微藻-动态膜复合工艺的污水处理性能研究

• 作 者: 吴文剑
• 出 处: 西安建筑科技大学
• 发表日期: 2020年06期
• 关键词: 小球藻 污水处理 响应曲面法 动态膜 膜污染

微藻的环境适应能力强,可应用于污水处理并产生有用的藻类生物质,是实现同步污水处理与资源化利用的重要途径之一。自然条件下培养微藻时存在生物量低、富集回收困难等问题,成为制约微藻污水处理技术推广应用的重要瓶颈。为此,在优化混养培养小球藻污水基质组分的基础上,构建了光生物反应器与动态膜反应器相结合的复合工艺,并对复合工艺培养、分离富集小球藻的效果以及污水处理的性能进行了探究,取得的主要研究成果如下:（1）混合营养条件下采用单因素试验和响应曲面试验（RSM）,优化了污水基质培养小球藻的组分浓度。结果表明:在最佳的污水基质组分浓度下（COD=1271 mg/L、NH₄⁺-N=20 mg/L、TP=18 mg/L）,培养的小球藻生物量最大（0.52 g/L）,是未优化前污水培养的小球藻生物量（0.15 g/L）的3倍以上。当小球藻培养时间为3-5 d时,COD、NH₄⁺-N和TP的去除率分别为70%-83%、51%-91%和30%-94%,小球藻生物量和去除的污染物之间具有良好的正相关性,有利于对污染物的去除和生物量的积累。（2）在预试验的基础上,将光生物反应器（PBR）和硅藻土动态膜反应器（DDMBR）相结合构建了微藻-动态膜复合工艺。复合工艺不仅可稳定高效生产和分离富集微藻生物质,而且可有效去除污染物。PBR稳定运行期间,小球藻生长状态良好,微藻生物质的平均产率为0.50 g/L·d。DDMBR出水浊度和藻密度分别小于5 NTU和10⁵ cells/mL,藻液浓度从0.50 g/L提高至8.00 g/L。另外,经过复合工艺处理后,COD、TN、NH₄⁺-N和TP的去除率分别为80%以上、95%以上、97%以上、60%-80%,尤其是出水TN和NH₄⁺-N的浓度为1-2 mg/L,远低于《城镇污水处理厂污染物排放标准》中的一级A的排放要求。（3）为了解析动态膜污染的行为和机理,系统研究了溶解性有机物（DOM）的特性以及膜污染层的形态结构。结果表明:DOM是造成膜污染的主要原因,其中多糖和蛋白类物质易在膜表面积累,对膜污染的贡献较大;GFC分析表明DOM的分子量分布广,其中中等分子量的有机物是膜污染的主要物质;SEM-EDX分析发现,动态膜表面的滤饼层（硅藻土层和藻类层）可有效阻止DOM污染膜材料,物理方法清洗后动态膜的过滤性能得到有效恢复。另外,应用分子生物学的方法考察了PBR-DDMBR工艺的微生物种群结构的变化规律,发现细菌对于污染物去除也有一定促进作用。