【正文】 e possible problems, Through the research of oxygen, revamp, HRT, mixture of backflow MLSS ratio, the C and N, P, degrade the performance DO, revamp, HRT, sewage reflux ratio etc, and analysis of operation parameters of pollutant removal efficiency of sludge form. The test shows: in dealing with the synthetic wastewater, the system CODCr during the removal rate are greater than 85% of NH3 N efficiency, also maintains in 95%, selecting suitable nitrification, liquid reflux ratio of total nitrogen removal rate are higher than 70%, and the effluent turbidity, colorless, odorless and 1NTU are less. In examining the aeration of sludge form when the effect that: the aeration, high intensity in the pump shearing force and aeration strong turbulence, anaerobic sludge pool became very loose and finely, this state of serious impact on the sludge sedimentation performance, but more conducive to the degradation of pollutants reactor. In addition, the experiment of membrane module of flux change before and after cleaning and water quality change made system.Keywords MBR；municipal wastewater；Membrane pollution ；sludge characteristics47 目 錄1 緒 論 1 我國(guó)水資源現(xiàn)狀 1 我國(guó)城市生活污水處理現(xiàn)狀 1 膜生物反應(yīng)器的研究概況 3 膜生物反應(yīng)器簡(jiǎn)介 3 膜生物反應(yīng)器的研究應(yīng)用進(jìn)展 14 本文研究目的和研究?jī)?nèi)容 14 研究目的 14 研究意義 15 研究?jī)?nèi)容 152 實(shí)驗(yàn)裝置與研究方法 17 A/A/O實(shí)驗(yàn)裝置脫氮除磷 17 A/A/O法基本工藝原理 17 A/A/O 法污水處理開(kāi)工調(diào)試 18 A/A/O工藝的特點(diǎn) 19 A/A/O工藝的固有缺欠 19 A/A/O工藝流程的改進(jìn)措施 20 實(shí)驗(yàn)裝置實(shí)物圖 23 實(shí)驗(yàn)用水 24 25 26 263 系統(tǒng)處理人工合成污水的效果研究 27 系統(tǒng)對(duì)有機(jī)物(COD)去除特性的研究 27 系統(tǒng)對(duì)有機(jī)物（COD）去除效果的研究 27 系統(tǒng)對(duì)有機(jī)物（COD）去除機(jī)制的研究 28 系統(tǒng)對(duì)氮去除特性的研究 31 系統(tǒng)對(duì)氨氮去除效果的研究 31 系統(tǒng)對(duì)總氮去除效果的研究 31 膜對(duì)MBR處理效能的強(qiáng)化促進(jìn)作用研究 33 膜污染與清洗 37 膜污染及其減緩防治措施 37 膜的清洗 38 本實(shí)驗(yàn)采取的措施 39 本章小結(jié)與問(wèn)題 404 系統(tǒng)污泥形態(tài)特性的研究 41 污泥沉降性能的研究 41 污泥形態(tài)的研究 44參 考 文 獻(xiàn) 47致 謝 50 1 緒 論水是生命之源，是人類(lèi)文明不斷發(fā)展的基礎(chǔ)條件，是人類(lèi)生存的根本。據(jù)《2003年中國(guó)環(huán)境狀況公報(bào)》[3]公布，2003年，全國(guó)廢水排放總量為460億t，%。而我國(guó)城鎮(zhèn)人口中，平均每150萬(wàn)人才擁有1座污水處理廠。如：(1)傳統(tǒng)活性污泥法對(duì)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。而其中引人注目的是用膜分離技術(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。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(dòng)控制和管理等優(yōu)點(diǎn)。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。m2/h。本工程使用的膜為中空絲膜，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。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。按膜組件的作用方式，MBR可分為內(nèi)壓式和外壓式兩種。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。圖15 MBR裝置示意圖圖16氧和有機(jī)質(zhì)的擴(kuò)散示意圖 (3) 萃取膜生物反應(yīng)器當(dāng)廢水中含有對(duì)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。首先污染物在膜中溶解擴(kuò)散，再以氣態(tài)形式離開(kāi)膜進(jìn)入膜另側(cè)的混合液中，在混合液中由專(zhuān)性菌分解成COH2O等無(wú)機(jī)小分子。l 膜易于污染；l 基建投資大；l 無(wú)實(shí)際工程實(shí)例；l 工藝復(fù)雜。其工藝流程圖見(jiàn)圖18。n 生物反應(yīng)器與膜組件是獨(dú)立的系統(tǒng)，彼此之間干擾很小。n 可以保持長(zhǎng)時(shí)間的穩(wěn)定膜通量而無(wú)需化學(xué)清洗。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。膜使用壽命大大縮短。 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)物以及固體顆粒。②提高顆粒平均粒徑顆粒粒徑的大小是產(chǎn)生膜孔堵塞的直接原因。采用間歇方式出水或壓力遞增模式出水也可減少膜污染。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。1993年中國(guó)科學(xué)院生態(tài)環(huán)境研究中心王菊思啟動(dòng)MBR的研究。 研究?jī)?nèi)容本項(xiàng)目采用厭氧缺氧好氧+MBR組合工藝對(duì)豆制品污水的處理進(jìn)行試驗(yàn)研究。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(mǎn)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)。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(guò)程的進(jìn)展，NO3—N的濃度增加， P將隨著聚磷菌的過(guò)量攝取，也以較快的速率下降。：按a→b→a的順序不斷反復(fù)上述步驟，當(dāng)監(jiān)測(cè)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。