畢業(yè)論文aao+mbr組合工藝脫氮除磷性能研究

1、<p>　　蘇州科技學(xué)院本科生畢業(yè)論文</p><p>　　AAO+MBR組合工藝脫氮除磷性能研究</p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　膜生物反應(yīng)器（Membrane Bio-reactor，MBR）技術(shù)具有傳統(tǒng)方法所不及的許多優(yōu)點(diǎn)，具有很好的應(yīng)用前景，但高能耗、膜污染是影響MBR工藝推廣應(yīng)用的主要障礙。

2、我們從曝氣方式入手采用射流曝氣膜生物反應(yīng)器加抽吸泵，取代了鼓風(fēng)機(jī)。通過近100天的試驗(yàn)研究此新型MBR系統(tǒng)在處理人工合成污水的效果以及可能遇到的問題；通過研究溶解氧、SRT 、HRT、混合液回流比、MLSS對C、N、P的降解性能，確定DO、SRT、HRT、污水回流比等運(yùn)行參數(shù)，并且分析污泥形態(tài)對污染物去除效率的影響。經(jīng)試驗(yàn)證明：在處理人工合成廢水期間，系統(tǒng)對CODCr的去除率均大于85%，對NH3-N去除率也基本保持在95%以上，同時(shí)選

3、取適宜的硝化液回流比時(shí)，總氮的去除率均高于70%，而且出水無色無味，濁度均小于1NTU。在考察射流曝氣對污泥形態(tài)的影響時(shí)發(fā)現(xiàn)：采用射流曝氣時(shí)，在水泵高強(qiáng)度剪切力和射流曝氣強(qiáng)紊流的共同作用下，好氧池內(nèi)污泥變得十分松散和細(xì)碎，這種狀態(tài)嚴(yán)重影響了污泥的沉降性能，但卻更加有利于反應(yīng)器內(nèi)污染物的降解。另外，本實(shí)驗(yàn)對膜組件清洗前后膜通量的變化以及出水水質(zhì)的變化也做了系統(tǒng)的概括。</p><p>　　關(guān)鍵字 膜生物反應(yīng)器；射

4、流曝氣；膜污染；污泥形態(tài)</p><p>　　蘇州科技學(xué)院本科生畢業(yè)論文</p><p>　　Research on Treatment of Wastewater by Improved Membrane Bio-reactor</p><p><b>　　Abstract</b></p><p>　　Membrane

5、 bioreactor (MBR) technology has many advantages beyond with traditional methods, It has the very good application prospect, but energy-intensive, Membrane fouling process is the main application of the MBR obstacles. We

6、 adopted from the aeration of aeration membrane bioreactors and suction pump, replaced the blower. Through the experimental study of nearly 100 days in this new system with artificial synthesis MBR sewage effect and the

7、possible problems, Through the research of oxygen, r</p><p>　　Keywords MBR；municipal wastewater；Membrane pollution ；sludge characteristics</p><p><b>　　目 錄</b></p><p>　

8、　1 緒 論1</p><p>　　1.1 我國水資源現(xiàn)狀1</p><p>　　1.2 我國城市生活污水處理現(xiàn)狀1</p><p>　　1.3 膜生物反應(yīng)器的研究概況3</p><p>　　1.3.1 膜生物反應(yīng)器簡介3</p><p>　　1.3.2 膜生物反應(yīng)器的研究應(yīng)用進(jìn)展14</p&g

9、t;<p>　　1.4 本文研究目的和研究內(nèi)容14</p><p>　　1.4.1 研究目的14</p><p>　　1.4.2 研究意義15</p><p>　　1.4.3 研究內(nèi)容15</p><p>　　2 實(shí)驗(yàn)裝置與研究方法17</p><p>　　2.1 A/A/O實(shí)驗(yàn)裝置脫氮除磷1

10、7</p><p>　　2.1.1 A/A/O法基本工藝原理17</p><p>　　2.1.2 A/A/O 法污水處理開工調(diào)試18</p><p>　　2.1.3 A/A/O工藝的特點(diǎn)19</p><p>　　2.1.4 A/A/O工藝的固有缺欠19</p><p>　　2.1.5 A/A/O工藝流程的改進(jìn)措

11、施20</p><p>　　2.1.6 實(shí)驗(yàn)裝置實(shí)物圖23</p><p>　　2.2 實(shí)驗(yàn)用水24</p><p>　　2.3監(jiān)測項(xiàng)目與分析方法25</p><p>　　2.4試驗(yàn)的運(yùn)行與控制26</p><p>　　2.4.1處理人工配水時(shí)的參數(shù)控制與研究方案26</p><p>

12、;　　3 系統(tǒng)處理人工合成污水的效果研究27</p><p>　　3.1 系統(tǒng)對有機(jī)物(COD)去除特性的研究27</p><p>　　3.1.1 系統(tǒng)對有機(jī)物（COD）去除效果的研究27</p><p>　　3.1.2 系統(tǒng)對有機(jī)物（COD）去除機(jī)制的研究28</p><p>　　3.2 系統(tǒng)對氮去除特性的研究31</p&g

13、t;<p>　　3.2.1 系統(tǒng)對氨氮去除效果的研究31</p><p>　　3.2.2 系統(tǒng)對總氮去除效果的研究31</p><p>　　3.3 膜對MBR處理效能的強(qiáng)化促進(jìn)作用研究33</p><p>　　3.5 膜污染與清洗37</p><p>　　3.5.1 膜污染及其減緩防治措施37</p>&

14、lt;p>　　3.5.2 膜的清洗38</p><p>　　3.5.3 本實(shí)驗(yàn)采取的措施39</p><p>　　3.6 本章小結(jié)與問題40</p><p>　　4 系統(tǒng)污泥形態(tài)特性的研究41</p><p>　　4.1 污泥沉降性能的研究41</p><p>　　4.2 污泥形態(tài)的研究44</

15、p><p>　　參 考 文 獻(xiàn)47</p><p><b>　　致 謝50</b></p><p><b>　　1 緒 論</b></p><p>　　水是生命之源，是人類文明不斷發(fā)展的基礎(chǔ)條件，是人類生存的根本。和諧的水環(huán)境和豐裕的水資源是人類社會可持續(xù)發(fā)展的基本前提。然而隨著現(xiàn)代工業(yè)、城

16、市建設(shè)的高速發(fā)展以及人口的快速增長，人類面臨著嚴(yán)重的水危機(jī)，具體表現(xiàn)為嚴(yán)重的水資源短缺和水環(huán)境污染。</p><p>　　1.1 我國水資源現(xiàn)狀</p><p>　　我國的缺水形勢尤其嚴(yán)峻。根據(jù)2000 年《中國環(huán)境狀況公報(bào)》[1]，我國雖然水資源總量居世界第4位，但人均水資源量為2238.6m3，僅相當(dāng)于世界人均占有量的1/4，是世界人均水資源極少的13 個(gè)貧水國之一。與此同時(shí)，水環(huán)境污

17、染日益嚴(yán)重。我國相關(guān)環(huán)保部門監(jiān)測結(jié)果表明，全國90％以上的城市水域受到嚴(yán)重污染，約有50％的重點(diǎn)城市水源不符合飲用水水源標(biāo)準(zhǔn)，主要水系、湖泊和海域污染嚴(yán)重，七大水系V 類和劣V 類水質(zhì)達(dá)到52.8%，主要湖泊氨氮、總磷、高錳酸鉀指數(shù)嚴(yán)重超標(biāo)富營養(yǎng)化問題突出。</p><p>　　我國水體污染主要來源于超標(biāo)排放的工業(yè)廢水和大量未經(jīng)處理直接進(jìn)入水體的城市生活污水。據(jù)《2003年中國環(huán)境狀況公報(bào)》[3]公布，2003年

18、，全國廢水排放總量為460億t，其中城市生活污水排放量247.6億t，占污水排放總量的53.8%。城市生活污水正成為水污染的最大“公害”之一。因此，城市生活污水的處理對于改善城市環(huán)境質(zhì)量與居民生存環(huán)境，促進(jìn)社會的可持續(xù)發(fā)展具有十分重要的意義。</p><p>　　1.2 我國城市生活污水處理現(xiàn)狀</p><p>　　我國污水處理面臨著水污染嚴(yán)重，污水治理起步晚、基礎(chǔ)差、要求高的形勢。近些年

