【正文】 去除，在進(jìn)水總氮平均為41mg/L的情況下，%。而在第26天換膜后，出水氨氮出現(xiàn)小幅度的波動(dòng)情況，但是總氮出水仍然維持正常情況，可見，總氮主要是通過缺氧反硝化去除。反應(yīng)器運(yùn)行期間MBR對(duì)總氮的去除效果見圖3339。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)。，出水中沒有出現(xiàn)N02N積累現(xiàn)象。但是在運(yùn)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(shí)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]。，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。因此，可初步說明硝化菌的生長會(huì)受到反應(yīng)器內(nèi)環(huán)境的影響。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。系統(tǒng)出水硝化氮在48mg/L之間波動(dòng)，基本在6mg/L上下，出水穩(wěn)定，系統(tǒng)的硝化效果良好。 膜對(duì)MBR處理效能的強(qiáng)化促進(jìn)作用研究通過以上的分析可以看出，膜對(duì)于系統(tǒng)對(duì)除污染物的去除有十分顯著的作用。為了進(jìn)一步驗(yàn)證和了解膜在整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行中對(duì)污染物去除效果的影響，設(shè)計(jì)了如下實(shí)驗(yàn)，在系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定時(shí)清洗浸泡膜組件，首先將原水分別直接通過運(yùn)行一段時(shí)間的膜組件和用檸檬酸清洗浸泡后的膜組件，這時(shí)的運(yùn)行一段時(shí)間膜表面已經(jīng)形成濾餅層，然后測(cè)定其對(duì)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(shí)間測(cè)定出水中有機(jī)物的含量，實(shí)驗(yàn)結(jié)束后再將原水通過膜組件測(cè)量其對(duì)污染的去除效果。同時(shí)分析膜通量、出水水質(zhì)、出水濁度及膜截留率的變化。調(diào)節(jié)膜出水閥門，、 Mp、 Mp，記錄不同壓力下膜的通量變化，其變化實(shí)驗(yàn)結(jié)果如下圖313131314。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)。分析變化原因：首先是由于抽水泵非恒壓水泵，抽水壓力瞬時(shí)有變化，所以出水不穩(wěn)定；其次是膜存在一定的污染，造成壓力上升而流量反而下降的現(xiàn)象；此外，由于膜一開始就放入反應(yīng)器，在未抽水時(shí)就已經(jīng)受到污染，故在運(yùn)行較短時(shí)間內(nèi)通量降低較快。 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。自從清洗后，膜通量一直保持較穩(wěn)定狀態(tài)，說明到實(shí)驗(yàn)結(jié)束膜通量變化不明顯，膜污染情況得到了有效的預(yù)防。 如圖313131318，為清洗膜組件前后出水水質(zhì)、出水濁度及膜截留率的變化。圖中0時(shí)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。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(shí)，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(shí)，%?？梢娔け砻鏋V餅層的形成使得膜對(duì)原水的去除效果有了較大的提高，這時(shí)膜對(duì)原水中的污染物的去除機(jī)制主要是濾餅層對(duì)污染物的吸附和氧化降解。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。對(duì)于濁度和COD，清洗后膜組件換上去以后出水濁度明顯升高達(dá)到48，COD也上升到了629mg/L。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?？梢钥闯瞿ぴ诜磻?yīng)器運(yùn)行初期其表面具有攔截作用的濾餅層就能快速形成。但是此時(shí)穩(wěn)定的濾餅層尚未形成，因?yàn)橥ㄟ^分析氨氮的出水可以看出，同時(shí)大部分文獻(xiàn)均表明，膜對(duì)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)。所以經(jīng)過24小時(shí)后，雖然膜攔截能力明顯提高。再往后追蹤，48小時(shí)以后氨氮濃度仍然在1mg/L以上?？梢娋哂形浇到饽芰Φ臑V餅層并不是在初期就能快速形成，而是需要一定的時(shí)間才能在膜表面形成。這樣也說明了膜不僅僅對(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。 膜污染與清洗 膜污染及其減緩防治措施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)械作用而引起的人膜表面或膜孔內(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。膜污染直接導(dǎo)致了膜通量下降，膜使用壽命大大縮短。膜污染分為可逆和不可逆膜污染。如濃差極化，可通過物理、化學(xué)和生物方法來減輕和改善的一類污染為可逆膜污染；而膜孔堵塞、不合理的料液性質(zhì)使膜受到腐蝕及膜的自身劣化等稱為不可逆膜污染。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]。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)。實(shí)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。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(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)來阻止或延緩膜污染的發(fā)生。對(duì)已污染的膜進(jìn)行處理，使其恢復(fù)膜通量，目前歸納起來主要有三種方法，一是反沖洗，反沖洗是提高膜透水率和保護(hù)膜透水穩(wěn)定性的重要技術(shù)，樊耀波教授曾對(duì)MBR的反沖洗周期做過研究[22]，得出確定MBR的反沖洗周期公式，并探討如何在實(shí)際運(yùn)行過程中測(cè)得的最佳反沖洗周期，至于反沖洗水量，反沖洗壓力還有待于進(jìn)一步研究。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]。三是在線藥洗[2425]，但采用在線藥洗時(shí)需要小心謹(jǐn)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(duì)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(shí)間有待于作更優(yōu)化的研究。但針對(duì)不同的膜污染形成原因，應(yīng)采取不同的措施。MBR水處理技術(shù)是未來水工業(yè)中極具生命力的一項(xiàng)新技術(shù)，是能真正實(shí)現(xiàn)污水回用，廢水資源化的一項(xiàng)重要且競(jìng)爭力強(qiáng)的技術(shù)，但其實(shí)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。