成正比。未改性的半焦对氨氮的吸附能力最强,这是由于未改性半焦含有较多无机盐,可与氨氮进行阳离子交换吸附。半焦投加对污染物去除有着积极的影响,亲水性半焦对污染物的去除效果最好。不同浓度半焦的投加对厌氧处理的影响也不同,在MLSS:半焦质量比为2:1的情况下污染物有着最好的去除效果。在研究半焦投加对污泥性质的影响时发现:不同浓度及不同种类的半焦投加对污泥性质的影响都是不一样的。在半焦投加浓度:污泥投加浓度为1:1时,污泥粘度最小;在投加比为1:2时,污泥Zeta电位最小,而半焦投加量越多,污泥粒径也越大,污泥浓度也越高。在投加种类方面,发现亲水改性半焦的投加最有利于污泥粘度的降低、污泥粒径的增大及污泥浓度的提高。而未改性的半焦最有利于污泥Zeta电位的降低。研究了不同超声处理条件及半焦的投加对污泥氮磷释放影响。结果发现,超声对污泥中氨氮、磷酸根及COD的释放皆有着积极的效果,其释放率随着超声功率和超声时间的增加而增加,不同种类的生物质半焦对于污染物的释放有着不同的影响,既有积极的一面,也有消极的一面。总的来说,在生物质半焦投加浓度:污泥浓度为1:1时,COD和氨氮有着最好的释放效果,在投加比为2:1时,磷酸根有着最好的释放效果。投加亲水改性生物质半焦对COD和磷酸根的释放促进效果最好,投加未改性的生物质半焦则最有利于氨氮的释放。在对氮磷回收工艺进行研究,发现氨氮的吹脱率与pH、吹脱时间和吹托温度成正比。在磷酸铵镁沉淀过程中,将pH控制在9.0时磷酸根有着最好的去除效果。磷酸根的去除率随着氨氮投加比例的增加而增加,但当P:N超过1:1.2后,其值增加不再显著。分别利用吹托联合MAP沉淀法和单纯MAP沉淀法回收水中氮磷时发现,吹脱联合MAP沉淀法对氨氮有着更好的回收效能。利用AnFMBR反应器处理污泥消化液性能进行研究时发现,投加半焦有利于COD的去除,其COD总去除率由68.09%提高到71.67%,且其COD去除率主要体现在膜截留上。单纯投加半焦对氨氮和磷酸根没有去除效果。进行超声污泥回流操作后,COD、氨氮、磷酸根的去除率都显著提高。AnFMBR1反应器COD、氨氮、磷酸根的去除率分别87.58%、43.52%、49.28%;AnFMBR2反应器COD、氨氮、磷酸根的去除率分别89.41%、49.28%、54.98%。半焦在超声回流操作中也起着积极的作用。在整个运行期间四种操作条件下膜污染程度由重到轻依次为:无半焦超声超声加半焦。投加半焦有利于降低膜污染,进行超声污泥回流操作有利于降低膜污染。对两者反应器内污泥性质及污染物性质进行研究发现,两者降低膜污染的原因是不一样的。半焦投加主要是由于其能降低反应器内SMP、EPS及污泥粘度,并且有利于改善泥饼层结构从而降低膜污染。超声污泥回流操作主要是通过降低反应器内EPS和粘度,并改善反应器水力性能而降低膜污染。Zeta电位,污泥浓度,污泥粒径在本实验研究中不是影响膜污染的主要因素。

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