【正文】 圖 42為污泥濃度與氨氮的去除關(guān)系。 4 系統(tǒng)污泥形態(tài)特性的研究在MBR工藝中，由于膜的高效攔截能力和短時間內(nèi)將污泥回流至反應(yīng)器內(nèi)，使得反應(yīng)器中的污泥形態(tài)，微生物種群分布均有別于傳統(tǒng)工藝。 本章小結(jié)與問題1）改進(jìn)后的膜生物反應(yīng)器對COD，氨氮，總氮有很好的去除效果，整個反應(yīng)器運(yùn)行期間，%、氨氮的平均去除率為95%、%，整個系統(tǒng)對COD、氨氮總氮的去除顯示出了良好的穩(wěn)定性。在膜組器的斜下部設(shè)置空氣曝氣管，外連接曝氣裝置，利用上升空氣產(chǎn)生的向上液流來實現(xiàn)對膜表面的沖洗。綜上，本實驗確定防止膜污染以及進(jìn)行膜清洗的措施如下：在膜的下部設(shè)置空氣曝氣管，外連接射流曝氣裝置，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。反沖洗能提高膜通透性并減少膜結(jié)垢，因而可形成優(yōu)化的，穩(wěn)定的水力操作條件。MBR水處理技術(shù)是未來水工業(yè)中極具生命力的一項新技術(shù)，是能真正實現(xiàn)污水回用，廢水資源化的一項重要且競爭力強(qiáng)的技術(shù)，但其實際推廣應(yīng)用一直受到膜污染問題的困擾，如何解決污染問題是擺在從事MBR研究工作者面前的難題。從污染物的性質(zhì)又可分為有機(jī)污染，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[42]。所以經(jīng)過24小時后，雖然膜攔截能力明顯提高。圖中0時刻更換清洗后的膜組件，負(fù)值表示清洗膜組件之前，正值表示清洗膜組件之后。為了進(jìn)一步驗證和了解膜在整個系統(tǒng)運(yùn)行中對污染物去除效果的影響，設(shè)計了如下實驗，在系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定時清洗浸泡膜組件，首先將原水分別直接通過運(yùn)行一段時間的膜組件和用檸檬酸清洗浸泡后的膜組件，這時的運(yùn)行一段時間膜表面已經(jīng)形成濾餅層，然后測定其對污染物的去除率，再將生物反應(yīng)器中的混合液通過清洗后的膜組件，每隔一隔時間測定出水中有機(jī)物的含量，實驗結(jié)束后再將原水通過膜組件測量其對污染的去除效果。圖37 NO2N去除效果曲線圖38 NO3N去除效果曲線圖39 凱氏氮去除效果曲線系統(tǒng)進(jìn)水NO2N濃度較低， mg/L，處于穩(wěn)定狀態(tài)。而從總體來看，系統(tǒng)對氨氮的去除率較為穩(wěn)定，平均去除率在93%上下，%。進(jìn)一步根據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)分析可以得知，在反應(yīng)器運(yùn)行中期，隨著SMP的積累，導(dǎo)致好氧區(qū)COD濃度升高，生化反應(yīng)對COD的去除貢獻(xiàn)降低，膜對于COD的去除貢獻(xiàn)升高。這就是MBR反應(yīng)器中膜對有機(jī)物去除的強(qiáng)化作用。從圖33可以看出COD在各區(qū)中的分布，好氧區(qū)的COD濃度隨著運(yùn)行時間的增長而增加，同時從的監(jiān)測數(shù)據(jù)中也發(fā)現(xiàn)，上清液的濁度也隨著運(yùn)行時間的增長而增大，從最初的28上升至了918。圖31 COD去除效果示意圖圖32 COD去除率在無排泥條件下，系統(tǒng)運(yùn)行近1個月，反應(yīng)器進(jìn)水COD濃度在300700mg/L。測定初期水質(zhì)及排水階段上清液的水質(zhì)，根據(jù)水質(zhì)情況調(diào)節(jié)進(jìn)水量和養(yǎng)料的投加。具體方法見表22。再曝氣池吹脫氮氣并使聚磷菌完全再生。②DPB在傳統(tǒng)除磷系統(tǒng)中大量存在。圖25 倒置的A/A/O工藝流程其特點如下: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利用,具有“饑餓效應(yīng)”優(yōu)勢。Johannesburg(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)物作為反硝化碳源去除硝態(tài)氮,以消除硝酸鹽對厭氧池厭氧環(huán)境的不利影響。當(dāng)UCT工藝作為階段反應(yīng)器在水力停留時間較短和低泥齡下運(yùn)行時在美國被稱為VIP(Virginia Initiative Process,1987)工藝。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。，該工藝流程最為簡單，總的水力停留時間也少于同類其他工藝。在污泥量少，供氧有富余時悶曝35小時后進(jìn)入靜沉步驟。A/A/O生物脫氮除磷工藝流程見圖21，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22所示。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。 本文研究目的和研究內(nèi)容 研究目的本研究將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。日本1985年開始的水綜合再生利用系統(tǒng)，在90 年代計劃把MBR 研究在污水處理對象與規(guī)模上都大大推進(jìn)一步。在1966年,美國的Dorroliver公司首先將MBR 用于廢水處理的研究。張永寶等通過實驗發(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。（3）控制對策①增加動態(tài)膜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，減少膜孔堵塞情況的發(fā)生。膜分離的操作條件主要包括：操作壓力、膜面流速和運(yùn)行溫度三個方面。所以，要實現(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。n 透水率低，膜污染更為嚴(yán)重。n 操作壓力比較小，遠(yuǎn)小于分置式（）。其工藝流程圖見圖19。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。以上三種類型的膜生物反應(yīng)器的特性比較見表11表11 三類膜生物反應(yīng)器的優(yōu)缺點反應(yīng)器類型優(yōu)點缺點膜分離生物反應(yīng)器l 占地面積??；l 徹底去除水中的固體物質(zhì)；l 出水無需消毒；l COD、營養(yǎng)物質(zhì)可以在一個單元內(nèi)被去除；l 高負(fù)荷率和低污泥產(chǎn)率；l 流程啟動快；l 系統(tǒng)不受污泥膨脹的影響；l 模塊化、升級改造容易。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。而無泡供氧技術(shù)與生物反應(yīng)器相結(jié)合形成了一種新型膜生物反應(yīng)器，即無泡曝氣膜生物反應(yīng)器(Membraneaerated 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，是處理高需氧量廢水的一項新技術(shù)。