摘要
厌氧动态膜生物反应器（AnDMBR）是利用大孔径的廉价微网为膜组件的支撑材料，替代AnMBR工艺中的微滤/超滤膜，具有处理水质好，膜材料价格低廉、占地面积小、膜易清洗和再生等优点。然而AnDMBR作为一个新兴的工艺，也存在一定的缺点与不足，如动态膜的形成过程、膜基材的选择以及稳定运行条件优化等方面仍然有待探索以获得更广泛的应用。研究认为生物气循环可以强化传质过程和调控泥饼层结构，有利于提升生物处理效果与延缓膜污染，为此本研究采用粗孔微网作为支撑材料制备动态膜组件，构建小试生物气循环型AnDMBR工艺，通过调控生物气循环模式改善AnDMBR的产甲烷性能以及缓解膜污染。此外还评价了系统的COD平衡与能量收支平衡状态。本论文取得的主要成果如下： （1）采用污水分级试验和产甲烷潜力（BMP）试验，明确了生活污水中的颗粒分级特性与化学组分分布规律。采用的污水为实际生活污水，COD浓度约为520mg/L，悬浮固体浓度（SS）约为140mg/L。实验结果表明COD的主要成分为蛋白质、多糖和脂类；溶解态的生活污水中基本不存在TSS和VSS；难降解的沉淀态和较容易降解的溶解态COD（SCOD）分别约占总COD的10%和40%；TN和TP主要以溶解态的形式存在于生活污水中。产甲烷潜力实验表明生活污水的产甲烷潜能达到了0.32LCH4/gCOD，可用于常温条件下厌氧消化产甲烷。 （2）通过批次实验探索了连续生物气循环条件下稳定形成动态膜的方式（以200目、300目、400目的尼龙网为膜基材的自生和预涂动态膜实验），结果表明在连续生物气循环的条件下，无法形成稳定的动态膜，为后续无生物气循环和间歇气体循环阶段的运行提供了重要依据。 （3）基于小试AnDMBR，研究了不同尼龙网孔径（200目和500目）和生物气循环模式（连续冲刷、无冲刷及间歇冲刷）对AnDMBR污水处理性能的影响。实验结果表明，膜基材孔径为200目时，AnDMBR的运行周期延长。间歇3h气体循环1min为优化的气体循环模式，此时气态甲烷产量最优且溶解性甲烷产量较低，较无生物气循环模式，气态甲烷产量增加15.9%，溶解性甲烷产量降低了46%。AnDMBR对COD的去除率大于80%，悬浮固体（SS）的去除率近90%，浊度的去除率约为90%。持续的生物气循环会导致污泥颗粒破碎和泥饼层脱落，污泥平均粒径减小，SEM-EDX分析表明生物气循环强度影响泥饼层的致密性和厚度，反应器中的细菌群落主要有变形菌门、绿弯菌门、厚壁菌门和拟杆菌门，古菌群落主要有Methanoregula，Methanothrix和Methanobacterium。 （4）对比分析了第二阶段和第三阶段的COD平衡和能源回收情况。对两个阶段的AnDMBR系统进行了COD转化和产能的收支平衡计算，结果表明，1m3的城市生活污水通过厌氧处理，第二阶段和第三阶段的净产能分别可达到0.18kWh和0.35kWh，高于系统消耗的能量，可以实现净能源回收。
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