【正文】 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)。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。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。：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，向曝氣池補(bǔ)充設(shè)計(jì)處理量50%的有機(jī)廢水。試運(yùn)行 A/A/O工藝的特點(diǎn)、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，能同時具有去除有機(jī)物、脫氮除磷的功能。，使之混合，而以不增加溶解氧為度。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。當(dāng)城市污水中碳源低于此要求時,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(有時甚至?xí)?dǎo)致聚磷菌直接吸磷),最終影響到整個營養(yǎng)鹽去除系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。 A/A/O工藝流程的改進(jìn)措施 南非UCT(University of Cape Town,1983)工藝(圖23)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鹽和溶解氧含量。MUCT工藝有兩個缺氧池,前一個接受二沉池回流污泥,后一個接受好氧區(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。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。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?；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25)。④工程上采取適當(dāng)措施可以將回流污泥和內(nèi)循環(huán)合并為一個外回流系統(tǒng),因而流程簡捷,宜于推廣。研究表明:①DPB易在厭氧/缺氧序批反應(yīng)器中積累。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)。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,同時進(jìn)行反硝化和攝磷。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。測定方法: CODcr的測定采用重鉻酸鉀法，其他指標(biāo)均采用國家標(biāo)準(zhǔn)方法進(jìn)行測定。污泥馴化，向好氧池注入清水和部分人工配制的污水，使液面達(dá)到一定的水位并測水溫，使水溫保持20℃左右。每天定時測定好氧池DO（每1小時監(jiān)測一次）、PH等數(shù)值的變化，根據(jù)變化調(diào)節(jié)曝氣量。20天后污泥濃度達(dá)到6000mg/l，采用連續(xù)進(jìn)水、連續(xù)出水、連續(xù)曝氣的運(yùn)行方式，24小時不間斷運(yùn)行，進(jìn)水池與配水池儲備一天試驗(yàn)用水，每天進(jìn)行一次配水。其去除效果如圖31及圖32所示。此階段系統(tǒng)對COD的去除效果主要來自于微生物對有機(jī)物的降解作用和膜對有機(jī)大分子的物質(zhì)的截留作用，使得反應(yīng)器啟動較快，系統(tǒng)很快就得到了較好的出水效果。 系統(tǒng)對有機(jī)物（COD）去除機(jī)制的研究為了了解和驗(yàn)證系統(tǒng)對COD高的去除率，可以從COD在各個反應(yīng)區(qū)的分布數(shù)值入手。