MAP-MBR組合工藝對海水養(yǎng)殖廢水處理及膜污染機制研究項目摘要

海水養(yǎng)殖廢水大量排放對環(huán)境造成了巨大的破壞與難以估量的損失。研發(fā)高效、穩(wěn)定、經(jīng)濟的養(yǎng)殖廢水處理新技術(shù)，對于保護海洋環(huán)境以及海水養(yǎng)殖業(yè)的可持續(xù)發(fā)展有著十分重要的意義。本課題將MAP法脫氮除磷能力與MBR高效污水處理能力相結(jié)合構(gòu)建MAP-MBR組合工藝處理海水養(yǎng)殖廢水，在回收海水養(yǎng)殖廢水中氮磷的同時改善MBR中的污泥性質(zhì)。用海水作為MAP法中價格較高的鎂源，有效降低處理成本，MAP法形成的晶體利用MBR的分離作用，實現(xiàn)高效率回收利用，有很高的經(jīng)濟和社會價值；MAP法能夠有效降低海水養(yǎng)殖廢水中的氨氮濃度，減輕氨氮對MBR生物處理的毒害作用；MBR中由于膜的攔截作用積累的微生物可以去除海水養(yǎng)殖廢水中的溶解性污染物，同時MBR能夠攔截出水中顆粒物，保障出水水質(zhì)穩(wěn)定；MAP法形成的結(jié)晶體與MBR中活性污泥聚集，可改良MBR中污泥性質(zhì)，降低MBR中活性污泥的膜污染潛力。

海水養(yǎng)殖廢水大量排放對環(huán)境造成了巨大的破壞與難以估量的損失。本課題針對海水養(yǎng)殖廢水中污染物含量變化大的關(guān)鍵問題，建立MAP-MBR海水養(yǎng)殖廢水處理組合技術(shù)體系： （1）解析了海水環(huán)境中MAP結(jié)晶沉淀去除氨氮的內(nèi)在機理，充分利用海水中Mg元素，在不添加Mg源的情況下，以MAP結(jié)晶的形式高效脫除海水中氨氮；通過晶種強化技術(shù)強化誘導(dǎo)MAP結(jié)晶，有效提高了MAP在海水條件下的結(jié)晶效率，采用響應(yīng)曲面法建模優(yōu)化MAP法在海水環(huán)境中的反應(yīng)條件參數(shù)，明確了海水條件對MAP結(jié)晶過程的影響機制，分析了MAP工藝處理實際海水養(yǎng)殖廢水的經(jīng)濟可行性，為MAP法更廣泛的應(yīng)用奠定基礎(chǔ)。 （2）以強化總氮脫除和控制膜污染為目標(biāo)，分四個階段對MBR系統(tǒng)進行優(yōu)化改進，設(shè)計開發(fā)了MBR組合工藝，考察各工藝對有機物、氨氮、總氮及磷酸鹽的去除效果及抗負荷沖擊能力，明確了組合工藝各組成部分在海水環(huán)境中的污染物去除機制；系統(tǒng)考察了MBR組合工藝的膜污染狀況及關(guān)鍵膜污染物特性，探究了MBR組合工藝膜污染形成機制，明確系統(tǒng)的膜污染緩解機制，為MBR組合工藝在實際海水養(yǎng)殖廢水處理中的應(yīng)用積累了基礎(chǔ)理論依據(jù)。 （3）設(shè)計了適用于MBR系統(tǒng)的膜改性材料和表面改性方法，合成新型無機-有機雜化材料涂覆于膜材料表面，并將無機有機雜化涂層改性為帶正電荷和帶有雙電層結(jié)構(gòu)的功能化涂層，分析改性膜表面的化學(xué)特性及形貌特點，系統(tǒng)考察改性膜對膜污染物質(zhì)（EPS和SMP的不同成分）的吸附特性和過濾特性，解析膜污染層的形貌結(jié)構(gòu)及成分組成，揭示改性膜的抗污染機制，考察了改性膜連續(xù)使用過程中的抗污染效果及穩(wěn)定性，為減輕MBR膜污染提供新的方向。 本課題在深入研究MAP法回收海水養(yǎng)殖廢水中氨氮技術(shù)，MBR高效凈化海水養(yǎng)殖廢水技術(shù)及膜涂層抗污改性技術(shù)在海水養(yǎng)殖廢水處理中的應(yīng)用基礎(chǔ)上，研發(fā)高效、穩(wěn)定、經(jīng)濟的養(yǎng)殖廢水處理新技術(shù)，以期實現(xiàn)海水養(yǎng)殖廢水的科學(xué)治理，對于保護海洋環(huán)境以及海水養(yǎng)殖業(yè)的可持續(xù)發(fā)展有著十分重要的意義。 2100433B

膜污染問題限制了膜生物反應(yīng)器的更廣泛利用。本研究的重點在于從膜污染因子變化影響膜面濾餅層微觀結(jié)構(gòu)和滲透性能的角度剖析膜污染機理，建立數(shù)學(xué)模型，對不同工況下的膜污染程度做出預(yù)測。采用的方式為將分形理論與膜污染控制研究相結(jié)合。以分形理論和自動圖像分析技術(shù)為依托，得到膜面濾餅層微觀結(jié)構(gòu)和滲透性能的定量化表征；對膜生物反應(yīng)器中膜污染因子間相關(guān)性及其對濾餅層微觀結(jié)構(gòu)和滲透性能的影響進行系統(tǒng)研究，解析膜污染形 2100433B

膜生物反應(yīng)器（MBR）是一種高效的污水處理和回用技術(shù)，但膜污染問題成為制約該項技術(shù)推廣應(yīng)用的主要瓶頸。本項目從膜過程和膜面污泥層控制的角度出發(fā)，提出結(jié)合正滲透（FO）膜過程和超聲波技術(shù)控制膜污染的新思路。我們對膜污染機制進行了系統(tǒng)的分析研究，提出了兩種新的膜污染機制和理論：膜面污泥層過濾的滲透壓效應(yīng)，和曲面條件下膜污染的界面熱力學(xué)機制。以這些理論為基礎(chǔ)，對主要膜污染影響因子進行識別，分析和理清了主要因子影響膜污染的作用方式和途徑。同時給出了相關(guān)膜污染機制的數(shù)學(xué)模型，為膜污染控制提供了理論指導(dǎo)。本項目還研究了超聲波對膜、污泥和反應(yīng)器性能的影響，優(yōu)化了操作條件。項目執(zhí)行期間，共發(fā)表學(xué)術(shù)論文37篇，其中34篇SCI論文，SCI 影響因子總和為141，發(fā)表SCI長篇綜述論文3篇，被認(rèn)為是MBR領(lǐng)域的經(jīng)典著作。 2100433B