一體式A-O膜生物反應(yīng)器脫氮性能及在船舶污水處理中的應(yīng)用研究.pdf

1、氮是導(dǎo)致水體富營(yíng)養(yǎng)化的主要污染物之一，在A/O膜生物反應(yīng)器（MBR)中實(shí)現(xiàn)有機(jī)物和氮的同時(shí)去除，具有節(jié)省有機(jī)碳源、減少溫室氣體排放、減少剩余污泥產(chǎn)生等優(yōu)點(diǎn)，應(yīng)用前景廣闊。膜污染是制約MBR廣泛應(yīng)用的主要瓶頸，研究膜污染過(guò)程和膜污染機(jī)理對(duì)于控制膜污染、降低MBR運(yùn)行成本具有重要意義。 本研究將缺氧過(guò)程、好氧過(guò)程和膜分離過(guò)程相結(jié)合，形成了一體式A/O(缺氧/好氧)膜生物反應(yīng)器(Integrated A/O-MBR)，實(shí)現(xiàn)了在單一MB

2、R中有機(jī)物與氮的同時(shí)去除。本文對(duì)Integrated A/O-MBR脫氮的效果、機(jī)理，以及影響脫氮、膜污染的關(guān)鍵因素進(jìn)行了深入研究。同時(shí)考察了Integrated A/O-MBR處理實(shí)際船舶污水的性能。研究的主要結(jié)論如下： (1)Integrated A/O-MBR具有良好的去除化學(xué)需氧量(COD)和總氮（TN）的能力。COD的去除率可以穩(wěn)定在98％以上，TN的去除率可以穩(wěn)定在78％左右。由于溶解氧(DO)濃度梯度的存在，反應(yīng)

3、器不同區(qū)域中微生物種群結(jié)構(gòu)不同，其中好氧區(qū)域中活性污泥的硝化能力強(qiáng)，缺氧區(qū)域中活性污泥的反硝化能力強(qiáng)。反應(yīng)器中，好氧區(qū)域和缺氧區(qū)域分別作為硝化反應(yīng)和反硝化反應(yīng)的功能區(qū)，它們相互配合實(shí)現(xiàn)了有機(jī)物和氮的同時(shí)去除。內(nèi)部循環(huán)速率的增加，會(huì)增加Integrated A/O-MBR對(duì)TN的去除。水力停留時(shí)間(HRT)最少需要8h，Integrated A/O-MBR才能達(dá)到較高的TN去除率，而當(dāng)HRT在8h到12h之間時(shí)，反應(yīng)器的脫氮效果變化不大。

4、在COD/TN從4增加到10的過(guò)程中，TN的去除率逐漸提高，COD/TN的提高有利于Integrated A/O-MBR總氮的去除。 (2)Integrated A/O-MBR運(yùn)行中啟動(dòng)期膜污染速率明顯高于穩(wěn)定期。在從啟動(dòng)期到穩(wěn)定期的變化過(guò)程中，活性污泥中的微生物種群結(jié)構(gòu)發(fā)生了演變，一些特定功能菌種分別在缺氧區(qū)和好氧區(qū)發(fā)展成為優(yōu)勢(shì)菌種，微生物種群多樣性隨著時(shí)間的推移逐漸減弱，到達(dá)穩(wěn)定期后，種群結(jié)構(gòu)不再變化。在從啟動(dòng)期到穩(wěn)定期的

5、變化過(guò)程中，混合液懸浮固體(MLSS)濃度逐漸升高、胞外聚合物(EPS)及溶解性微生物產(chǎn)物(SMP)的含量逐漸變低，絮體顆粒變得較大且內(nèi)部結(jié)構(gòu)變得松散，這些因素的變化是這一過(guò)程中膜污染速率不斷減輕的主要原因。到達(dá)穩(wěn)定期后，這些參數(shù)不再變化，膜污染速率開(kāi)始維持在較低水平?；钚晕勰辔⑸锓N群結(jié)構(gòu)的變化，會(huì)引起活性污泥混合液組成成分、活性污泥絮體形態(tài)結(jié)構(gòu)以及活性污泥流變特性的變化，而這些因素彼此影響，共同作用改變了膜污染速率。 (3

6、)絲狀菌主要通過(guò)改變活性污泥絮體的形態(tài)結(jié)構(gòu)來(lái)影響膜污染。長(zhǎng)期運(yùn)行時(shí)絲狀菌的生長(zhǎng)狀態(tài)變化同EPS和SMP之間沒(méi)有明顯的關(guān)系。作為活性污泥絮體的骨架，絲狀菌對(duì)于絮體的形態(tài)和內(nèi)部結(jié)構(gòu)有很重要的影響。絲狀菌較少時(shí)，絮體的顆粒較小，結(jié)構(gòu)較緊密，而當(dāng)絲狀菌的數(shù)量較多時(shí)，絮體顆粒變得較大，內(nèi)部結(jié)構(gòu)也變得較松散。實(shí)驗(yàn)中絲狀菌對(duì)于膜污染速率影響力較弱或者可以忽略，主要是在該條件下活性污泥形態(tài)和結(jié)構(gòu)的改變對(duì)膜污染速率的影響較弱。 (4)Integ

7、rated A/O-MBR在高于臨界通量和低于臨界通量運(yùn)行時(shí)，膜污染表現(xiàn)出不同的行為和機(jī)理。高于臨界通量運(yùn)行時(shí)，過(guò)膜壓差(TMP)表現(xiàn)出單一的快速增長(zhǎng)特性，膜污染速率在較高的范圍內(nèi)。此時(shí)，濾餅層阻力是膜污染阻力的主要來(lái)源，膜污染速率主要由活性污泥絮體的等效粒徑和分形維數(shù)控制。在低于臨界通量運(yùn)行時(shí)，膜污染行為表現(xiàn)為兩段性：TMP緩慢增長(zhǎng)期和TMP飛躍期。TMP緩慢增長(zhǎng)期，影響膜污染速率主要因素是微生物代謝產(chǎn)物(EPS、SMP)。這些物質(zhì)在

8、膜表面及膜孔內(nèi)的積累引起了局部區(qū)域通量的不平衡，局部通量的不平衡又引起了活性污泥在膜表面的沉積，最終進(jìn)入TMP飛躍期。TMP飛躍期膜污染的行為與高于臨界通量運(yùn)行時(shí)相似。由于低臨界通量運(yùn)行時(shí)膜清洗或者更換膜組件的頻率較低，實(shí)際運(yùn)行中應(yīng)選取低于臨界通量運(yùn)行。此外，實(shí)際運(yùn)行中可以通過(guò)改變操作參數(shù)降低EPS、SMP濃度的方法來(lái)延長(zhǎng)MBR的運(yùn)行時(shí)間。 (5)船用燃料油可以通過(guò)生物降解的方法去除，經(jīng)過(guò)大約4小時(shí)后，油類(lèi)物質(zhì)大部分被降解。表

9、面活性劑濃度和鹽度對(duì)油類(lèi)物質(zhì)的降解影響不大，而燃料油濃度和接種污泥則對(duì)其有明顯的影響。油類(lèi)濃度越高對(duì)應(yīng)的去除率越大。同傳統(tǒng)的活性污泥相比，商業(yè)菌種在燃料油生物降解中顯示了一定的優(yōu)越性。 采用Integrated A/O-MBR處理實(shí)際混合船舶污水時(shí)，主要污染物濃度的去除率分別為COD：94.5％，TN：63.7％，總磷(TP)：34％和總懸浮固體(TSS)：99.9％。氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用(GC-MS)的結(jié)果表明，污水中的油類(lèi)物質(zhì)