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。中空絲膜所需的吸引壓力僅為－～－，動力消耗低。化學(xué)清洗后的流量回復(fù)性好。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。膜組件為板框式，進(jìn)出口壓力分別為345KN1969年，美國的Smith首次報道了美國DorrOliver公司把活性污泥法和超濾工藝結(jié)合處理城市污水的方法。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 工藝實際應(yīng)用前景廣闊。(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。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等。但絕大多數(shù)城市的污水處理能力滿足不了實際需要，全國還有297個城市沒有建成污水處理廠，其中，地級以上城市63個，包括人口50萬以上的大城市8個；位于重點流域、區(qū)域“ 十五”規(guī)劃范圍內(nèi)的城市54個。與此同時，水環(huán)境污染日益嚴(yán)重。經(jīng)試驗證明：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NH3N去除率也基本保持在95%以上，同時選取適宜的硝化液回流比時，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)的影響時發(fā)現(xiàn)：采用射流曝氣時，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。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 %，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。全國5萬多個城鎮(zhèn)，370多萬個村莊，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。這些工藝被證明是行之有效的水污染控制技術(shù)。(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)計簡單經(jīng)濟(jì)，但該方法不具備脫氮除磷功能。 膜生物反應(yīng)器簡介膜生物反應(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)。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。m2和172 KN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、NH3N較高的工業(yè)領(lǐng)域。圖12膜片示意圖，主要基于以下性能特點：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)。膜生物反應(yīng)器易于一體化，且易實現(xiàn)自動控制，操作管理方便；MRB的工藝過程如下圖13：圖13 MBR膜工藝流程膜生物反應(yīng)器是國際上于20實際60年代開始研究，90年代得到快速發(fā)展和應(yīng)用的一項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)到相關(guān)的衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)。(1) 膜分離生物反應(yīng)器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。但目前對MABR的研究還僅處于實驗和中試階段，尚未達(dá)到大規(guī)模工業(yè)應(yīng)用的水平?；钚晕勰嘀械奈⑸镆话闶轻槍U水培養(yǎng)出來的專性細(xì)菌。l 曝氣受到限制；l 膜易受污染；l 膜價格高。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?，同時由于氣泡的攪動及其在膜表面形成的循環(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。圖19 分置示膜生物反應(yīng)器以上兩種類型的膜生物反應(yīng)器的特性比較見表12表12 分置式和一體式膜生物反應(yīng)器的對比分置式MBR一體式MBR主要優(yōu)點n 運(yùn)行穩(wěn)定，操作管理方便。n 結(jié)構(gòu)緊湊，占地少。n 運(yùn)行不是十分穩(wěn)定，操作管理上不及分置式容易。（1）膜污染的類型 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)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?；旌弦旱男再|(zhì)主要是指混合液的污泥濃度和組成。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。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。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。日本在該項計劃中對厭氧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)。本研究的主要目的：將一體式膜生物反應(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、運(yùn)行參數(shù)，為中試設(shè)備的設(shè)計提供依據(jù)，以便形成一套具有較大推廣應(yīng)用價值的新型膜生物反應(yīng)器。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)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,試驗采用的工藝流程見下圖110.圖110 AAO試驗工藝流程圖本項目利用厭氧缺氧好氧+MBR組合工藝對人工合成污水進(jìn)行處理的試驗研究。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，但NO3—N含量沒有變化。：。，絲狀菌不會大量繁殖，SVI 一般少于100，不會發(fā)生污泥膨脹。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。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。此外,對傳統(tǒng)A/A/O工藝有人建議,采用1/3進(jìn)水入缺氧區(qū),2/3進(jìn)水入?yún)捬鯀^(qū)的分配方案可以取得較高的N、P去除效果。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