由于膜生物反應(yīng)器是個封閉的系統(tǒng)，這些代謝產(chǎn)物由于膜的截留作用一直積累于反應(yīng)器里。但是又從圖33中可以觀察到，在這個時期內(nèi)出水的COD濃度一直保持在一個穩(wěn)定的較低的水平。膜對污染物的去除機(jī)理從圖34中可以看出：反應(yīng)器運(yùn)行的中后期，膜表面形成了一層穩(wěn)定的膜絲表面物質(zhì)，其對有機(jī)物不僅存在吸附和降解，而且膜對污染物的機(jī)械截留作用更加明顯，膜對大部分有機(jī)物能有較好的去除，但同時也造成了膜污染。 從上述分析中可以得知，膜生物反應(yīng)器中膜對于COD的去除貢獻(xiàn)占有很大的比例，同時對COD降解的生化反應(yīng)主要是在缺氧區(qū)完成。由此可見膜對于穩(wěn)定出水水質(zhì)起了關(guān)鍵性的作用。同時間與上節(jié)中COD各區(qū)分布示意圖比較，可以看出在第26，27天出水COD并未出現(xiàn)大的波動。反應(yīng)器運(yùn)行期間MBR對氨氮的去除效果見圖36。反應(yīng)器運(yùn)行期間MBR對總氮的去除效果見圖3339。當(dāng)好氧池的COD濃度恢復(fù)后，缺氧池的亞硝化氮累積現(xiàn)象也基本消失。 膜對MBR處理效能的強(qiáng)化促進(jìn)作用研究通過以上的分析可以看出，膜對于系統(tǒng)對除污染物的去除有十分顯著的作用。圖310 膜組件清洗前后不同壓力下流量對比由圖可知，不同壓力下膜的通量是不同的， m3/h,出水穩(wěn)定性也較好， m3/h,波動較前一壓力大， m3/h,出水量有一定波動。 如圖313131318，為清洗膜組件前后出水水質(zhì)、出水濁度及膜截留率的變化。同時清洗后膜組件換上去以后分析上述4幅圖可以看出：對于總氮，膜完全沒有截留作用，所以對總氮的去除主要是依靠系統(tǒng)生化反應(yīng)完成。但是此時穩(wěn)定的濾餅層尚未形成，因?yàn)橥ㄟ^分析氨氮的出水可以看出，同時大部分文獻(xiàn)均表明，膜對于氨氮這類小分子物質(zhì)并沒有攔截能力，其降解主要是依靠生化反應(yīng)。這樣也說明了膜不僅僅對于大分子COD物質(zhì)有攔截作用，同時還能對部分小分子物質(zhì)起到吸附降解的作用。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。目前，研究人員已經(jīng)研究了一些行之有效的方法來減緩膜污染：如通過氣液錯流在膜表面形成剪切力；控制操作通量在一定的范圍內(nèi)來阻止或延緩膜污染的發(fā)生。但針對不同的膜污染形成原因，應(yīng)采取不同的措施。a. 空曝氣　　空曝氣是指停止進(jìn)出水，加大曝氣強(qiáng)度連續(xù)曝氣，以沖脫沉積在膜表面上污泥層的方法。b. 機(jī)械反沖　　機(jī)械反沖是利用機(jī)械動力，反向沖洗膜。2. 化學(xué)清洗　　化學(xué)清洗指用化學(xué)藥劑對污染過的膜進(jìn)行沖刷或浸泡，以除去不可逆污染物質(zhì)，是一種有效的膜通量恢復(fù)方法。在實(shí)際操作過程中，通常綜合考慮能耗、操作的簡便性，將多種方法同時運(yùn)用，以達(dá)到最優(yōu)化的生產(chǎn)目的。 當(dāng)在線化學(xué)藥洗達(dá)不到預(yù)期的效果時，采用離線藥洗方式，本實(shí)驗(yàn)采用檸檬酸浸泡清洗。在膜進(jìn)行固液分離的同時對膜表面進(jìn)行吹掃。綜合本實(shí)驗(yàn)的防止膜污染和清洗的措施如下：1．在膜的下部設(shè)置空氣曝氣管，外連接曝氣裝置，利用曝氣產(chǎn)生的紊流對膜表面進(jìn)行沖洗，防止懸浮物的附著和沉淀。經(jīng)過離線藥洗后的膜通量可以得到恢復(fù)。3）通過研究發(fā)現(xiàn)，膜在整個系統(tǒng)中不僅僅具有泥水分離的作用，其高的攔截能力，以及膜表面濾餅層形成以后的吸附降解能力對于穩(wěn)定出水起了關(guān)鍵性的作用。同時定期用檸檬酸浸泡膜清洗。 