【正文】 投加粉末活性炭后膜污染阻力降低了約73%。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展。在實驗處理人工合成污水時，采用射流曝氣為其充氧，通過改變硝化液回流比，來考察回流比對污染物去除效果的影響。培菌步驟當(dāng)有菌種進入曝氣池時，無論菌種是否投加完畢，必須立即開始培菌步驟。 A/A/O工藝的固有缺欠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負荷、泥齡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。 取消初次沉淀池或縮短初次沉淀時間,使沉砂池出水中所含大量顆粒有機物直接進入生化反應(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水的有機物總量增加了,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,降低運行成本。這對于解決除磷系統(tǒng)反硝化碳源不足的問題和降低系統(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。按缺氧池濃度進出守恒，設(shè)計進水COD：N：P=300：5：1，如下表21所示，為運行期間人工配水水質(zhì)要求范圍：表21 人工配水水質(zhì)要求項目CODcr mg/L氨氮mg/LKNmg/LPHTPmg/L硝態(tài)氮mg/L范圍3006005305350平均值45016200本研究，定期測定的指標包括CODcr、NH+4N、TN、NO3N、NO2N、TP、濁度、PH值等。3 系統(tǒng)處理人工合成污水的效果研究 系統(tǒng)對有機物(COD)去除特性的研究 系統(tǒng)對有機物（COD）去除效果的研究在反應(yīng)器運行的60天內(nèi)，分別對進水COD，缺氧池上清液COD，好氧池上清液COD，出水COD做了測定，其中上清液COD是指取反應(yīng)器中泥水混合液，經(jīng)過30min沉淀后取上清液測得。從而影響上清液濁度。在系統(tǒng)運行的第26，27天出現(xiàn)了小幅度的波動，是因為第26天換膜，換上新膜后膜表面的濾餅層尚未形成所致。系統(tǒng)出水硝化氮在48mg/L之間波動，基本在6mg/L上下，出水穩(wěn)定，系統(tǒng)的硝化效果良好?？梢钥闯瞿ぴ诜磻?yīng)器運行初期其表面具有攔截作用的濾餅層就能快速形成。三是在線藥洗[2425]，但采用在線藥洗時需要小心謹慎，以免殺死反應(yīng)器中的微生物，也可采用拆卸膜組件，用藥水浸泡，通常采用的化學(xué)藥劑有次氯酸鈉、稀堿、稀酸、酶、表面活性劑、絡(luò)合劑和氧化劑等，至于對于不同的膜采用什么藥劑，用量是多少，配成什么濃度，清洗或浸泡多長時間有待于作更優(yōu)化的研究。異位化學(xué)清洗是將膜組件從反應(yīng)器中取出浸泡在化學(xué)藥劑中，能去除沉積在膜孔里和被緊緊吸附在膜表面的物質(zhì)[43]，是最有效的恢復(fù)膜性能[39]的清洗方法。4．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。表41 污泥體積指數(shù)變化表運行天數(shù)MLSS(mg/L)SV30SVI(mL/g)1601955%1022641464%4429360%139第4天以后至此階段實驗結(jié)束，污泥的沉降性能始終保持著穩(wěn)定增長。由于本系統(tǒng)采用射流曝氣泵，由于其強大的復(fù)氧能力使得反應(yīng)器中污泥更加的細碎，所以設(shè)計了如下實驗來分析膜生物反應(yīng)器中污泥形態(tài)的變化，進而得出這些變化對污染物去除效果的影響。在停止分離出水過程中，膜孔不再有吸力，由空氣氣流所產(chǎn)生的振動將懸浮堆積于膜表面的顆粒抖落，并被沖洗液流迅速沖走，因而膜表面得以良好的沖洗。MBR 中反沖洗能使操作在較高通量下進行而膜阻力不會顯著增加，并使膜結(jié)合力較小的污染物脫落，%[44]，優(yōu)化反沖洗頻率（15s/5min） 倍[43]。實際操作過程中膜污染是不可避免的，但是通過一些方法，膜污染能夠得到有效的控制。可見膜表面濾餅層的形成使得膜對原水的去除效果有了較大的提高，這時膜對原水中的污染物的去除機制主要是濾餅層對污染物的吸附和氧化降解。但是在運行的第17天開始發(fā)現(xiàn)缺氧池有N02N積累現(xiàn)象[22]，主要是由于這段時間段內(nèi)好氧段上清液COD濃度上升，大量微生物代謝產(chǎn)物在反應(yīng)器中積累，抑制了硝化菌的生長，再加上缺氧段內(nèi)溶解氧濃度較低，為N02 N的積累創(chuàng)造了一定的條件[16]。從圖中可以看出，膜對于COD的去除所占貢獻比從初期的14%上升到了中期的45%再趨于平緩，%。1）系統(tǒng)長期運行而導(dǎo)致的SMP（Soluble microbial products，溶解性微生物產(chǎn)物，主要是指微生物在代謝過程中排出或分泌的產(chǎn)物）的積累，而關(guān)于SMP的組成，金若菲等人[23]認為主要是由UAP (substrate utilization associated production): 微生物在分解基質(zhì)產(chǎn)生能量，進行自身生長繁殖的同時產(chǎn)生；BAP(biomass associated production):微生物細胞內(nèi)源呼吸過程中，伴隨細胞解體釋放的，兩類物質(zhì)組成。 逐漸增加進水量，控制曝氣量，使好氧池DO值在24mg/l之間，進水直至達到預(yù)計水量即達到滿負荷。 實驗裝置實物圖本試驗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前面，利用射流曝氣強大的氣水沖刷能力提高膜表面的錯流速度，使膜組件表面形成較大的紊動而大大延緩膜污染的形成。③缺氧段位于工藝的首端,允許反硝化優(yōu)先獲得碳源,故進一步加強了系統(tǒng)的脫氮能力。當(dāng)進水TKN/COD較高時,缺氧區(qū)無法實現(xiàn)完全的脫氮,仍有部分硝酸鹽進入?yún)捬鯀^(qū),因此又產(chǎn)生改良UCT工藝———MUCT工藝(見圖24)。，%以上。在缺氧池中，反硝化菌利用污水中的有機物作碳源，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。 研究意義本研究的意義：本研究針對現(xiàn)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，運行管理更為方便，具有較好的推廣應(yīng)用價值。1969年Budd等的分離式MBR技術(shù)獲得了美國專利。Harmant等認為，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。膜污染直接導(dǎo)致了膜通量下降。n 因為不需要循環(huán)泵，所以可以避免微生物菌體的失活。處理后的廢水經(jīng)抽水泵的負壓抽提，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。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)性有機物透過而水及無機成分則無法透過。固液分離式膜生物反應(yīng)器也稱為錯流式膜生物反應(yīng)器。而MBR工藝是用膜抽吸作用來進行泥水分離，污泥膨脹不會影響MBR系統(tǒng)的正常運行和出水水質(zhì)，因此運行管理極為方便。