19、， 城市污水處理的建設(shè)有了很大發(fā)展，截至2005年6月底，全國661 個(gè)城市建有污水處理廠708座，處理能力為4912萬m3/d，是2000年的兩倍多，全年城市污水處理量162.8億m3，比2000年增加了43%，城市污水處理率達(dá)45.7%。但絕大多數(shù)城市的污水處理能力滿足不了實(shí)際需要，全國還有297個(gè)城市沒有建成污水處理廠，其中，地級以上城市63個(gè)，包括人口50萬以上的大城市8個(gè)；位于重點(diǎn)流域、區(qū)域“ 十五”規(guī)劃范圍內(nèi)的城市54個(gè)。全

20、國5萬多個(gè)城鎮(zhèn)，370多萬個(gè)村莊，9億多人口居住地尚無污水處理設(shè)施.與國際相比，我國城市污水處理率較低，其主要原因是我國的城市污水處理廠建設(shè)滯后。據(jù)資料介紹[3]，美國現(xiàn)在平均每1萬人就擁有1座污水處理廠，英國和德國每7000～8000人擁有1座污水處理廠。而我國城鎮(zhèn)人口中，平均每150萬人才擁有1座污水處理廠。</p><p>　　我國城市污水處理的主要方法有物理、化學(xué)、物理化學(xué)和生物方法。這些方法可以單一使用

21、，也可以針對不同的污水水質(zhì)組合使用。污水生物處理法是19世紀(jì)末出現(xiàn)的污水治理技術(shù)，現(xiàn)今已成為世界各國處理污水的主要手段。我國現(xiàn)階段的城市污水處理主要以生物法為主，物理法和化學(xué)法起輔助作用。目前我國城市污水處理廣泛使用的水污染治理技術(shù)有傳統(tǒng)活性污泥法，延時(shí)曝氣活性污泥法，SBR(Sequencing Batch Reactor),AB(Absorption Bio- degradation)，UNITANK 和氧化溝工藝，A/O和A2/O

22、等。這些工藝被證明是行之有效的水污染控制技術(shù)。但是這些工藝的優(yōu)缺點(diǎn)也同樣明顯。如：</p><p>　　(1)傳統(tǒng)活性污泥法對有機(jī)物去除率高、污泥負(fù)荷高、池容積小、電耗省、運(yùn)行費(fèi)用低。此法穩(wěn)定可靠，已經(jīng)積累了豐富的設(shè)計(jì)和管理經(jīng)驗(yàn)，但是缺點(diǎn)是占地多，建設(shè)投資大，僅能滿足BOD5、CODCr、SS三項(xiàng)出水指標(biāo)，且該工藝容易產(chǎn)生污泥膨脹現(xiàn)象，除磷和脫氮效果差。</p><p>　　(2)SBR法

23、具有以下優(yōu)點(diǎn)：第一，理想的推流過程使生化反應(yīng)推動力增大，污水在理想的靜止?fàn)顟B(tài)下沉淀，需要的時(shí)間短，效率高，運(yùn)行效果穩(wěn)定，出水水質(zhì)好；第二，耐沖擊負(fù)荷，池內(nèi)有滯留的處理水，對污水有稀釋、緩沖作用，有效抵抗水量和有機(jī)污物的沖擊；第三，反應(yīng)池內(nèi)存在DO、BODS濃度梯度，有效控制活性污泥膨脹；第四，SBR法系統(tǒng)本身也適合于組合式構(gòu)造方法，利于污水廠的擴(kuò)建和改造；第五，實(shí)現(xiàn)好氧、缺氧、厭氧狀態(tài)的交替，具有良好的脫氮除磷效果；第六，工藝流程簡單、

24、占地面積小、造價(jià)低。但是其缺點(diǎn)是對自動控制技術(shù)和連續(xù)在線分析儀表要求高，操作復(fù)雜，難于管理。</p><p>　　(3)氧化溝法具有處理工藝及構(gòu)筑物簡單、無初沉池和污泥硝化池(一體式氧化溝還可以取消二沉池和污泥回流系統(tǒng))、有機(jī)物去除率較高、脫氮、除磷(溝前增設(shè)厭氧池)、綜合指標(biāo)較優(yōu)、泥齡長、剩余污泥少且容易脫水、處理效果穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)，但是存在負(fù)荷低、占地大、電耗大、運(yùn)轉(zhuǎn)費(fèi)用偏高的缺點(diǎn)。</p><

25、;p>　　(4)A/B法存在污泥量大、構(gòu)筑物及設(shè)備較多、建設(shè)投資和處理成本高、運(yùn)行管理復(fù)雜的缺點(diǎn)。</p><p>　　(5)UNITANK法雖然布置緊湊，用地省，連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)，省電耗，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)簡單經(jīng)濟(jì)，但該方法不具備脫氮除磷功能。</p><p>　　因此為了彌補(bǔ)不同工藝的缺點(diǎn)，同時(shí)人類對水環(huán)境質(zhì)量的要求越來越高，各種新型、改良的高效廢水生物處理技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。而其中引人注目的是用膜分離

26、技術(shù)代替?zhèn)鹘y(tǒng)的重力式沉淀池，構(gòu)成了新型的水處理技術(shù)，膜生物反應(yīng)器組合工藝。</p><p>　　1.3 膜生物反應(yīng)器的研究概況</p><p>　　當(dāng)今水污染和水資源短缺問題已成為制約許多國家經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展的重要因素，因此各國都在積極開發(fā)經(jīng)濟(jì)、高效的水處理工藝。膜生物反應(yīng)器（membrane bioreactor簡稱MBR）工藝正是在這一背景下產(chǎn)生的。作為一種新型、高效的水處理技術(shù)，MBR

27、工藝正受到我國水處理工作者的重視。在MBR工藝中， 創(chuàng)造性地利用膜作為泥水分離手段與傳統(tǒng)活性污泥過程連用，因此MBR 工藝具有許多其它生物處理工藝無法比擬的明顯優(yōu)勢。近年來隨著膜技術(shù)和膜組件的發(fā)展， 組合工藝運(yùn)行成本大大降低，使得MBR 工藝實(shí)際應(yīng)用前景廣闊。</p><p>　　1.3.1 膜生物反應(yīng)器簡介</p><p>　　膜生物反應(yīng)器（MBR）是利用高效分離膜組件取代二沉池與生物處

28、理中的生物單元組合形成一套有機(jī)整體的水凈化再生技術(shù)。MBR利用膜的截留作用，幾乎能將全部的污泥及微生物截留下來，使生物單元具有很高的污泥濃度，不但提高了其對有機(jī)物的去除率，而且使其對氨氮的去除率也明顯增高。與傳統(tǒng)廢水生物處理工藝相比，MBR 具有生化效率高、有機(jī)負(fù)荷高、污泥負(fù)荷低、出水水質(zhì)好、設(shè)備占地面積小、便于自動控制和管理等優(yōu)點(diǎn)。污泥停留時(shí)間與水力停留時(shí)間分離，克服了活性污泥與自身無法克服的缺點(diǎn)。雖然能耗較高、膜成本較高仍是目前限制

29、膜生物反應(yīng)器工藝發(fā)展的兩大瓶頸，但是該技術(shù)已經(jīng)在污水回用和難降解有機(jī)廢水處理領(lǐng)域嶄露頭角，并在世界范圍內(nèi)許多實(shí)際工程中得到了成功地應(yīng)用。</p><p>　　膜與生物處理工藝結(jié)合的膜生物反應(yīng)器研究迄今已逾30年了，近幾十年來更是得到迅猛發(fā)展。MBR的商業(yè)應(yīng)用也有20年的歷史了。</p><p>　　1969年，美國的Smith首次報(bào)道了美國Dorr-Oliver公司把活性污泥法和超濾工藝結(jié)

30、合處理城市污水的方法。該工藝最引人矚目的是用膜分離技術(shù)取代常規(guī)活性污泥二沉池，用膜分離技術(shù)作為處理單元中富集生物的手段，而不是采用常規(guī)的回流循環(huán)來增加曝氣池中微生物的濃度。它是用一個(gè)外部循環(huán)的板框式組件來實(shí)現(xiàn)膜過濾的。在生活污水處理中，獲得了極佳的處理效果，BOD＜1mg/L，COD=20～30mg/L，系統(tǒng)處理能力為10～100m3/d。另一個(gè)早期的報(bào)道是Hardt等人，在1970年用一個(gè)10L的好氧生物反應(yīng)器處理合成廢水，流程中用一