污泥沉降性能的研究污泥沉降性能是污泥形態(tài)中的一個重要指標(biāo)，在傳統(tǒng)的工藝中，污泥的沉降性能嚴(yán)重影響出水水質(zhì)，如果沉降性能差的話在實(shí)際工程應(yīng)用中就迫使必須增大沉淀池的體積，造成投資費(fèi)用的增加。如下圖41所示，為穩(wěn)定運(yùn)行30天內(nèi)的污泥濃度變化圖，穩(wěn)定運(yùn)行30天內(nèi)對應(yīng)的污泥SVI值和SV30值變化情況見下圖43和44。隨著污泥活性的恢復(fù)，硝化反應(yīng)進(jìn)行的更加徹底；但是當(dāng)污泥達(dá)到一定濃度后，處理效果反而有所降低，分析主要是因?yàn)椋阂环矫骐S著MLSS的增加，污泥粘度加大，氧的傳質(zhì)作用減弱，影響了硝化效果；另一方面反應(yīng)器中溶解性微生物產(chǎn)物(SMP)產(chǎn)生積累，抑制了硝化細(xì)菌的活性，從。圖41 穩(wěn)定運(yùn)行期間MLSS變化情況從圖４－２可以看出，隨著運(yùn)行的時間，硝化性能有所提高。表41為其具體數(shù)據(jù)。所以對膜生物反應(yīng)器中污泥形態(tài)的研究是非常必要的。5）系統(tǒng)處理人工廢水期間，發(fā)現(xiàn)污泥的沉降性能會變得越來越差，同時污泥的粒徑也越來越小，雖然在傳統(tǒng)活性污泥工藝中，污泥的沉降性能嚴(yán)重影響出水水質(zhì)，但是在膜生物反應(yīng)器中由于膜良好的泥水分離效果，不僅不會影響出水水質(zhì)，反而具有有利的一面。2）系統(tǒng)具有處理高COD負(fù)荷的能力，在處理人工合成廢水時，COD負(fù)荷達(dá)到4kgCOD/(m3*d)， kgCOD/(m33．在高濃度、高微生物含量的污水中長期運(yùn)行，膜的表面和內(nèi)部將會受到細(xì)菌及有機(jī)物的污染，因此每隔34周進(jìn)行一次在線化學(xué)藥洗，藥洗采用在線低壓浸潤方式。這種運(yùn)行方式可以防止懸浮固體或膠體等污染物質(zhì)在膜孔附近聚集、吸附和沉淀。 本實(shí)驗(yàn)采取的措施解決膜的堵塞問題是保證系統(tǒng)長期穩(wěn)定運(yùn)行的關(guān)鍵。在膜的運(yùn)行過程中，一直伴隨著濃差極化現(xiàn)象的發(fā)生，為了防止和減緩這一現(xiàn)象的發(fā)生，保持膜在運(yùn)行過程中的穩(wěn)定運(yùn)行，每隔24 h進(jìn)行反沖洗一次。采用一定濃度的化學(xué)溶液對污染后的膜進(jìn)行在線藥洗可以有效去除膜內(nèi)表面滋生的微生物[44]。目前有兩種常用的反沖洗方式：空氣反沖洗和水力反沖洗。張穎等[43]認(rèn)為，空曝氣的時間不是越長越好，當(dāng)空曝氣的時間超過一定限度時，膜過濾壓差將不再有大的變化。相信會有越來越多的環(huán)保工作者從事這項(xiàng)研究與應(yīng)用。二是水力沖洗，何義量教授等分別對分置式、一體式MBR的水力沖洗做了研究， 10 min能有效恢復(fù)膜通量[23]。膜污染問題是影響MBR 效率的最重要的問題，也是研究人員急欲攻克的難關(guān)。膜污染直接導(dǎo)致了膜通量下降，膜使用壽命大大縮短。再往后追蹤，48小時以后氨氮濃度仍然在1mg/L以上。但是僅僅24小時不到濁度就恢復(fù)為正常水平，；COD也恢復(fù)到正常水平出水濃度僅為81mg/L。圖314 清洗前后反應(yīng)器出水COD變化示意圖圖315 清洗前后反應(yīng)器出水總氮變化示意圖圖316清洗前后反應(yīng)器出水氨氮變化示意圖圖317 清洗前后反應(yīng)器出水濁度變化示意圖首先分析原水直接通過膜組件的情況，當(dāng)原水直接通過清洗后的膜組件時，已COD為例，%，但是當(dāng)原水直接通過濾餅層已經(jīng)形成的膜組件時，%。 圖311 圖312 圖313 清洗后膜通量有顯著的上升，通量變化較穩(wěn)定， m3/h；；， m3/h左右。同時分析膜通量、出水水質(zhì)、出水濁度及膜截留率的變化。