，使之混合，而以不增加溶解氧為度。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(yíng)養(yǎng)鹽去除系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。MUCT工藝有兩個(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(kāi),進(jìn)一步減少硝酸鹽進(jìn)入?yún)捬鯀^(qū)的可能。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。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(jiǎn)捷,宜于推廣。DEPHANOX工藝是滿(mǎn)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)。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。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(cè)水溫，使水溫保持20℃左右。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(shí)不間斷運(yùn)行，進(jìn)水池與配水池儲(chǔ)備一天試驗(yàn)用水，每天進(jìn)行一次配水。此階段系統(tǒng)對(duì)COD的去除效果主要來(lái)自于微生物對(duì)有機(jī)物的降解作用和膜對(duì)有機(jī)大分子的物質(zhì)的截留作用，使得反應(yīng)器啟動(dòng)較快，系統(tǒng)很快就得到了較好的出水效果。由于膜生物反應(yīng)器是個(gè)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。膜對(duì)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(duì)有機(jī)物不僅存在吸附和降解，而且膜對(duì)污染物的機(jī)械截留作用更加明顯，膜對(duì)大部分有機(jī)物能有較好的去除，但同時(shí)也造成了膜污染。由此可見(jiàn)膜對(duì)于穩(wěn)定出水水質(zhì)起了關(guān)鍵性的作用。反應(yīng)器運(yùn)行期間MBR對(duì)氨氮的去除效果見(jiàn)圖36。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。圖310 膜組件清洗前后不同壓力下流量對(duì)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(dòng)較前一壓力大， m3/h,出水量有一定波動(dòng)。同時(shí)清洗后膜組件換上去以后分析上述4幅圖可以看出：對(duì)于總氮，膜完全沒(méi)有截留作用，所以對(duì)總氮的去除主要是依靠系統(tǒng)生化反應(yīng)完成。這樣也說(shuō)明了膜不僅僅對(duì)于大分子COD物質(zhì)有攔截作用，同時(shí)還能對(duì)部分小分子物質(zhì)起到吸附降解的作用。目前，研究人員已經(jīng)研究了一些行之有效的方法來(lái)減緩膜污染：如通過(guò)氣液錯(cuò)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(lái)阻止或延緩膜污染的發(fā)生。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。2. 化學(xué)清洗　　化學(xué)清洗指用化學(xué)藥劑對(duì)污染過(guò)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。 當(dāng)在線化學(xué)藥洗達(dá)不到預(yù)期的效果時(shí)，采用離線藥洗方式，本實(shí)驗(yàn)采用檸檬酸浸泡清洗。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(duì)膜表面進(jìn)行沖洗，防止懸浮物的附著和沉淀。3）通過(guò)研究發(fā)現(xiàn)，膜在整個(gè)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(duì)于穩(wěn)定出水起了關(guān)鍵性的作用。 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(gè)重要指標(biāo)，在傳統(tǒng)的工藝中，污泥的沉降性能?chē)?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。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。表41為其具體數(shù)據(jù)。5）系統(tǒng)處理人工廢水期間，發(fā)現(xiàn)污泥的沉降性能會(huì)變得越來(lái)越差，同時(shí)污泥的粒徑也越來(lái)越小，雖然在傳統(tǒng)活性污泥工藝中，污泥的沉降性能?chē)?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(huì)影響出水水質(zhì)，反而具有有利的一面。3．在高濃度、高微生物含量的污水中長(zhǎng)期運(yùn)行，膜的表面和內(nèi)部將會(huì)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(rùn)方式。 本實(shí)驗(yàn)采取的措施解決膜的堵塞問(wèn)題是保證系統(tǒng)長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行的關(guān)鍵。采用一定濃度的化學(xué)溶液對(duì)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]。張穎等[43]認(rèn)為，空曝氣的時(shí)間不是越長(zhǎng)越好，當(dāng)空曝氣的時(shí)間超過(guò)一定限度時(shí)，膜過(guò)濾壓差將不再有大的變化。二是水力沖洗，何義量教授等分別對(duì)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]。膜污染直接導(dǎo)致了膜通量下降，膜使用壽命大大縮短。但是僅僅24小時(shí)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。系統(tǒng)進(jìn)水硝化氮在0上下波動(dòng)，各反應(yīng)池內(nèi)硝化氮的含量波動(dòng)較大，但趨勢(shì)保持一致，整體保持上升趨勢(shì)，主要是因?yàn)槿斯づ渌械暮坎淮_定，具有波動(dòng)性。在系統(tǒng)的整個(gè)運(yùn)行過(guò)程中由于硝化液回流比高達(dá)300%，所以對(duì)總氮有良好的去除，在進(jìn)水總氮平均為41mg/L的情況下，%。但是出水氨氮除了試驗(yàn)開(kāi)始的幾天比較高，不太穩(wěn)定之外，其余都維持在5mg/L以下。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。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(lái)越細(xì)碎和難以沉降，這也會(huì)使反應(yīng)器中上清液變得十分渾濁。%，最高為97%。對(duì)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。起初的污泥濃度達(dá)到60%，然后悶曝72小時(shí)，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(dòng)反應(yīng)。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(shí)投加定量豆?jié){、尿素、磷肥。在中間沉淀池中活性污泥和富含P和氨的