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MBR对含典型PPCPs生活污水的去除效果及影响因素研究

作　者: 杨奇
导　师: 邱江平
学　校: 上海交通大学
专　业: 生态学
关键词: 诺氟沙星萘普生 PTFE膜生物反应器 PVDF膜生物反应器不锈钢膜膜生物反应器
分类号: X703
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

医药品与个人护理品( pharmaceuticals and personal care products , PPCPs)作为一类大量使用并能够对生态系统和人类健康产生潜在危害生理效应的“新型”化学物质,近年来受到科学界和社会的普遍关注。环境中的PPCPs主要源于人体或动物用药后排入生活污水以及污水处理厂对废水的不完全处理导致的排放。近年来,膜生物反应器(MBR)组合工艺在污水回用和难降解有机废水处理领域中的应用引起了研究者和商业界的连续关注。然而,针对MBR对PPCPs去除效应以及PPCPs对MBR的运行情况影响方面的研究却鲜有所见。鉴于此,本文提出利用一体式MBR工艺在不同工况条件下对含典型PPCPs(诺氟沙星和萘普生)的生活污水进行去除效果及其影响因素的整体研究,在PPCPs存在的情况下,为生活污水在MBR工艺中的去除特性和MBR性能的变化趋势提供理论依据,填补了此类研究的空白。研究发现,虽然在高有机物负荷浓度下(COD=600mg/L),装载有聚偏二氟乙烯(Polyvinylidene fluoride,PVDF)和聚四氟乙烯(Poly tetra fluoro ethylene,PTFE)两种常用平板膜的膜生物反应器处理含典型PPCPs(诺氟沙星和萘普生)污水的能力并无太大的减退,但膜污染较为严重,污水处理周期也大为缩短。因此,考虑到高分子膜片高昂的价格,工业上进水应采用COD=300mg/L左右浓度相对适宜。通过对同种进水条件下PTFE膜生物反应器和PVDF膜生物反应器去除含典型PPCPs(诺氟沙星和萘普生)生活污水能力的对比,发现PTFE膜生物反应器在处理COD和典型PPCPs(诺氟沙星和萘普生)时表现优于PVDF膜生物反应器。只是在萘普生存在时,PTFE膜生物反应器氨氮出水只能达到国家城镇污水排放二级标准且清洗较困难。根据相关部门对氨氮出水指标不同的要求,为经济性考虑,可选择综合能力略低于进口PVDF膜的国产PTFE膜作为实际工程应用上的膜材质。利用控制变量法分析不同PPCPs影响膜生物反应器去除能力的趋势和机理,发现诺氟沙星的存在对COD的去除较为不利,萘普生对硝化/反硝化菌的的毒害作用较强;但总体来说,两种PPCPs的存在对膜生物反应器去除COD能力的影响较小,即小于对去除氨氮能力的影响。另外,研究还发现,膜生物反应器对含典型PPCPs生活污水中各水质指标的去除能力随时间推移而增加,而PPCPs的存在却缩短了膜生物反应器的运行周期,增加了膜表面局部超临界的风险,降低了污泥活性;其中诺氟沙星的存在对PTFE膜运行负面影响较大,而PVDF膜的情况则相反。萘普生对污泥体系的健康损害尤重。依据探究无污泥存在情况下膜生物反应器去除含典型PPCPs生活污水的性能,发现在PPCPs存在条件下,膜生物反应器去除有机物主要靠活性污泥的生物降解途径得以实现;而在膜生物反应器去除PPCPs时,膜片平均贡献率>50%;由此可见活性污泥对PPCPs的吸附和生物降解作用有限。对新型不锈钢膜膜生物反应器处理污水性能进行探索后发现,虽然其在处理含典型PPCPs生活污水的能力方面略低于传统平板膜膜生物反应器,但因处理水量大、清洗方便、换膜频次低、价格合适,在工业上应用前景广泛,值得进一步研究。