系統(tǒng)進(jìn)水硝化氮在0上下波動，各反應(yīng)池內(nèi)硝化氮的含量波動較大，但趨勢保持一致，整體保持上升趨勢，主要是因?yàn)槿斯づ渌械暮坎淮_定，具有波動性。出水中沒有出現(xiàn)N02N積累現(xiàn)象。在系統(tǒng)的整個運(yùn)行過程中由于硝化液回流比高達(dá)300%，所以對總氮有良好的去除，在進(jìn)水總氮平均為41mg/L的情況下，%。盡管進(jìn)水氨氮波動較大，但是出水氨氮含量保持穩(wěn)定。但是出水氨氮除了試驗(yàn)開始的幾天比較高，不太穩(wěn)定之外，其余都維持在5mg/L以下。其貢獻(xiàn)圖見圖35。1）高濃度易降解的COD原水直接進(jìn)入缺氧池，2）帶有大量難降解COD濃度的好氧池硝化液回流至缺氧池。圖33 COD各區(qū)分布示意圖膜對MBR處理效能的強(qiáng)化促進(jìn)作用主要表現(xiàn)在以下三個方面：1）通過膜本身的截留作用，對混合液中SS及溶解性的大分子有機(jī)物的去除；2）通過膜孔和膜表面吸附作用對溶解性有機(jī)物的去除；3）通過膜表面形成的沉積層（或生物膜、凝膠層）對溶解性有機(jī)物的吸附和氧化降解。2）膜生物反應(yīng)器中由于水泵和膜的水力剪切作用，使得污泥變的越來越細(xì)碎和難以沉降，這也會使反應(yīng)器中上清液變得十分渾濁。分析造成這種現(xiàn)象的原因，個人認(rèn)為是由于以下兩種作用共同的結(jié)果。%，最高為97%?；钚晕勰囫Z化開始階段，反應(yīng)器內(nèi)污泥濃度高達(dá)6000mg/L，但由于污泥取自污水二沉池，無機(jī)質(zhì)較多，微生物活性不足，而且原水中碳源較低、營養(yǎng)物質(zhì)的不平衡給整個系統(tǒng)帶來了很大的沖擊，導(dǎo)致大量微生物衰減死亡，系統(tǒng)COD去除率較低且不穩(wěn)定。對膜進(jìn)行清洗檢修，重新考察流量、壓力變化，在此條件下，選擇控制的最優(yōu)條件。 接著開始進(jìn)行人工配水的注入，注入量為20%的設(shè)計(jì)水量，投加大豆粉和面粉以及磷肥和尿素配制的營養(yǎng)溶液，好氧池的營養(yǎng)比按C:N:P=100:5:1配制，設(shè)計(jì)COD為400mg/l，厭氧池的進(jìn)水營養(yǎng)比C:N:P=350:5:1，每12小時配制一次原水，每天測定上清液的COD、SV、SVI、MLSS、DO等值，監(jiān)測活性污泥的生長情況,至活性污泥全面形成大顆粒絮團(tuán)，沉降性能良好。起初的污泥濃度達(dá)到60%，然后悶曝72小時，靜止、排去部分上清液，待其適應(yīng)人工配水水質(zhì)后，正式啟動反應(yīng)。表22 水質(zhì)指標(biāo)及測定方法分析項(xiàng)目分析方法儀器COD重鉻酸鉀法可調(diào)式電爐TP過硫酸鉀消解鉬酸銨分光光度法高壓鍋、分光光度計(jì)TN堿性過硫酸鉀消解紫外分光光度法UV751紫外可見分光光度計(jì)NH3N納氏試劑分光光度法DR2800NO3—N二磺酸酚分光光度法UV751紫外可見分光光度計(jì)NO2NN（1萘基）乙二胺光度法（A）分光光度計(jì)MLSS恒重法烘箱、分析天平DO儀器測定Clean型便攜式溶氧儀pH儀器測定PHS25精密數(shù)顯酸度計(jì)濁度分光光度法分光光度計(jì)、分析天平SV30體積比法100ml、1000ml量筒生物相觀察法光學(xué)顯微鏡如下圖27所示，分別為實(shí)驗(yàn)室常規(guī)測定與凱氏氮的測定。中試實(shí)驗(yàn)裝置 射流曝氣泵電磁流量計(jì) PLC電器控制箱 真空負(fù)壓表 潛污泵圖26 實(shí)驗(yàn)裝置實(shí)物圖 實(shí)驗(yàn)用水本實(shí)驗(yàn)采用人工配水，每天定時投加定量豆?jié){、尿素、磷肥。試驗(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。在中間沉淀池中活性污泥和富含P和氨的上清液分離。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。隨著除磷研