萃取膜生物反應(yīng)器去除地下水硝酸鹽研究.pdf

1、地下水濁度低、水量豐富、容易獲取，在世界上許多地方，地下水都是一個(gè)重要的飲用水水源。在我國，特別是我國農(nóng)村地區(qū)更是直接將其作為飲用水。然而，目前地下水水質(zhì)普遍受到了不同程度的硝酸鹽污染，而且近幾年地下水中硝酸鹽的濃度呈上升趨勢(shì)。如何經(jīng)濟(jì)有效的去除地下水中的硝酸鹽，是非常有意義的課題研究。近十幾年來有許多學(xué)者對(duì)此進(jìn)行了認(rèn)真的研究，提出了許多有價(jià)值的地下水硝酸鹽去除方法，如化學(xué)催化還原、生物轉(zhuǎn)盤、連續(xù)流隔離膜生物反應(yīng)器和管式膜生物反應(yīng)器等。

2、然而由于問題的復(fù)雜性，所提出的處理方法要么處理水中含有有害的副產(chǎn)物，要么硝酸鹽去除不具選擇性，要么在處理過程中處理水受到生物體的污染，要么其膜比表面積小、容積負(fù)荷小，難以應(yīng)用于實(shí)際。本課題在綜合分析現(xiàn)有地下水硝酸鹽去除技術(shù)的基礎(chǔ)上，從消除產(chǎn)生有害副產(chǎn)物、選擇性去除硝酸鹽、產(chǎn)品水與反硝化區(qū)分離、提高硝酸鹽擴(kuò)散速率、增大膜比表面積等方面考慮，采用一種新型工藝一中空纖維膜萃取膜生物反應(yīng)器用于去除地下水硝酸鹽，克服了中空纖維膜內(nèi)的阻塞問題，并對(duì)

3、該反應(yīng)器的反硝化性能進(jìn)行了較深入的試驗(yàn)研究。本研究以已醇為碳源，主要進(jìn)行了碳氮比對(duì)萃取膜生物反應(yīng)器反硝化效果的影響試驗(yàn)、進(jìn)水硝態(tài)氮負(fù)荷在不同進(jìn)水硝態(tài)氮濃度時(shí)對(duì)萃取膜生物反應(yīng)器反硝化效果的影響試驗(yàn)以及已醇投加濃度對(duì)萃取膜生物反應(yīng)器反硝化效果的影響試驗(yàn)等。主要結(jié)論如下。 (1)本試驗(yàn)中，硝態(tài)氮去除速率達(dá)到了6.32g/(m<'2>>·d)，膜組件出水硝態(tài)氮濃度滿足飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)(≤10mg/L)的硝態(tài)氮去除速率達(dá)到了3.9g/(m

4、<'2>·d)。有效防止了中空纖維膜因微生物繁殖而引起的阻塞問題。 (2)碳氮比對(duì)萃取膜生物反應(yīng)器膜組件出水的硝態(tài)氮濃度有明顯影響。提高碳氮比，可相應(yīng)提高反應(yīng)器內(nèi)的已醇濃度，增加硝態(tài)氮反硝化速率，降低硝態(tài)氮濃度。但碳源不足時(shí)可引起亞硝態(tài)氮積累。 (3)萃取膜生物反應(yīng)器的生物阻隔作用受反應(yīng)器內(nèi)的已醇濃度及膜組件出 水中的硝酸鹽濃度兩者的影響。膜組件出水中的已醇濃度隨反應(yīng)器內(nèi)的已醇濃度提高而增加，隨膜組件出水中

5、的硝酸鹽濃度增加而減小。實(shí)際運(yùn)行時(shí)膜組件出水硝態(tài)氮濃度不宜過低，在滿足飲用水水質(zhì)衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)的前提下出水中應(yīng)保持一定的硝態(tài)氮濃度，以有效阻隔已醇等進(jìn)入到出水中，簡(jiǎn)化后續(xù)處理。 (4)已醇投加濃度對(duì)萃取膜生物反應(yīng)器的反硝化效果具有一定影響。通過提高已醇投加濃度可有效提高反應(yīng)器內(nèi)的已醇濃度、加快反硝化速率；或者保持相同的反應(yīng)器內(nèi)已醇濃度(反硝化效果相同)，提高已醇投加濃度可適當(dāng)降低碳氮比。實(shí)際運(yùn)行時(shí)宜采用較高的已醇投加濃度，可節(jié)省碳源

6、投加量、降低成本。 (5)在碳氮比一定的條件下，隨進(jìn)水硝態(tài)氮負(fù)荷增加，反應(yīng)器內(nèi)已醇濃度增大、硝態(tài)氮去除速率增加(但增加速率降低)、膜組件出水硝態(tài)氮濃度增大。 (6)在相同的進(jìn)水硝態(tài)氮負(fù)荷條件下，高進(jìn)水濃度比低進(jìn)水濃度具有較快的反硝化速率及較低的出水硝態(tài)氮濃度，高進(jìn)水濃度時(shí)可采用較高的進(jìn)水負(fù)荷。 本課題的主要?jiǎng)?chuàng)新之處有以下幾點(diǎn)。 (1)克服了中空纖維膜內(nèi)的阻塞問題通過對(duì)待處理水預(yù)處理，有效地防止了中

7、空纖維膜因微生物繁殖而引起的阻塞，在兩年多的試驗(yàn)中運(yùn)行一直正常。由于中空纖維膜直徑較小，反應(yīng)器內(nèi)可達(dá)到很高的膜比表面積，可具有很高的硝酸鹽去除速率，易于裝置化，具有較高的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值，中空纖維膜阻塞問題的克服，解決了中空纖維膜萃取膜生物反應(yīng)器實(shí)際應(yīng)用于地下水硝酸鹽去除的技術(shù)難題。 (2)發(fā)現(xiàn)了碳源投加濃度影響萃取膜生物反應(yīng)器內(nèi)碳源濃度碳源投加濃度提高會(huì)使得碳源的投加流量降低，因而排出反應(yīng)器的碳源量減少、反應(yīng)器內(nèi)的碳源濃度增加。

8、相同的碳氮比，增加碳源投加濃度，可有效提高反應(yīng)器內(nèi)的碳源濃度、加快萃取膜生物反應(yīng)器的反硝化速率；或者保持相同的反應(yīng)器內(nèi)碳源濃度(反硝化效果相同)，提高碳源投加濃度可適當(dāng)降低碳氮比，可節(jié)省碳源投加量、降低成本。 (3)找出了萃取膜生物反應(yīng)器阻隔碳源進(jìn)入產(chǎn)品水的基本規(guī)律萃取膜生物反應(yīng)器的生物阻隔作用受反應(yīng)器內(nèi)的已醇濃度及膜組件出水中的硝酸鹽濃度兩者的影響，膜組件出水中的已醇濃度隨反應(yīng)器內(nèi)的已醇濃度提高而增加，隨膜組件出水中的硝酸鹽