磁性混凝剂的制备及其在调控MBR膜污染方面的应用

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我国每天会产出大量的生活污水,必须对废水进行有效净化才能重复利用。膜生物反应器(MBR)是一种高效处理废水的装置,已被广泛应用到污水处理和回用。但由膜污染现象导致的通量衰减、运行成本增加等缺点严重限制了膜生物反应器更大规模的应用。本课题通过向反应器中投加自制磁性复合混凝剂研究对MBR反应器中污泥混合液性质、污染物去除效果和微生物群落变化等影响,探究控制MBR膜污染的新方法和工艺及其背后的调控机理,完善和丰富磁活性污泥法调控MBR膜污染的理论体系,为磁性复合混凝剂的实际应用提供参考。本文将磁性微米颗粒与混凝剂聚合氯化铝(PAC)进行复合制得磁性聚合氯化铝铁(PFAC)混凝剂,用于延缓MBR系统中膜污染。对磁性颗粒、PAC和PFAC进行物理性质、结构和形态表征等,通过对混凝剂的各项表征,结果发现实验成功将PAC与磁性粒子化学复合,复合后的磁混凝剂中改变了Al各种形态的分布,混凝剂表面变得更为粗糙和多孔,均有助于提升混凝效果,终端过滤实验也证实其对膜污染进程有明显的延缓作用。后续将PAC与PFAC加入MBR系统,主要评价指标为MBR系统运行效能和膜污染状况。研究发现:投加材料后的PFAC-MBR相比于CAS-MBR对COD和NH4+-N具有更好的去除效果,污泥粒径从64.35μm增加到75.63μm,脱氢酶活性也大大增强,大分子物质占比有所下降,污泥液中SMP和EPS的浓度也分别下降了24.16%和44.14%,在宏观上表现为在实验末期对照组TMP已达到35 k Pa,PFAC-MBR的TMP为13 k Pa,膜污染速率降低了近62.9%,延长了MBR系统的运行时间。将SMP与EPS中蛋白质浓度和多糖浓度与TMP变化图结合分析,二者的变化具有相吻合的趋势。对不同MBR系统中微生物群落进行取样分析,添加磁性混凝剂后微生物系统的多样性明显提高,提高了反应器对各项污染物的去除效果,各种群丰度被发现有利于减缓膜污染方向变化,推测磁性混凝剂的引入抑制了易引起膜污染的Proteobacteria物种和有利于减缓膜污染的物种稳定。因此,在MBR系统中投加磁性混凝剂是一种切实可行的减缓膜污染的方法。
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