31、個(gè)死端超濾膜來實(shí)現(xiàn)泥水分離，其中的MLSS濃度高達(dá)30000mg/L，是常規(guī)好氧系統(tǒng)的23倍，膜通量7.5L·m-2/h，COD去除率為98%。Dorr-Oliver公司在60年代還開發(fā)了另外一種膜處理工藝MST（Membrane Sewage Treatment）。在該系統(tǒng)中，污水進(jìn)入懸浮生長的生物膜反應(yīng)器中，并通過超濾膜組件的抽吸作用連續(xù)出水。膜組件為板框式，進(jìn)出口壓力分別為345KN·m-2和172 KN

32、83;m-2，膜通量為16.9L·m-2/h。盡管這些工藝</p><p>　　1970年美國的Dorr-Oliver公司和日本的Sanki-engineering有限責(zé)任公司達(dá)成協(xié)議，使得該工藝首次進(jìn)入日本市場。80年代以后，隨著膜制造技術(shù)的發(fā)展、膜分離工藝的完善、膜清洗方法的改進(jìn)和污水廠出水水質(zhì)要求的提高，MBR開始在污水處理行業(yè)得到應(yīng)用。1989年，日本政府聯(lián)合許多大公司共同投資進(jìn)行了為期6年的“

33、90年代水復(fù)興計(jì)劃（Aqua Renaissance Programme’90）”科研項(xiàng)目，其目的是尋求滿足長期水量需求，解決水污染問題和從污染物中獲取能量。特別是開發(fā)一種膜技術(shù)與生物反應(yīng)器相結(jié)合來處理工業(yè)和城市污水，省能省地，出水水質(zhì)好，適用于污水回用的工藝。今天，日本已經(jīng)有數(shù)家公司提供成套產(chǎn)品，應(yīng)用于家庭污水處理和回用以及廢水中COD、NH3-N較高的工業(yè)領(lǐng)域。</p><p>　　MBR（膜生物反應(yīng)器）工藝

34、的工作原理：首先通過活性污泥來去除水中可生物降解的有機(jī)污染物，然后采用膜將凈化后的水和活性污泥進(jìn)行固液分離。</p><p>　　本工程使用的膜為中空絲膜，膜的孔徑在0.4μm左右，能夠截留住活性污泥以及絕大多數(shù)的懸浮物，取得清澈的出水。為了使得膜能夠連續(xù)長期穩(wěn)定的使用，在中空絲膜的下方以一定強(qiáng)度的空氣不斷對膜進(jìn)行抖動，既起到為生物氧化供氧作用，又防止活性污泥附著在膜的表面造成膜的污染。其樣例如下圖1-1：<

35、;/p><p>　　圖1-1 中空絲膜樣例</p><p><b>　　1.膜的強(qiáng)度高：</b></p><p>　　由于聚丙烯中空纖維膜的制備方法采用的是“熔融擠出、拉伸成型”的制膜方法，聚丙烯大分子規(guī)則取向，因而膜的強(qiáng)度高，在高強(qiáng)度曝氣和定期的化學(xué)清洗過程中，膜不容易斷裂。</p><p>　　2.膜的化學(xué)穩(wěn)定性能好：

36、</p><p>　　聚丙烯中空纖維膜生產(chǎn)過程中，沒有投加任何添加劑和致孔劑等，因而化學(xué)穩(wěn)定性能好，可以采用強(qiáng)酸或者強(qiáng)堿清洗。可以采用含氯消毒劑清洗，以清除膜表面的大量微生物污染?；瘜W(xué)清洗后的流量回復(fù)性好。</p><p><b>　　3.膜片示意圖</b></p><p><b>　　圖1-2膜片示意圖</b></

37、p><p>　　4.中空絲膜是最適合于MBR技術(shù)應(yīng)用的膜材料之一，主要基于以下性能特點(diǎn)：</p><p><b>　　a.運(yùn)行管理方便</b></p><p>　　傳統(tǒng)的好氧活性污泥處理工藝，在高污泥負(fù)荷的情況運(yùn)行會出現(xiàn)污泥膨脹現(xiàn)象，使得泥不難于分離導(dǎo)致系統(tǒng)不能正常運(yùn)行、出水不達(dá)標(biāo)。而MBR工藝是用膜抽吸作用來進(jìn)行泥水分離，污泥膨脹不會影響MBR系

38、統(tǒng)的正常運(yùn)行和出水水質(zhì)，因此運(yùn)行管理極為方便。</p><p><b>　　b.占地面積小</b></p><p>　　傳統(tǒng)的活性污泥工藝的活性污泥濃度一般在3000～5000mg/l，而MBR工藝的活性污泥濃度一般在8000～12000mg/l，且不需生化沉淀池，故大大減少了占地面積和土建投資，其土建占地約為傳統(tǒng)工藝的1/3。</p><p>

39、;<b>　　c.處理水質(zhì)穩(wěn)定</b></p><p>　　中空絲膜能夠截留幾乎所有的微生物，尤其是針對難以沉淀的、增殖速度慢的微生物，因此系統(tǒng)內(nèi)的生物相極大豐富，活性污泥馴化、增量的過程大大縮短，處理的深度和系統(tǒng)抗沖擊的能力得以加強(qiáng)，處理水質(zhì)穩(wěn)定。</p><p>　　d.具有很好的脫氮效果</p><p>　　MBR系統(tǒng)有利于增殖緩慢的硝化

40、細(xì)菌的截留、生長和繁殖，系統(tǒng)硝化效率得以提高。</p><p><b>　　e.泥齡長</b></p><p>　　膜分離使污水中的大分子難降解成分，在體積有限的生物反應(yīng)器內(nèi)有足夠的停留時(shí)間，大大提高了難降解有機(jī)物的降解效率。反應(yīng)器在高容積負(fù)荷、低污泥負(fù)荷、長泥齡下運(yùn)行，可以實(shí)現(xiàn)基本無剩余污泥排放。</p><p><b>　　f.動

41、力消耗低</b></p><p>　　中空絲膜所需的吸引壓力僅為－0.1～－0.4公斤/cm2左右，動力消耗低。</p><p>　　膜生物反應(yīng)器易于一體化，且易實(shí)現(xiàn)自動控制，操作管理方便；MRB的工藝過程如下圖1-3：</p><p>　　圖1-3 MBR膜工藝流程</p><p>　　膜生物反應(yīng)器是國際上于20實(shí)際60年代開始

42、研究，90年代得到快速發(fā)展和應(yīng)用的一項(xiàng)廢水生物處理新技術(shù)，它將膜分離技術(shù)和生物反應(yīng)過程有機(jī)結(jié)合，以膜技術(shù)的高效分離作用取代傳統(tǒng)活性污泥法中的二沉池，實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)工藝所無法比擬的泥水分離和污泥濃縮效果，消除了污泥膨脹的影響，并大幅度提高了曝氣池中活性污泥的濃度，省卻了污泥回流系統(tǒng)，大大延長了泥齡，減少了剩余污泥量，并通過膜對廢水中SS，有機(jī)物，病原菌和病毒的高效截留作用，大大提高了處理出水水質(zhì)，并在通常情況下，其處理出水無需進(jìn)行消毒處理即可達(dá)

43、到相關(guān)的衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)。其簡單組合工藝見圖1-4：</p><p>　　圖1-4膜生物反應(yīng)器簡單組合工藝</p><p>　　1.3.1.1膜生物反應(yīng)器的分類</p><p>　　MBR主要由膜組件，泵和生物反應(yīng)器三部分組成，生物反應(yīng)器是污染物降解的主要場所，膜是對混合液和對特殊污染物進(jìn)行分離和萃取的介質(zhì)，而泵則是為滿足分離和萃取提供所需的動力(壓力)的必需設(shè)備(根據(jù)泵與

44、膜組件的相對位置不同分為加壓泵和吸壓泵兩類)。</p><p>　　按膜組件的作用方式，MBR可分為內(nèi)壓式和外壓式兩種。內(nèi)壓式中，水的透過方向是從管內(nèi)向管外，而外壓式相反。在實(shí)際應(yīng)用中大多使用的是外壓式MBR，因?yàn)閮?nèi)壓式MBR流道往往較小，容易被污染顆粒所堵塞。</p><p>　　而根據(jù)膜組件在膜生物反應(yīng)器中所起作用的不同，可將其分為：分離膜生物反應(yīng)器、萃取膜生物反應(yīng)器和無泡曝氣膜生物反

