【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 我國水資源現(xiàn)狀 1 我國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)器簡介 3 膜生物反應(yīng)器的研究應(yīng)用進展 14 本文研究目的和研究內(nèi)容 14 研究目的 14 研究意義 15 研究內(nèi)容 152 實驗裝置與研究方法 17 A/A/O實驗裝置脫氮除磷 17 A/A/O法基本工藝原理 17 A/A/O 法污水處理開工調(diào)試 18 A/A/O工藝的特點 19 A/A/O工藝的固有缺欠 19 A/A/O工藝流程的改進措施 20 實驗裝置實物圖 23 實驗用水 24 25 26 263 系統(tǒng)處理人工合成污水的效果研究 27 系統(tǒng)對有機物(COD)去除特性的研究 27 系統(tǒng)對有機物（COD）去除效果的研究 27 系統(tǒng)對有機物（COD）去除機制的研究 28 系統(tǒng)對氮去除特性的研究 31 系統(tǒng)對氨氮去除效果的研究 31 系統(tǒng)對總氮去除效果的研究 31 膜對MBR處理效能的強化促進作用研究 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 本實驗采取的措施 39 本章小結(jié)與問題 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 47致 謝 50 1 緒 論水是生命之源，是人類文明不斷發(fā)展的基礎(chǔ)條件，是人類生存的根本。據(jù)《2003年中國環(huán)境狀況公報》[3]公布，2003年，全國廢水排放總量為460億t，%。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。如：(1)傳統(tǒng)活性污泥法對有機物去除率高、污泥負荷高、池容積小、電耗省、運行費用低。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、有機負荷高、污泥負荷低、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。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氧和有機質(zhì)的擴散示意圖 (3) 萃取膜生物反應(yīng)器當(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物等)時，直接用生化法是不適宜的。首先污染物在膜中溶解擴散，再以氣態(tài)形式離開膜進入膜另側(cè)的混合液中，在混合液中由專性菌分解成COH2O等無機小分子。l 膜易于污染；l 基建投資大；l 無實際工程實例；l 工藝復(fù)雜。其工藝流程圖見圖18。n 生物反應(yīng)器與膜組件是獨立的系統(tǒng)，彼此之間干擾很小。n 可以保持長時間的穩(wěn)定膜通量而無需化學(xué)清洗。當(dāng)今，膜污染和能耗這兩個因素，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、大分子有機物、小分子有機物、溶解性有機物以及固體顆粒。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規(guī)模進一步擴大。1993年中國科學(xué)院生態(tài)環(huán)境研究中心王菊思啟動MBR的研究。 研究內(nèi)容本項目采用厭氧缺氧好氧+MBR組合工藝對豆制品污水的處理進行試驗研究。并且還能提高氧的傳遞效率和利用速率強化硝化效果，優(yōu)化脫氮效率；本試驗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；采用的設(shè)備數(shù)量少，運行管理較為方便；具有傳統(tǒng)一體式和分置式的優(yōu)點。在好氧池中，有機物被微生物生化降解后濃度繼續(xù)下降；有機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。：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，向曝氣池補充設(shè)計處理量50%的有機廢水。，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,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入?yún)捬鯀^(qū),干擾厭氧釋磷的正常進行(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)定運行。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,進一步減少硝酸鹽進入?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)合并為一個外回流系統(tǒng),因而流程簡捷,宜于推廣。DEPHANOX工藝是滿足反硝化除磷細菌所需環(huán)境和基質(zhì)的一種強化除磷工藝,其特點是在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)。本試驗將射流曝氣用于一體式膜生物反應(yīng)器中，試驗用整套集成設(shè)備是自行設(shè)計加工而成。污泥馴化，向好氧池注入清水和部分人工配制的污水，使液面達到一定的水位并測水溫，使水溫保持20℃左右。20天后污泥濃度達到6000mg/l，采用連續(xù)進水、連續(xù)出水、連續(xù)曝氣的運行方式，24小時不間斷運行，進水池與配水池儲備一天試驗用水，每天進行一次配水。此階段系統(tǒng)對COD的去除效果主要來自于微生物對有機物的降解作用和膜對有機大分子的物質(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。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。膜對污染物的去除機理從圖34中可以看出：反應(yīng)器運行的中后期，膜表面形成了一層穩(wěn)定的膜絲表面物質(zhì)，其對有機物不僅存在吸附和降解，而且膜對污染物的機械截留作用更加明顯，膜對大部分有機物能有較好的去除，但同時也造成了膜污染。由此可見膜對于穩(wěn)定出水水質(zhì)起了關(guān)鍵性的作用。反應(yīng)器運行期間MBR對氨氮的去除效果見圖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。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。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。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。a. 空曝氣　　空曝氣是指停止進出水，加大曝氣強度連續(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)藥劑對污染過的膜進行沖刷或浸泡，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)藥洗達不到預(yù)期的效果時，采用離線藥洗方式，本實驗采用檸檬酸浸泡清洗。綜合本實驗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行沖洗，防止懸浮物的附著和沉淀。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。 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，污泥的沉降性能嚴重影響出水水質(zhì)，如果沉降性能差的話在實際工程應(yīng)用中就迫使必須增大沉淀池的體積，造成投資費用的增加。隨著污泥活性的恢復(fù)，硝化反應(yīng)進行的更加徹底；但是當(dāng)污泥達到一定濃度后，處理效果反而有所降低，分析主要是因為：一方面隨著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。3．在高濃度、高微生物含量的污水中長期運行，膜的表面和內(nèi)部將會受到細菌及有機物的污染，因此每隔34周進行一次在線化學(xué)藥洗，藥洗采用在線低壓浸潤方式。 本實驗采取的措施解決膜的堵塞問題是保證系統(tǒng)長期穩(wěn)定運行的關(guān)鍵。采用一定濃度的化學(xué)溶液對污染后的膜進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。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，主要是因為人工配水中氮的含量不確定，具有波動性。在系統(tǒng)的整個運行過程中由于硝化液回流比高達300%，所以對總氮有良好的去除，在進水總氮平均為41mg/L的情況下，%。但是出水氨氮除了試驗開始的幾天比較高，不太穩(wěn)定之外，其余都維持在5mg/L以下。1）高濃度易降解的COD原水直接進入缺氧池，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，使得污泥變的越來越細碎和難以沉降，這也會使反應(yīng)器中上清液變得十分渾濁。%，最高為97%。對膜進行清洗檢修，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)。中試實驗裝置 射流曝氣泵電磁流量計 PLC電器控制箱 真空負壓表 潛污泵圖26 實驗裝置實物圖 實驗用水本實驗采用人工配水，每天定時投加定量豆?jié){、尿素、磷肥。在中間沉淀池中活性污泥和富含P和氨的