【文章內(nèi)容簡介】 等人在研究厭氧硝化液與膜通量的關(guān)系時發(fā)現(xiàn)，微生物膠體在膜污染過程中起主要作用。劉銳等人發(fā)現(xiàn)與傳統(tǒng)活性污泥法相比，膜生物反應器中的大分子有機物濃度明顯較高。張穎等人和胡允良在研究中也發(fā)現(xiàn)在一個長時間運行的處理生活污水的膜生物反應器中，難降解有機物會在混合液中累積，導致濾餅層增厚并阻塞膜孔，從而縮短膜的使用壽命。（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。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。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。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。為增加顆粒平均粒徑，提高膜表面對污染物質(zhì)的截留效率，減少膜孔堵塞情況的發(fā)生，目前采用較多的方法是添加粉末活性炭和絮凝劑。Jacangelo等認為，粉末活性炭可在凝膠層上形成一個動態(tài)層，能夠吸附一部分溶解性有機物以及低分子小顆粒物質(zhì)，減少膜孔堵塞。羅虹等通過實驗發(fā)現(xiàn)，投加粉末活性炭后膜污染阻力降低了約73%。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。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。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。 ③優(yōu)化操作方式當膜通量控制在臨界膜通量下操作時，可極大地減少膜污染，避免膜孔堵塞，延長膜的使用壽命。采用間歇方式出水或壓力遞增模式出水也可減少膜污染。合理曝氣可產(chǎn)生紊流，清洗膜表面和阻止污泥聚集，就能保持膜通量穩(wěn)定，膜孔堵塞減弱。④其他方法采用膜清洗、選用抗污染膜等都能在一定程度上減少膜孔堵塞現(xiàn)象的發(fā)生。定時進行膜清洗(如反沖洗、超聲波清洗等)對恢復膜通量都有明顯的作用，對減少膜污染、膜孔堵塞、疏通膜孔有幫助。 膜生物反應器的研究應用進展國外有專家把膜技術(shù)的發(fā)展稱為“第三次工業(yè)革命”，作為21世紀最有前途的高新技術(shù)之一。在1966年,美國的Dorroliver公司首先將MBR 用于廢水處理的研究。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。1969年Budd等的分離式MBR技術(shù)獲得了美國專利。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。同時厭氧MBR研究也相繼開始進行。1978年，Grethlien等進行了厭氧MBR處理生活污水的研究。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。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。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)模上都大大推進一步。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)。MBR在我國水處理的應用研究首先從分離式MBR開始。1993年中國科學院生態(tài)環(huán)境研究中心王菊思啟動MBR的研究。同年上海華東理工大學環(huán)境工程研究所進行了MBR處理人工合成污水和制藥廢水的可行性研究。1995年，樊耀波將MBR用于石油化工污水凈化的研究, 研制出一套實驗室規(guī)模的好氧分離式MBR。1997年中國科學院生態(tài)環(huán)境研究中心開始了穿流式MBR 的研究工作，清華大學等高校開展了分離式MBR 和一體式MBR的研究。MBR的研究對象從生活污水擴展到工業(yè)廢水，生物反應器從活性污泥法擴展到接觸氧化法，生物處理流程從好氧發(fā)展到厭氧，并且對不同污水的處理效果和系統(tǒng)的穩(wěn)定運行操作條件的優(yōu)化進行了研究。 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)合對污水進行處理，強化其脫氮除磷效果，并采用射流曝氣，充分利用混合液回流的動力，設(shè)備簡單，運行方便。本研究的主要目的：將一體式膜生物反應器與射流曝氣相結(jié)，組成一種新型膜生物反應器并在中試規(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用的膜生物反應器進行比較，進一步完善改進措施；摸索改進膜生物反應器的設(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用價值的新型膜生物反應器。 研究意義本研究的意義：本研究針對現(xiàn)有膜生物反應器存在的問題，提出一種新型的膜生物反應器，該反應器利用一體式膜生物反應器高比例回流的動力形成射流曝氣為反應器充氧，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器高，運行管理更為方便，具有較好的推廣應用價值。 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。本試驗采用射流曝氣泵，因為射流曝氣能提高氧的傳遞效率和利用率，可滿足好氧區(qū)的曝氣要求，而不需要鼓風機；利用了A/A/O工藝良好的脫氮除磷性能，同時結(jié)合膜的高效截留作用，大大提高了TN與TP的去除率；采用超濾膜組件可大大提高膜通量而使投資成本降低；需要真空抽吸；本研究所采用的設(shè)備數(shù)量少，運行管理方便。研究該工藝處理混合污水的效果及其膜污染的情況。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。同時通過檢測進水，各反應區(qū)，出水污染物指標，從而探討本反應器在處理生活污水時，污染物去除規(guī)律和其去除機制。處理生活污水期間，分階段觀測反應器中污泥形態(tài)，再對比前期工作，得出結(jié)論。本研究采用一體式膜生物反應器的形式，反應池分為配水池，進水池，厭氧池，缺氧池和好氧池，進水泵連續(xù)抽水進入?yún)捬醭兀瑓捬醭氐乃桓哂谌毖醭?，混合液通過自由跌水的方式連續(xù)進入缺氧池，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入好氧池，好氧池的混合液進入膜組件，通過抽吸泵抽水并回流至配水池，利用射流器強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行處理的試驗研究。