45、應(yīng)器三種類型。而目前通常所說的MBR即是此三種類型的總稱。其中分離膜生物反應(yīng)器是目前研究和應(yīng)用最廣泛和深入的膜生物反應(yīng)器，在無特指的情況下，通常稱之為MBR。</p><p>　　(1) 膜分離生物反應(yīng)器</p><p>　　將分離工程中的膜技術(shù)應(yīng)用于廢水生物處理，以具有固液分離功能的膜組件替代二沉池所構(gòu)建的分離膜生物反應(yīng)器（MBR），不僅借助于其對廢水或混合液中微米級顆粒的截留作用，大大

46、提高了泥水分離的效果，而且可以始終保持高質(zhì)量的出水，并使污泥膨脹對出水水質(zhì)的影響減小很多，也使污泥始終處于生物反應(yīng)器中而持續(xù)發(fā)揮其功能。</p><p>　　固液分離式膜生物反應(yīng)器也稱為錯(cuò)流式膜生物反應(yīng)器。曝氣設(shè)備可設(shè)在膜組件的下方，產(chǎn)生的氣流向上；或豎直設(shè)于膜組件中間，產(chǎn)生水平氣流。曝氣設(shè)備產(chǎn)生氣泡，大量氣泡帶動液體形成的水流波動造成的膜元件之間的摩擦，這有助于膜表面污染層的脫落。有機(jī)膜組件，尤其是中空纖維類的

47、分離膜更有利于最大程度地利用曝氣產(chǎn)生的氣流。</p><p>　　(2) 無泡曝氣膜生物反應(yīng)</p><p>　　傳統(tǒng)的曝氣系統(tǒng)采用的是鼓泡曝氣供氧，動力消耗大，氧氣傳質(zhì)效率低，無法滿足微生物對氧的需求。因此一種新型高效曝氣工藝一無泡供氧技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生，這種技術(shù)的關(guān)鍵在其供氧過程中無氣泡產(chǎn)生，供氧效率可高達(dá)100%，達(dá)到了目前供氧技術(shù)的最佳效果。而無泡供氧技術(shù)與生物反應(yīng)器相結(jié)合形成了一種新型

48、膜生物反應(yīng)器，即無泡曝氣膜生物反應(yīng)器(Membrane-aerated biofilm reactor MABR).該技術(shù)具有傳氧效率高、硝化與反硝化一體化、污泥發(fā)生量小以及運(yùn)行管理方便等優(yōu)點(diǎn)，是處理高需氧量廢水的一項(xiàng)新技術(shù)。但目前對MABR的研究還僅處于實(shí)驗(yàn)和中試階段，尚未達(dá)到大規(guī)模工業(yè)應(yīng)用的水平。其裝置示意圖見圖1-5、1-6。</p><p>　　圖1-5 MBR裝置示意圖</p><p

49、>　　圖1-6氧和有機(jī)質(zhì)的擴(kuò)散示意圖</p><p>　　(3) 萃取膜生物反應(yīng)器</p><p>　　當(dāng)廢水中含有對微生物有毒害作用的成分(很高濃度的鹽、很大的酸堿度或者是生物難降解的有毒有機(jī)物等)時(shí)，直接用生化法是不適宜的。此外，廢水中含有揮發(fā)性有毒物質(zhì)時(shí)，如采用生化法曝氣，則會發(fā)生氣提現(xiàn)象，從而影響處理的穩(wěn)定性。有這些情況的廢水都需要進(jìn)行預(yù)處理。</p><

50、p>　　為了解決這些技術(shù)難題，英國學(xué)者Livingston于1993年研究開發(fā)了萃取式MBR（EMBR）。萃取膜生物反應(yīng)器能很好處理這些廢水。萃取膜生物反應(yīng)器中，污泥與廢水并不直接接觸，廢水在膜腔內(nèi)流動，而活性污泥則在膜外流動。活性污泥中的微生物一般是針對廢水培養(yǎng)出來的專性細(xì)菌。采用的膜一般是疏水性的硅橡膠膜，且有選擇透過性，能允許揮發(fā)性有機(jī)物透過而水及無機(jī)成分則無法透過。首先污染物在膜中溶解擴(kuò)散，再以氣態(tài)形式離開膜進(jìn)入膜另側(cè)的混

51、合液中，在混合液中由專性菌分解成CO2、H2O等無機(jī)小分子。其裝置示意圖見圖1-7。</p><p>　　圖1-7萃取式膜生物反應(yīng)器</p><p>　　現(xiàn)在膜萃取技術(shù)有限公司已將它全面投入實(shí)際生產(chǎn)應(yīng)用。L.M.Freitas等[8]人用萃取膜生物反應(yīng)器處理制藥工藝廢水(含有毒揮發(fā)性物質(zhì)如DCM) ，證明不論從技術(shù)角度還是從經(jīng)濟(jì)角度，它都優(yōu)于這類廢水的傳統(tǒng)處理方法，像活性炭吸附法、空氣清洗

52、法、氣提法等。它具有很廣的應(yīng)用前景。</p><p>　　以上三種類型的膜生物反應(yīng)器的特性比較見表1-1</p><p>　　表1-1 三類膜生物反應(yīng)器的優(yōu)缺點(diǎn)</p><p>　　又按膜分離技術(shù)與生物反應(yīng)器的組合方式，可分為分置式和一體式（淹沒式）兩種MBR。</p><p>　　(4) 一體式膜生物反應(yīng)器</p><p

53、>　　一體式MBR工藝(亦稱之為浸沒式MBR，SMBR-Submerged Membrane Bio-Reactor). 由日本學(xué)者Yamamoto等在1989年首先開發(fā)，該運(yùn)行方式將膜放置于生物反應(yīng)器內(nèi)部，曝氣裝置設(shè)置在膜組件的正下方。原水進(jìn)入生物反應(yīng)器后，其有機(jī)底物在其高濃度的混合活性污泥的作用下得到氧化分解。膜組件下方設(shè)置的曝氣裝置不僅具有為混合液微生物提供足夠DO和促進(jìn)充分?jǐn)嚢杌旌系墓δ?，同時(shí)由于氣泡的攪動及其在膜表面形成

54、的循環(huán)流而起到對膜表面的沖刷和剪切作用，可有效防止污染物在膜表面的附著和沉積。處理后的廢水經(jīng)抽水泵的負(fù)壓抽提，通過膜的分離作用，而使混合液中的非溶解性物質(zhì)截留在混合液中，凈化水則通過膜而成為處理出水。其工藝流程圖見圖1-8。</p><p>　　圖1-8一體式膜生物反應(yīng)器</p><p>　　(5) 分置式膜生物反應(yīng)器分置式MBR工藝(亦稱之為交叉流MBR，CMBR-Cross-flow

55、Membrane BIO-Reactor)。該運(yùn)行方式將膜與生物反應(yīng)器分開設(shè)置。生物反應(yīng)器中混合液經(jīng)抽液泵加壓提送至膜組件，在壓力作用下，混合液中的液相濾過膜組件而成為處理出水?；旌弦褐械牟蝗苄猿煞?固形物及大分子物質(zhì)等)則被截留在膜外而成為濃縮液，并通過回流系統(tǒng)返回生物反應(yīng)器。其工藝流程圖見圖1-9。</p><p>　　圖1-9 分置示膜生物反應(yīng)器</p><p>　　以上兩種類型的膜

56、生物反應(yīng)器的特性比較見表1-2</p><p>　　表1-2 分置式和一體式膜生物反應(yīng)器的對比</p><p>　　1.3.1.2膜生物反應(yīng)器的特點(diǎn)</p><p>　　綜上所述MBR技術(shù)具有許多傳統(tǒng)生物處理工藝無法企及的明顯優(yōu)勢， 主要可以歸納為以下幾點(diǎn): </p><p>　?、俟桃悍蛛x效率高， 遠(yuǎn)好于傳統(tǒng)的沉淀池，出水水質(zhì)好，可直接回用

57、，容易實(shí)現(xiàn)污水資源化；</p><p>　?、诜磻?yīng)器內(nèi)微生物濃度高，種類多樣，泥齡長，對有機(jī)物的去除率高，且耐沖擊負(fù)荷；</p><p>　?、凵锓磻?yīng)器內(nèi)微生物濃度高，MLSS為常規(guī)處理工藝的3~10倍，因此使構(gòu)筑物體積大大縮??；同時(shí)剩余污泥產(chǎn)量小，污泥處理費(fèi)用少；</p><p>　?、軐τ诘⒘孜廴疚镉休^高的去除率；</p><p>　