m2，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物的去除率，而且使其對氨氮的去除率也明顯增高。但是這些工藝的優(yōu)缺點也同樣明顯。我國水體污染主要來源于超標排放的工業(yè)廢水和大量未經(jīng)處理直接進入水體的城市生活污水。通過近100天的試驗研究此新型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、污水回流比等運行參數(shù)，并且分析污泥形態(tài)對污染物去除效率的影響。近些年， 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，比2000年增加了43%，%。(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))、有機物去除率較高、脫氮、除磷(溝前增設(shè)厭氧池)、綜合指標較優(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，但是存在負荷低、占地大、電耗大、運轉(zhuǎn)費用偏高的缺點。MBR的商業(yè)應(yīng)用也有20年的歷史了。1989年，日本政府聯(lián)合許多大公司共同投資進行了為期6年的“90年代水復(fù)興計劃（Aqua Renaissance Programme’90）”科研項目，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。反應(yīng)器在高容積負荷、低污泥負荷、長泥齡下運行，可以實現(xiàn)基本無剩余污泥排放。因此一種新型高效曝氣工藝一無泡供氧技術(shù)應(yīng)運而生，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100%，達到了目前供氧技術(shù)的最佳效果。它具有很廣的應(yīng)用前景?；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。n 單位處理能力小。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。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。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50～250m3/d。同時通過檢測進水，各反應(yīng)區(qū)，出水污染物指標，從而探討本反應(yīng)器在處理生活污水時，污染物去除規(guī)律和其去除機制。：所有曝氣機的攪拌都開啟，各轉(zhuǎn)角的曝氣機風(fēng)機開啟，剩余風(fēng)機暫不開。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。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用的。研究表明:①DPB易在厭氧/缺氧序批反應(yīng)器中積累。測定方法: CODcr的測定采用重鉻酸鉀法，其他指標均采用國家標準方法進行測定。其去除效果如圖31及圖32所示。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。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。 膜對MBR處理效能的強化促進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。但是此時穩(wěn)定的濾餅層尚未形成，因為通過分析氨氮的出水可以看出，同時大部分文獻均表明，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)。但針對不同的膜污染形成原因，應(yīng)采取不同的措施。在實際操作過程中，通常綜合考慮能耗、操作的簡便性，將多種方法同時運用，以達到最優(yōu)化的生產(chǎn)目的。經(jīng)過離線藥洗后的膜通量可以得到恢復(fù)。如下圖41所示，為穩(wěn)定運行30天內(nèi)的污泥濃度變化圖，穩(wěn)定運行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。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。這種運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。目前有兩種常用的反沖洗方式：空氣反沖洗和水力反沖洗。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)。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，%。出水中沒有出現(xiàn)N02N積累現(xiàn)象。其貢獻圖見圖35。分析造成這種現(xiàn)象的原因，個人認為是由于以下兩種作用共同的結(jié)果。 接著開始進行人工配水的注入，注入量為20%的設(shè)計水量，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COD為400mg/l，厭氧池的進水營養(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，沉降性能良好。試驗表明在缺氧反應(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。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。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。，絲狀菌不會大量繁殖，SVI 一般少于100，不會發(fā)生污泥膨脹。在首段厭氧池主要是進行磷的釋放，使污水中P的濃度升高，溶解性有機物被細胞吸收而使污水中BOD濃度下降；另外NH3—N因細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。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)模進行相關(guān)試驗研究，從處理效果、膜污染防治、運行管理、運行費用等方面與目前應(yīng)用的膜生物反應(yīng)器進行比較，進一步完善改進措施；摸索改進膜生物反應(yīng)器的設(shè)計、運行參數(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。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。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。（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。n 結(jié)構(gòu)緊湊，占地少。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和促進充分攪拌混合的功能，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?；钚晕勰嘀械奈⑸镆话闶轻槍U水培養(yǎng)出來的專性細菌。(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