利用膜生物反應器的高污泥負荷與良好的泥水分離效果，針對膜生物反應器高能耗，易發(fā)生膜污染等問題，采用射流曝氣，因為射流曝氣能能顯著增加表面錯流速度，有利于在膜組件表面形成較好的紊動而大大延緩膜污染的形成。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。本研究的技術(shù)路線內(nèi)容如下圖111。污泥培養(yǎng)馴化A/A/O+MBR運行試驗研究處理原水 膜對污染物去除效果的研究改變進水流量改變DO,SRT,HRT改變污水水回流比及污泥回流比膜對污染物的去除效果分析C N P的去除效果膜通量隨時間的變化反應器中污泥形態(tài)的變化 歸納出污泥回流比,污水水回流比，進水流量,DO,SRT,HRT對污染物C,N,P降解性能的影響以及膜污染的規(guī)律。研究膜去除污染物的機理圖111 技術(shù)路線圖2 實驗裝置與研究方法 A/A/O實驗裝置脫氮除磷 A/A/O法基本工藝原理A/A/O生物脫氮除磷工藝將傳統(tǒng)的活性污泥、生物硝化工藝結(jié)合起來, 取長補短, 更有效的去除水中的有機物。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。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。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。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。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。所以，A/A/O能同時完成有機物的去除、硝化脫氮、磷的過量攝取而被去除等功能，脫氮的前提是NH3—N應完全硝化，好氧池能完成這一功能；缺氧池則完成脫氮功能。圖21 A/A/0實驗工藝流程圖圖22 A/A/O工藝主要污染去除變化曲線圖 A/A/O 法污水處理開工調(diào)試污水處理系統(tǒng)開工調(diào)試主要分3個階段： 悶曝培養(yǎng)→連續(xù)進水馴化→穩(wěn)定進水試運行具體操作方案如下：投加菌種將曝氣池注滿清水，%%向曝氣池中投加脫水活性污泥,盡量在2天內(nèi)投加完畢。培菌步驟當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。：所有曝氣機的攪拌都開啟，各轉(zhuǎn)角的曝氣機風機開啟，剩余風機暫不開。在污泥量少，供氧有富余時悶曝35小時后進入靜沉步驟。：。需要注意的是開始靜沉前。：按a→b→a的順序不斷反復上述步驟，當監(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。以前2次進水時間間隔為基準安排進水時間，并且每天將此間隔縮短1半。：經(jīng)過57天的培養(yǎng)，曝氣池污泥濃度（MLSS）達到1500mg/L左右時，可以進入馴化步驟。馴化步驟：按設(shè)計處理量的30%左右連續(xù)進水，在系統(tǒng)正常運行前提下每天按現(xiàn)有處理量的10%遞增進水，直到達到設(shè)計處理量。試運行 A/A/O工藝的特點、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配合，能同時具有去除有機物、脫氮除磷的功能。，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。，絲狀菌不會大量繁殖，SVI 一般少于100，不會發(fā)生污泥膨脹。，%以上。，使之混合，而以不增加溶解氧為度。、缺氧狀態(tài)，以避免聚磷菌釋放磷而降低出水水質(zhì)，以及反硝化產(chǎn)生N2而干擾沉淀。，除磷效果則受回流污泥中挾帶DO 和硝酸態(tài)氧的影響，因而脫氮除磷效率不可能很高。 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)的應用。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。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。如果厭氧區(qū)存在較多的硝酸鹽,反硝化菌會以有機物為電子供體進行反硝化,消耗進水中有機碳源,影響厭氧產(chǎn)物PHB的合成,進而影響到后續(xù)除磷效果。一般而言,要同時達到氮、磷的去除目的,城市污水中碳氮比(COD/N)至少為4?5[2]。當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(有時甚至會導致聚磷菌直接吸磷),最終影響到整個營養(yǎng)鹽去除系統(tǒng)的穩(wěn)定運行。為解決A2/O工藝碳源不足及其引起的硝酸鹽進入?yún)捬鯀^(qū)干擾釋磷的問題,研究者們進行了大量工藝改進,歸納起來主要有三個方面:一是解決硝酸鹽干擾釋磷問題而提出的工藝,如:UCT、MUCT等工藝。二是直接針對碳源不足而采取解決措施,如補充碳源、改變進水方式、為反硝化和除磷重新分配碳源,進而形成的一些工藝,如:JHB工藝、倒置A2/O工藝。三是隨著反硝化除磷細菌DPB的發(fā)現(xiàn)形成的以厭氧污泥中PHB為反硝化碳源的工藝,如:Dephanox工藝和雙污泥系統(tǒng)的除磷脫氮工藝。 A/A/O工藝流程的改進措施 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。當UCT工藝作為階段反應器在水力停留時間較短和低泥齡下運行時在美國被稱為VIP(Virginia Initiative Process,1987)工藝。與A/A/O工藝相比,UCT工藝在適當?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。當進水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)。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。圖23 UCT工藝流程圖24 MUCT工藝流程 補充碳源可分為兩類:一類是包括甲醇、乙醇、丙酮和乙酸等可用作外部碳源的化合物,一類是易生物降解的COD源,它們可以是初沉池污泥發(fā)酵的上清液或其它酸性消化池的上清液或者是某種具有大量易生物降解COD組分的有機廢水,例如:麥芽工業(yè)廢水、水果和蔬菜工業(yè)廢水和果汁工業(yè)廢水等。碳源的投加位置可以是缺氧反應器,也可以是厭氧反應器,在厭氧反應器中投加碳源不僅能改善除磷,而且能增加硝酸鹽的去除潛力,因為投加易生物降解的COD能使起始的脫氮速率加快,并能運行較長的一段時間。 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池后,可引發(fā)常規(guī)活性污泥法系