58、?、菽ど锓磻?yīng)器實(shí)現(xiàn)了反應(yīng)器泥齡（SRT）和水力停留時(shí)間（HRT）的徹底分離，使設(shè)計(jì)和操作大大簡化；</p><p>　?、尴到y(tǒng)可實(shí)現(xiàn)全程自動化控制，占地面積小，工藝設(shè)備集中。</p><p>　　1.3.1.3現(xiàn)階段膜生物反應(yīng)器存在的主要問題</p><p>　　當(dāng)今，膜污染和能耗這兩個(gè)因素，制約著膜生物反應(yīng)器的大規(guī)模應(yīng)用。而造成高能耗的原因主要是因?yàn)槟ど锓磻?yīng)器

59、的膜易于污染。必須保持較高的膜面流速來沖刷膜面。這一過程也需要加大曝氣量來實(shí)現(xiàn)，從而增加了能耗。因此可見高能耗問題的實(shí)質(zhì)也是膜污染問題。所以，要實(shí)現(xiàn)膜生物反應(yīng)器的廣泛應(yīng)用，必須解決的問題就是膜污染。</p><p><b>　?。?）膜污染的類型</b></p><p>　　膜污染是由于被處理物料中的微粒，膠體粒子或溶質(zhì)分子與膜發(fā)生物理化學(xué)作用，或因濃度極化使某些溶質(zhì)

60、在膜表面濃度超過其溶解度，以及機(jī)械作用而引起的在膜表面或膜孔內(nèi)吸附，沉積造成膜孔徑變小或堵塞，使膜產(chǎn)生透過流量與分離特性的不可逆變化現(xiàn)象。膜污染直接導(dǎo)致了膜通量下降。膜使用壽命大大縮短。</p><p>　　膜污染分為可逆和不可逆膜污染，如濃差極化，可通過物理，化學(xué)和生物方法來減輕和改善的一類污染為可逆膜污染；而膜孔堵塞，不合理的料液性質(zhì)使膜受到腐蝕及膜的自身劣化等稱為不可逆膜污染。從污染物的性質(zhì)又可分為有機(jī)污染

61、，如胞外聚合物，溶解性有機(jī)物，蛋白質(zhì)，脂肪及細(xì)微膠體等；無機(jī)污染，如廢水中碳酸鹽，硫酸鹽，硅酸鹽，凝膠無機(jī)膠體等；生物污染，如簾式中空纖維膜組件，其可視為柔性填料，處理不當(dāng)，微生物易在其上面吸附生長，形成生物膜，造成水通量下降。</p><p><b>　?。?）膜污染的形成</b></p><p>　　根據(jù)近年來對于MBR膜污染形成因素的研究，可以得知影響膜污染形成

62、因素主要有三個(gè)方面；膜的性質(zhì)，混合液以及膜分離操作條件。膜的性質(zhì)主要是指膜材料的物化性質(zhì)，包括：膜面的電荷性、膜孔徑大小、粗糙度等。膜分離的操作條件主要包括：操作壓力、膜面流速和運(yùn)行溫度三個(gè)方面?；旌弦旱男再|(zhì)主要是指混合液的污泥濃度和組成。而造成膜污染的主要因素是混合液中的活性污泥。 </p><p>　　活性污泥的組成是復(fù)雜而多變的，其中包括微生物及其代謝產(chǎn)物、大分子有機(jī)物、小分子有機(jī)物、溶解性有機(jī)物以及固體顆

63、粒。理論上講，每一部分對膜污染都有貢獻(xiàn).國內(nèi)外學(xué)者對不同膜生物反應(yīng)器處理不同廢水時(shí)的膜污染情況進(jìn)行了細(xì)致深入的研究， Tardieu 等人在研究好氧膜生物反應(yīng)器過程中得出結(jié)論，認(rèn)為數(shù)量占優(yōu)的微生物是導(dǎo)致膜污染的主要因素。而Choo等人在研究厭氧硝化液與膜通量的關(guān)系時(shí)發(fā)現(xiàn)，微生物膠體在膜污染過程中起主要作用。劉銳等人發(fā)現(xiàn)與傳統(tǒng)活性污泥法相比，膜生物反應(yīng)器中的大分子有機(jī)物濃度明顯較高。張穎等人和胡允良在研究中也發(fā)現(xiàn)在一個(gè)長時(shí)間運(yùn)行的處理生活

64、污水的膜生物反應(yīng)器中，難降解有機(jī)物會在混合液中累積，導(dǎo)致濾餅層增厚并阻塞膜孔，從而縮短膜的使用壽命。</p><p><b>　?。?）控制對策</b></p><p><b>　　①增加動態(tài)膜</b></p><p>　　采用在膜表面增加動態(tài)膜的方法截留污染物質(zhì)，形成膜垢層起到濾餅過濾的作用，以減少污染物質(zhì)與膜的接觸，減

65、少膜孔堵塞情況的發(fā)生。Chang等的研究結(jié)果表明,膜的截留效果主要取決于膜表面的膜餅層以及凝膠層的篩濾及吸附，因此動態(tài)層截留效果越好，膜孔堵塞現(xiàn)象越少。Harmant等認(rèn)為，凝膠層的存在截留了溶液中的顆粒物質(zhì)以及大分子物質(zhì)，明顯減少了這些物質(zhì)對膜孔的堵塞。</p><p><b>　　②提高顆粒平均粒徑</b></p><p>　　顆粒粒徑的大小是產(chǎn)生膜孔堵塞的直接原

66、因。為增加顆粒平均粒徑，提高膜表面對污染物質(zhì)的截留效率，減少膜孔堵塞情況的發(fā)生，目前采用較多的方法是添加粉末活性炭和絮凝劑。Jacangelo等認(rèn)為，粉末活性炭可在凝膠層上形成一個(gè)動態(tài)層，能夠吸附一部分溶解性有機(jī)物以及低分子小顆粒物質(zhì)，減少膜孔堵塞。羅虹等通過實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，投加粉末活性炭后膜污染阻力降低了約73%。鄭淑平也發(fā)現(xiàn)，添加活性炭可明顯減少膜孔堵塞情況的發(fā)生。張永寶等通過實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，氫氧化鐵絮體的混凝吸附作用可使混合液中的小膠體顆粒絮

67、凝成較大的顆粒，這使得生物鐵一體式MBR 中的污泥粒徑大于普通一體式MBR 中的污泥粒徑。投加氫氧化鐵后所形成的污泥在很大程度上減輕了對膜孔的堵塞，降低了膜污染。 </p><p><b>　?、蹆?yōu)化操作方式</b></p><p>　　當(dāng)膜通量控制在臨界膜通量下操作時(shí)，可極大地減少膜污染，避免膜孔堵塞，延長膜的使用壽命。采用間歇方式出水或壓力遞增模式出水也可減少膜污

68、染。合理曝氣可產(chǎn)生紊流，清洗膜表面和阻止污泥聚集，就能保持膜通量穩(wěn)定，膜孔堵塞減弱。</p><p><b>　?、芷渌椒?lt;/b></p><p>　　采用膜清洗、選用抗污染膜等都能在一定程度上減少膜孔堵塞現(xiàn)象的發(fā)生。定時(shí)進(jìn)行膜清洗(如反沖洗、超聲波清洗等)對恢復(fù)膜通量都有明顯的作用，對減少膜污染、膜孔堵塞、疏通膜孔有幫助。</p><p>

69、　　1.3.2 膜生物反應(yīng)器的研究應(yīng)用進(jìn)展</p><p>　　1.3.2.1膜生物反應(yīng)器的發(fā)展進(jìn)程</p><p>　　國外有專家把膜技術(shù)的發(fā)展稱為“第三次工業(yè)革命”，作為21世紀(jì)最有前途的高新技術(shù)之一。在1966年,美國的Dorr-oliver公司首先將MBR 用于廢水處理的研究。1968年，Smith等將好氧活性污泥法與超濾膜相結(jié)合的MBR 用于處理城市污水。1969年Budd等的分