全文目录

摘要  3-5
ABSTRACT  5-7
目录  7-10
第一章绪论  10-27
  1.1 PPCPs 典型污染物研究进展  10-14
    1.1.1 PPCPs 来源与主要种类  10-11
    1.1.2 PPCPs 污染物的危害  11-12
    1.1.3 目前常用含PPCPs 废水处理方法  12-13
    1.1.4 污水中PPCPs 去除特性与机理  13-14
  1.2 膜生物反应器概述  14-17
    1.2.1 膜生物反应器工艺分类  14-16
    1.2.2 膜生物反应器的特点  16-17
    1.2.3 膜材质  17
  1.3 膜生物反应器污水处理技术的研究进展和应用  17-20
    1.3.1 膜生物反应器处理常规生活污水研究进展  17-18
    1.3.2 膜生物反应器处理含PPCPs 生活污水研究进展  18-19
    1.3.3 膜生物反应器市场发展趋势  19-20
  1.4 膜生物反应器的膜污染与控制手段  20-25
    1.4.1 膜污染现象  20-21
    1.4.2 膜污染机理  21
    1.4.3 临界通量理论  21-22
    1.4.4 膜污染的影响因素  22-24
    1.4.5 膜污染控制方法  24-25
  1.5 研究目的和内容  25-27
    1.5.1 研究目的  25-26
    1.5.2 研究内容  26-27
第二章试验装置与试验方法  27-41
  2.1 试验装置与材料  27-30
    2.1.1 膜生物反应器  27-28
    2.1.2 膜材料与膜组件  28
    2.1.3 活性污泥培养  28-29
    2.1.4 PPCPs 典型污染物选择  29-30
    2.1.5 试验用水  30
  2.2 试验方法  30-41
    2.2.1 MLSS 和SVI 值  30-31
    2.2.2 化学需氧量(cod) 测定  31-32
    2.2.3 氨氮（NH4+-N）测定  32
    2.2.4 萘普生及诺氟沙星含量的测定  32-34
    2.2.5 扫描电子显微镜（SEM）分析  34-35
    2.2.6 膜表面清洗方法  35
    2.2.7 TTC-ETS 测定  35-38
    2.2.8 污泥微生物变化趋势初探  38-41
第三章有机物浓度对膜生物反应器去除效果的影响研究  41-49
  3.1 有机物浓度对诺氟沙星和萘普生的去除影响  41-42
  3.2 有机物浓度对COD，NH4+-N 去除影响  42-43
  3.3 有机物对膜污染影响研究  43-48
    3.3.1 透膜压力表征膜污染阶段  43-45
    3.3.2 有机物浓度对膜污染的电镜观察  45-48
  3.4 本章小结  48-49
第四章膜材质对膜生物反应器去除效果的影响研究  49-58
  4.1 膜材质对膜生物反应器去除有机污染物影响  49-52
    4.1.1 膜材质对COD 去除的影响  49-50
    4.1.2 膜材质对氨氮去除的影响  50-52
  4.2 膜材质对诺氟沙星和萘普生去除的影响  52-53
  4.3 膜材质对膜污染的影响  53-57
    4.3.1 不同膜材质膜生物反应器跨膜压力趋势分析  53-54
    4.3.2 不同膜材质膜表面污染程度分析  54-55
    4.3.3 不同膜材质清洗性能分析  55-57
  4.4 本章小结  57-58
第五章诺氟沙星和萘普生对膜生物反应器的影响研究  58-65
  5.1 PPCPs 对膜生物反应器有机物去除的影响研究  58-60
  5.2 PPCPs 对膜污染的影响研究  60-62
    5.2.1 不同给水条件下膜生物反应器跨膜压力趋势分析  60
    5.2.2 不同给水条件下膜表面污染情况分析  60-62
  5.3 对活性污泥的影响研究  62-63
    5.3.1 对污泥性质的影响  62-63
    5.3.2 不同给水条件下污泥菌群数量和优势种群变化初探  63
  5.4 本章小结  63-65
第六章膜生物反应器去除含典型PPCPs 生活污水的机制分析  65-69
  6.1 膜片与活性污泥对膜生物反应器去除有机物的贡献比例  65-66
    6.1.1 无污泥条件下膜生物反应器去除COD 情况对照  65
    6.1.2 无污泥条件下膜生物反应器去除氨氮情况对照  65-66
    6.1.3 膜片与活性污泥对膜生物反应器去除有机物的贡献比例  66
  6.2 膜片与活性污泥对膜生物反应器去除诺氟沙星和萘普生的贡献比例  66-67
  6.3 本章小结  67-69
第七章新型不锈钢膜材质的膜生物反应器性能研究  69-74
  7.1 试验装置  69
    7.1.1 膜生物反应器  69
    7.1.2 膜组件  69
  7.2 试验方法  69-70
  7.3 不锈钢膜运行及参数记录  70-71
    7.3.1 不锈钢膜的运行情况  70-71
    7.3.2 不锈钢膜参数结果  71
  7.4 不锈钢膜去除污染物效果研究  71-72
    7.4.1 常规指标去除能力研究  71-72
    7.4.2 不锈钢膜对诺氟沙星和萘普生去除能力研究  72
  7.5 本章小结  72-74
第八章结论与展望  74-78
  8.1 结论  74-75
  8.2 创新点  75
  8.3 展望与建议  75-78
参考文献  78-84
谢辞  84-86
攻读硕士学位期间发表学术论文情况  86-89
附件  89

MBR对含典型PPCPs生活污水的去除效果及影响因素研究

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