70、離式MBR技術(shù)獲得了美國專利。70年代初期，好氧分離式MBR處理城市污水的試驗(yàn)規(guī)模進(jìn)一步擴(kuò)大。同時(shí)厭氧MBR研究也相繼開始進(jìn)行。1978年，Grethlien等進(jìn)行了厭氧MBR處理生活污水的研究。70年代后日本由于污水再生利用的需要, MBR 的研究工作有了較快的進(jìn)展。自1983年到1987年日本有13家公司使用好氧MBR處理大樓廢水，處理后的水做中水回用，處理水量達(dá)50～250m3/d。日本1985年開始的水綜合再生利用系統(tǒng)，在90

71、年代計(jì)劃把MBR 研究在污水處理對象與規(guī)模上都大大推進(jìn)一步。日本在該項(xiàng)計(jì)劃中對厭氧MBR作了較系統(tǒng)的研究，研制了酒精發(fā)酵廢水，造紙廠廢水，蛋白工廠廢水,城市污水,淀粉廠廢水等7類污水的MBR處理系統(tǒng)。</p><p>　　1.3.2.2國內(nèi)膜生物反應(yīng)器的發(fā)展進(jìn)程</p><p>　　MBR在我國水處理的應(yīng)用研究首先從分離式MBR開始。1993年中國科學(xué)院生態(tài)環(huán)境研究中心王菊思啟動MBR的研

72、究。同年上海華東理工大學(xué)環(huán)境工程研究所進(jìn)行了MBR處理人工合成污水和制藥廢水的可行性研究。1995年，樊耀波將MBR用于石油化工污水凈化的研究, 研制出一套實(shí)驗(yàn)室規(guī)模的好氧分離式MBR。1997年中國科學(xué)院生態(tài)環(huán)境研究中心開始了穿流式MBR 的研究工作，清華大學(xué)等高校開展了分離式MBR 和一體式MBR的研究。MBR的研究對象從生活污水?dāng)U展到工業(yè)廢水，生物反應(yīng)器從活性污泥法擴(kuò)展到接觸氧化法，生物處理流程從好氧發(fā)展到厭氧，并且對不同污水的處

73、理效果和系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行操作條件的優(yōu)化進(jìn)行了研究。</p><p>　　1.4 本文研究目的和研究內(nèi)容</p><p>　　1.4.1 研究目的</p><p>　　本研究將A/A/O工藝與膜分離相結(jié)合對污水進(jìn)行處理，強(qiáng)化其脫氮除磷效果，并采用射流曝氣，充分利用混合液回流的動力，設(shè)備簡單，運(yùn)行方便。</p><p>　　本研究的主要目的：將一體

74、式膜生物反應(yīng)器與射流曝氣相結(jié)，組成一種新型膜生物反應(yīng)器并在中試規(guī)模進(jìn)行相關(guān)試驗(yàn)研究，從處理效果、膜污染防治、運(yùn)行管理、運(yùn)行費(fèi)用等方面與目前應(yīng)用的膜生物反應(yīng)器進(jìn)行比較，進(jìn)一步完善改進(jìn)措施；摸索改進(jìn)膜生物反應(yīng)器的設(shè)計(jì)、運(yùn)行參數(shù)，為中試設(shè)備的設(shè)計(jì)提供依據(jù)，以便形成一套具有較大推廣應(yīng)用價(jià)值的新型膜生物反應(yīng)器。</p><p>　　1.4.2 研究意義</p><p>　　本研究的意義：本研究針對現(xiàn)

75、有膜生物反應(yīng)器存在的問題，提出一種新型的膜生物反應(yīng)器，該反應(yīng)器利用一體式膜生物反應(yīng)器高比例回流的動力形成射流曝氣為反應(yīng)器充氧，能有效提高氧的傳質(zhì)速率，氧傳遞效率和利用速率較現(xiàn)有分置式和一體式膜生物反應(yīng)器高，運(yùn)行管理更為方便，具有較好的推廣應(yīng)用價(jià)值。</p><p>　　1.4.3 研究內(nèi)容</p><p>　　本項(xiàng)目采用厭氧-缺氧-好氧+MBR組合工藝對豆制品污水的處理進(jìn)行試驗(yàn)研究。本試驗(yàn)

76、采用射流曝氣泵，因?yàn)樯淞髌貧饽芴岣哐醯膫鬟f效率和利用率，可滿足好氧區(qū)的曝氣要求，而不需要鼓風(fēng)機(jī)；利用了A/A/O工藝良好的脫氮除磷性能，同時(shí)結(jié)合膜的高效截留作用，大大提高了TN與TP的去除率；采用超濾膜組件可大大提高膜通量而使投資成本降低；需要真空抽吸；本研究所采用的設(shè)備數(shù)量少，運(yùn)行管理方便。研究該工藝處理混合污水的效果及其膜污染的情況。</p><p>　　在實(shí)驗(yàn)處理人工合成污水時(shí)，采用射流曝氣為其充氧，通過改

77、變硝化液回流比，來考察回流比對污染物去除效果的影響。同時(shí)通過檢測進(jìn)水，各反應(yīng)區(qū)，出水污染物指標(biāo)，從而探討本反應(yīng)器在處理生活污水時(shí)，污染物去除規(guī)律和其去除機(jī)制。處理生活污水期間，分階段觀測反應(yīng)器中污泥形態(tài)，再對比前期工作，得出結(jié)論。</p><p>　　本研究采用一體式膜生物反應(yīng)器的形式，反應(yīng)池分為配水池，進(jìn)水池，厭氧池，缺氧池和好氧池，進(jìn)水泵連續(xù)抽水進(jìn)入?yún)捬醭?，厭氧池的水位高于缺氧池，混合液通過自由跌水的方式連續(xù)

78、進(jìn)入缺氧池，厭氧池與缺氧池均設(shè)置水力攪拌器，混合液同樣通過自由跌水進(jìn)入好氧池，好氧池的混合液進(jìn)入膜組件，通過抽吸泵抽水并回流至配水池，利用射流器強(qiáng)大的吸氣能力為好氧區(qū)曝氣,試驗(yàn)采用的工藝流程見下圖1-10.</p><p>　　圖1-10 AAO試驗(yàn)工藝流程圖</p><p>　　本項(xiàng)目利用厭氧-缺氧-好氧+MBR組合工藝對人工合成污水進(jìn)行處理的試驗(yàn)研究。利用膜生物反應(yīng)器的高污泥負(fù)荷與

79、良好的泥水分離效果，針對膜生物反應(yīng)器高能耗，易發(fā)生膜污染等問題，采用射流曝氣，因?yàn)樯淞髌貧饽苣茱@著增加表面錯(cuò)流速度，有利于在膜組件表面形成較好的紊動而大大延緩膜污染的形成。并且還能提高氧的傳遞效率和利用速率強(qiáng)化硝化效果，優(yōu)化脫氮效率；本試驗(yàn)采用管式中空膜組件可大大提高膜通量而使投資成本降低；可實(shí)現(xiàn)外壓出水而不需要真空抽吸；可滿足曝氣要求而不需要鼓風(fēng)機(jī)；采用的設(shè)備數(shù)量少，運(yùn)行管理較為方便；具有傳統(tǒng)一體式和分置式的優(yōu)點(diǎn)。本研究的技術(shù)路線內(nèi)容

80、如下圖1-11。</p><p>　　圖1-11 技術(shù)路線圖</p><p>　　2 實(shí)驗(yàn)裝置與研究方法</p><p>　　2.1 A/A/O實(shí)驗(yàn)裝置脫氮除磷</p><p>　　2.1.1 A/A/O法基本工藝原理</p><p>　　A/A/O生物脫氮除磷工藝將傳統(tǒng)的活性污泥、生物硝化工藝結(jié)合起來, 取長補(bǔ)短,

81、 更有效的去除水中的有機(jī)物。此法即是通常所說的厭氧- 缺氧- 好氧法, 污水依次經(jīng)過厭氧池- 缺氧池- 好氧池被降解。</p><p>　　A/A/O生物脫氮除磷工藝流程見圖2-1，城市污水中主要污染物質(zhì)在A/A/O工藝中變化特性如圖2-2所示。在首段厭氧池主要是進(jìn)行磷的釋放，使污水中P的濃度升高，溶解性有機(jī)物被細(xì)胞吸收而使污水中BOD濃度下降；另外NH3—N因細(xì)胞的合成而被去除一部分，使污水中NH3—N濃度下降

82、，但NO3—N含量沒有變化。在缺氧池中，反硝化菌利用污水中的有機(jī)物作碳源，將回流混合液中帶入的大量NO3—N和NO2—N還原為N2釋放至空氣中，因此BOD5濃度繼續(xù)下降，NO3—N濃度大幅度下降，而磷的變化很小。在好氧池中，有機(jī)物被微生物生化降解后濃度繼續(xù)下降；有機(jī)氮被氨化繼而被硝化，使NH3—N濃度顯著下降，但隨著硝化過程的進(jìn)展，NO3—N的濃度增加， P將隨著聚磷菌的過量攝取，也以較快的速率下降。所以，A/A/O能同時(shí)完成有機(jī)物的去

83、除、硝化脫氮、磷的過量攝取而被去除等功能，脫氮的前提是NH3—N應(yīng)完全硝化，好氧池能完成這一功能；缺氧池則完成脫氮功能。</p><p>　　圖2-1 A/A/0實(shí)驗(yàn)工藝流程圖</p><p>　　圖2-2 A/A/O工藝主要污染去除變化曲線圖</p><p>　　2.1.2 A/A/O 法污水處理開工調(diào)試</p><p>　　污水處理系

84、統(tǒng)開工調(diào)試主要分3個(gè)階段： </p><p>　　悶曝培養(yǎng)→連續(xù)進(jìn)水馴化→穩(wěn)定進(jìn)水試運(yùn)行</p><p><b>　　具體操作方案如下：</b></p><p><b>　　1、投加菌種</b></p><p>　　將曝氣池注滿清水，按曝氣池蓄水量的0.5%-0.8%向曝氣池中投加脫水活性污泥,盡量

85、在2天內(nèi)投加完畢。</p><p><b>　　2、培菌步驟</b></p><p>　　當(dāng)有菌種進(jìn)入曝氣池時(shí)，無論菌種是否投加完畢，必須立即開始培菌步驟。</p><p>　　a.悶曝：所有曝氣機(jī)的攪拌都開啟，各轉(zhuǎn)角的曝氣機(jī)風(fēng)機(jī)開啟，剩余風(fēng)機(jī)暫不開。根據(jù)自控儀表顯示的溶解氧變化調(diào)整曝氣機(jī)風(fēng)機(jī)的開停數(shù)量使溶解氧保持在1.5-2.5mg/L之間。

86、在污泥量少，供氧有富余時(shí)悶曝3-5小時(shí)后進(jìn)入靜沉步驟。</p><p>　　b.靜沉：將所有曝氣機(jī)停止0.5-1小時(shí)。需要注意的是開始靜沉前，應(yīng)將溶解氧提高到2.5-3mg/L之間。</p><p>　　c.間歇補(bǔ)充廢水：按a→b→a的順序不斷反復(fù)上述步驟，當(dāng)監(jiān)測到的COD值較最初降低了50%時(shí)，向曝氣池補(bǔ)充設(shè)計(jì)處理量50%的有機(jī)廢水。以前2次進(jìn)水時(shí)間間隔為基準(zhǔn)安排進(jìn)水時(shí)間，并且每天將此間

87、隔縮短1半。</p><p>　　d.完成培菌：經(jīng)過5-7天的培養(yǎng)，曝氣池污泥濃度（MLSS）達(dá)到1500mg/L左右時(shí)，可以進(jìn)入馴化步驟。</p><p><b>　　3、馴化步驟：</b></p><p>　　按設(shè)計(jì)處理量的30%左右連續(xù)進(jìn)水，溶解氧控制在1.5-3mg/L之間，在系統(tǒng)正常運(yùn)行前提下每天按現(xiàn)有處理量的10%遞增進(jìn)水，直到達(dá)到

88、設(shè)計(jì)處理量。</p><p><b>　　4、試運(yùn)行</b></p><p>　　2.1.3 A/A/O工藝的特點(diǎn)</p><p>　　1.厭氧、缺氧、好氧三種不同的環(huán)境條件和不同種類微生物菌群的有機(jī)配合，能同時(shí)具有去除有機(jī)物、脫氮除磷的功能。</p><p>　　2.在同時(shí)脫氮除磷去除有機(jī)物的工藝中，該工藝流程最為簡單

89、，總的水力停留時(shí)間也少于同類其他工藝。</p><p>　　3.在厭氧-缺氧-好氧交替運(yùn)行下，絲狀菌不會大量繁殖，SVI 一般少于100，不會發(fā)生污泥膨脹。</p><p>　　4.污泥中磷含量高，一般為2.5%以上。</p><p>　　5.厭氧-缺氧池只需輕攪拌，使之混合，而以不增加溶解氧為度。</p><p>　　6.沉淀池要防止發(fā)生厭

90、氧、缺氧狀態(tài)，以避免聚磷菌釋放磷而降低出水水質(zhì)，以及反硝化產(chǎn)生N2而干擾沉淀。</p><p>　　7.脫氮效果受混合液回流比大小的影響，除磷效果則受回流污泥中挾帶DO 和硝酸態(tài)氧的影響，因而脫氮除磷效率不可能很高。</p><p>　　2.1.4 A/A/O工藝的固有缺欠</p><p>　　A/A/O工藝的內(nèi)在固有缺欠就是硝化菌、反硝化菌和聚磷菌在有機(jī)負(fù)荷、泥齡

91、以及碳源需求上存在著矛盾和競爭,很難在同一系統(tǒng)中同時(shí)獲得氮、磷的高效去除,阻礙著生物除磷脫氮技術(shù)的應(yīng)用。其中最主要的問題是厭氧環(huán)境下反硝化與釋磷對碳源的競爭。根據(jù)生物除磷原理,在厭氧條件下,聚磷菌通過菌種間的協(xié)作,將有機(jī)物轉(zhuǎn)化為揮發(fā)酸,借助水解聚磷釋放的能量將之吸收到體內(nèi),并以聚β羥基丁酸PHB形式貯存,提供后續(xù)好氧條件下過量攝磷和自身增殖所需的碳源和能量。如果厭氧區(qū)存在較多的硝酸鹽,反硝化菌會以有機(jī)物為電子供體進(jìn)行反硝化,消耗進(jìn)水中有

92、機(jī)碳源,影響厭氧產(chǎn)物PHB的合成,進(jìn)而影響到后續(xù)除磷效果。一般而言,要同時(shí)達(dá)到氮、磷的去除目的,城市污水中碳氮比(COD/N)至少為4?5[2]。當(dāng)城市污水中碳源低于此要求時(shí),由于該工藝把缺氧反硝化置于厭氧釋磷之后,反硝化效果受到碳源量的限制,大量的未被反硝化的硝酸鹽隨回流污泥進(jìn)入?yún)捬鯀^(qū),干擾厭氧釋磷的正常進(jìn)行(有時(shí)甚至?xí)?dǎo)致聚磷菌直接吸磷),最終影響到整個(gè)營養(yǎng)鹽去除系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。為解決A2/O工藝碳源不足及其引起的硝酸鹽進(jìn)入?yún)捬鯀^(qū)干

93、擾釋磷的問題,研究者們進(jìn)行了大量工藝改進(jìn),歸納起</p><p>　　2.1.5 A/A/O工藝流程的改進(jìn)措施</p><p>　　1.硝酸鹽干擾磷問題的工藝對策 </p><p>　　南非UCT(University of Cape Town,1983)工藝(圖2-3)將A/A/O中的污泥回流由厭氧區(qū)改到缺氧區(qū),使污泥經(jīng)反硝化后再回流至厭氧區(qū),減少了回流污泥中硝酸

94、鹽和溶解氧含量。當(dāng)UCT工藝作為階段反應(yīng)器在水力停留時(shí)間較短和低泥齡下運(yùn)行時(shí)在美國被稱為VIP(Virginia Initiative Process,1987)工藝。與A/A/O工藝相比,UCT工藝在適當(dāng)?shù)腃OD/TKN比例下,缺氧區(qū)的反硝化可使厭氧區(qū)回流混合液中硝酸鹽含量接近于零。當(dāng)進(jìn)水TKN/COD較高時(shí),缺氧區(qū)無法實(shí)現(xiàn)完全的脫氮,仍有部分硝酸鹽進(jìn)入?yún)捬鯀^(qū),因此又產(chǎn)生改良UCT工藝———MUCT工藝(見圖2-4)。MUCT工藝有兩

95、個(gè)缺氧池,前一個(gè)接受二沉池回流污泥,后一個(gè)接受好氧區(qū)硝化混合液,使污泥的脫氮與混合液的脫氮完全分開,進(jìn)一步減少硝酸鹽進(jìn)入?yún)捬鯀^(qū)的可能。</p><p>　　圖2-3 UCT工藝流程</p><p>　　圖2-4 MUCT工藝流程</p><p>　　2.彌補(bǔ)碳源不足的工藝對策</p><p>　　a.補(bǔ)充碳源 </p>

96、<p>　　補(bǔ)充碳源可分為兩類:一類是包括甲醇、乙醇、丙酮和乙酸等可用作外部碳源的化合物,一類是易生物降解的COD源,它們可以是初沉池污泥發(fā)酵的上清液或其它酸性消化池的上清液或者是某種具有大量易生物降解COD組分的有機(jī)廢水,例如:麥芽工業(yè)廢水、水果和蔬菜工業(yè)廢水和果汁工業(yè)廢水等。碳源的投加位置可以是缺氧反應(yīng)器,也可以是厭氧反應(yīng)器,在厭氧反應(yīng)器中投加碳源不僅能改善除磷,而且能增加硝酸鹽的去除潛力,因?yàn)橥都右咨锝到獾腃OD能使

97、起始的脫氮速率加快,并能運(yùn)行較長的一段時(shí)間。 b.改變進(jìn)水方式 取消初次沉淀池或縮短初次沉淀時(shí)間,使沉砂池出水中所含大量顆粒有機(jī)物直接進(jìn)入生化反應(yīng)系統(tǒng),這種傳統(tǒng)意義上的初次沉淀池污泥進(jìn)入生化反應(yīng)池后,可引發(fā)常規(guī)活性污泥法系統(tǒng)邊界條件的重要變化之一就是進(jìn)水的有機(jī)物總量增加了,部分地緩解了碳源不足的問題,在提高除磷脫氮效率的同時(shí),降低運(yùn)行成本。對功能完整的城市污水處理廠而言,這種碳源是易于獲取又不額外增加費(fèi)用的。Johann

98、esburg(JHB)工藝是在A/A/O工藝到厭氧區(qū)污泥回流線路中增加了一個(gè)缺氧池,這樣,來自二沉池的污泥可利用33%左右進(jìn)水中的有機(jī)物作為反硝</p><p>　　同濟(jì)大學(xué)高廷耀、張波等[34]認(rèn)為,傳統(tǒng)A/A/O工藝厭氧、缺氧、好氧布置的合理性值得懷疑。其在碳源分配上總是優(yōu)先照顧釋磷的需要,把厭氧區(qū)放在工藝的前部,缺氧區(qū)置后。這種作法是以犧牲系統(tǒng)的反硝化速率為前提的。但釋磷本身并不是除磷脫氮工藝的最終目的。就

99、工藝的最終目的而言,把厭氧區(qū)前置是否真正有利,利弊如何,是值得研究的?；谝陨险J(rèn)識,他們對常規(guī)除磷脫氮工藝提出一種新的碳源分配方式,缺氧區(qū)放在工藝最前端,厭氧區(qū)置后,即所謂的倒置A/A/O工藝(見圖2-5)。</p><p>　　圖2-5 倒置的A/A/O工藝流程</p><p>　　其特點(diǎn)如下:①聚磷菌厭氧釋磷后直接進(jìn)入生化效率較高的好氧環(huán)境,其在厭氧條件下形成的吸磷動力可以得到更充分的

100、利用,具有“饑餓效應(yīng)”優(yōu)勢;②允許所有參與回流的污泥全部經(jīng)歷完整的釋磷、吸磷過程,故在除磷方面具有“群體效應(yīng)”優(yōu)勢;③缺氧段位于工藝的首端,允許反硝化優(yōu)先獲得碳源,故進(jìn)一步加強(qiáng)了系統(tǒng)的脫氮能力;④工程上采取適當(dāng)措施可以將回流污泥和內(nèi)循環(huán)合并為一個(gè)外回流系統(tǒng),因而流程簡捷,宜于推廣。據(jù)他們報(bào)道,該工藝在實(shí)驗(yàn)室機(jī)理試驗(yàn)中得到了較好的除磷脫氮效果。</p><p>　　3.以厭氧污泥中PHB為反硝化碳源的工藝</

101、p><p>　　隨著除磷研究在微生物學(xué)領(lǐng)域的深化,研究者發(fā)現(xiàn)一種“兼性厭氧反硝化除磷細(xì)菌”———DPB(Denitrifying Phosphorus Removing Bacteria)能在缺氧環(huán)境下,在氧化PHB的過程中能以硝酸鹽代替氧作電子受體,使攝磷和反硝化這兩個(gè)不同的生物過程,能夠借助同一種細(xì)菌在同一環(huán)境中一并完成,實(shí)現(xiàn)同時(shí)反硝化和過度攝磷,即所謂“一碳(指PHB)兩用”。這對于解決除磷系統(tǒng)反硝化碳源不足的

102、問題和降低系統(tǒng)充氧能耗都具有一定的意義,于是產(chǎn)生了利用DPB的反硝化除磷工藝。a.DPB的特點(diǎn)研究表明:①DPB易在厭氧/缺氧序批反應(yīng)器中積累;②DPB在傳統(tǒng)除磷系統(tǒng)中大量存在;③DPB與完全好氧的聚磷菌PAO ( Polyphosphate ccumulating Organisms)相比,有相似的除磷潛力和對細(xì)胞內(nèi)有機(jī)物質(zhì)(如PHB)、肝糖的降解能力。b.DEPHANOX工藝</p><p>　　Wan

103、ner在1992年率先開發(fā)出第一個(gè)以厭氧污泥中的PHB為反硝化碳源的工藝,取得了良好的N、P去除效果,該工藝就是DEPHANOX工藝。DEPHANOX工藝是滿足反硝化除磷細(xì)菌所需環(huán)境和基質(zhì)的一種強(qiáng)化除磷工藝,其特點(diǎn)是在A/A/O工藝的厭氧池與缺氧池之間增設(shè)一中間沉淀池和固定膜反應(yīng)池(一種好氧生物膜反應(yīng)器)。原污水進(jìn)入?yún)捬醴磻?yīng)池后,聚磷菌放磷,大部分有機(jī)底物被污泥生物降解;在中間沉淀池中活性污泥和富含P和氨的上清液分離;上清液在固定膜反應(yīng)

104、池進(jìn)行硝化。這樣,被沉淀的污泥則跨越固定膜反應(yīng)池并與在其內(nèi)生成的硝酸鹽一起進(jìn)入后續(xù)的缺氧反應(yīng)池,同時(shí)進(jìn)行反硝化和攝磷;再曝氣池吹脫氮?dú)獠⑹咕哿拙耆偕?。試?yàn)表明在缺氧反應(yīng)器中硝酸鹽(電子受體)缺少的情況下再曝氣池完成過量磷的吸收是非常有必要的。</p><p>　　2.1.6 實(shí)驗(yàn)裝置實(shí)物圖</p><p>　　本試驗(yàn)是在一體式膜生物反應(yīng)器中采用射流曝氣來減緩膜污染，將射流曝氣用于膜組件

105、前面，利用射流曝氣強(qiáng)大的氣-水沖刷能力提高膜表面的錯(cuò)流速度，使膜組件表面形成較大的紊動而大大延緩膜污染的形成。本試驗(yàn)將射流曝氣用于一體式膜生物反應(yīng)器中，試驗(yàn)用整套集成設(shè)備是自行設(shè)計(jì)加工而成。裝置的實(shí)物照片見下圖2-6。</p><p>　　中試實(shí)驗(yàn)裝置 射流曝氣泵</p><p>　　電磁流量計(jì)

106、 PLC電器控制箱</p><p>　　真空負(fù)壓表 潛污泵</p><p>　　圖2-6 實(shí)驗(yàn)裝置實(shí)物圖</p><p><b>　　2.2 實(shí)驗(yàn)用水</b></p><p>　　本實(shí)驗(yàn)采用人工配水，每天定時(shí)投加定量豆?jié){、尿素、磷肥。按缺氧

107、池濃度進(jìn)出守恒，設(shè)計(jì)進(jìn)水COD：N：P=300：5：1，如下表2-1所示，為運(yùn)行期間人工配水水質(zhì)要求范圍：</p><p>　　表2-1 人工配水水質(zhì)要求</p><p>　　2.3監(jiān)測項(xiàng)目與分析方法</p><p>　　本研究，定期測定的指標(biāo)包括CODcr、NH+4-N、TN、NO-3-N、NO-2-N、TP、濁度、PH值等。測定方法: CODcr的測定采用重鉻酸