相信會(huì)有越來越多的環(huán)保工作者從事這項(xiàng)研究與應(yīng)用。 膜的清洗1. 物理清洗　　物理清洗是指依靠機(jī)械的沖刷、反沖洗使得膜表面、膜孔內(nèi)的污染物脫落的過程。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?？掌貧饽軓?qiáng)化水流循環(huán)作用,對(duì)減小因膜表面附著較厚的污泥層而引起的過濾阻力增大有顯著作用，并能延長膜的運(yùn)行壽命[44]。張穎等[43]認(rèn)為，空曝氣的時(shí)間不是越長越好，當(dāng)空曝氣的時(shí)間超過一定限度時(shí)，膜過濾壓差將不再有大的變化。另外，空曝氣并非在任何情況下都有效，由于空曝氣實(shí)際上是通過強(qiáng)化水流循環(huán)作用的物理清洗方法，因此，只有當(dāng)膜面附著的污泥層對(duì)膜的過濾阻力造成的影響很大時(shí),這種方法的效果才比較顯著。b. 機(jī)械反沖　　機(jī)械反沖是利用機(jī)械動(dòng)力，反向沖洗膜。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。目前有兩種常用的反沖洗方式：空氣反沖洗和水力反沖洗。MBR 中反沖洗能使操作在較高通量下進(jìn)行而膜阻力不會(huì)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]。2. 化學(xué)清洗　　化學(xué)清洗指用化學(xué)藥劑對(duì)污染過的膜進(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。在線藥洗通過加藥泵反沖洗膜，簡化了膜組件的裝卸程序。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]。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。在實(shí)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(shí)運(yùn)用，以達(dá)到最優(yōu)化的生產(chǎn)目的。綜上，本實(shí)驗(yàn)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(duì)膜表面進(jìn)行沖洗，防止懸浮物的附著和沉淀。在膜的運(yùn)行過程中，一直伴隨著濃差極化現(xiàn)象的發(fā)生，為了防止和減緩這一現(xiàn)象的發(fā)生，保持膜在運(yùn)行過程中的穩(wěn)定運(yùn)行，每隔24 h進(jìn)行反沖洗一次。在高濃度、高微生物含量的污水中長期運(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方式。 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。經(jīng)過離線藥洗后的膜通量可以得到恢復(fù)。 本實(shí)驗(yàn)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(yùn)行的關(guān)鍵。除了在制造工藝上采取了必要的措施外，還可以采取動(dòng)態(tài)吹掃和靜態(tài)吹掃等方法。在膜進(jìn)行固液分離的同時(shí)對(duì)膜表面進(jìn)行吹掃。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(shí)現(xiàn)對(duì)膜表面的沖洗。這種運(yùn)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。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(dòng)將懸浮堆積于膜表面的顆粒抖落，并被沖洗液流迅速?zèng)_走，因而膜表面得以良好的沖洗。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。2．在膜的運(yùn)行過程中，一直伴隨著濃差極化現(xiàn)象的發(fā)生，為了防止和減緩這一現(xiàn)象的發(fā)生，保持膜在運(yùn)行過程中的穩(wěn)定運(yùn)行，每隔24 h進(jìn)行反沖洗一次。3．在高濃度、高微生物含量的污水中長期運(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方式。4．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。經(jīng)過離線藥洗后的膜通量可以得到恢復(fù)。 本章小結(jié)與問題1）改進(jìn)后的膜生物反應(yīng)器對(duì)COD，氨氮，總氮有很好的去除效果，整個(gè)反應(yīng)器運(yùn)行期間，%、氨氮的平均去除率為95%、%，整個(gè)系統(tǒng)對(duì)COD、氨氮總氮的去除顯示出了良好的穩(wěn)定性。2）系統(tǒng)具有處理高COD負(fù)荷的能力，在處理人工合成廢水時(shí)，COD負(fù)荷達(dá)到4kgCOD/(m3*d)， kgCOD/(m3d)的容積負(fù)荷相比要高810倍，這也是膜生物反應(yīng)器的優(yōu)點(diǎn)之一。3）通過研究發(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。4）通過研究膜去除污染物機(jī)制后，發(fā)現(xiàn)雖然在反應(yīng)器運(yùn)行初期膜就具有良好的機(jī)械攔截能力，但是形成穩(wěn)定的具有吸附降解能力的濾餅層需要更長的時(shí)間。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)變得越來越差，同時(shí)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(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。6）為防止膜污染，本實(shí)驗(yàn)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(duì)膜表面進(jìn)行沖洗，防止懸浮物的附著和沉淀。同時(shí)定期用檸檬酸浸泡膜清洗。 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(shí)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。所以對(duì)膜生物反應(yīng)器中污泥形態(tài)的研究是非常必要的。由于本系統(tǒng)采用射流曝氣泵，由于其強(qiáng)大的復(fù)氧能力使得反應(yīng)器中污泥更加的細(xì)碎，所以設(shè)計(jì)了如下實(shí)驗(yàn)來分析膜生物反應(yīng)器中污泥形態(tài)的變化，進(jìn)而得出這些變化對(duì)污染物去除效果的影響。 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，污泥的沉降性能嚴(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。 從污水處理廠取回泥后，使其適應(yīng)人工配水水質(zhì)后（即COD的去除率90%）投入反應(yīng)器中，在系統(tǒng)運(yùn)行的第一天，污泥濃度為6019mg/L，其污泥SV30為55%，SVI值為102，污泥沉降性能良好；而從第二天開始污泥的沉降實(shí)驗(yàn)中就觀察到，泥水界面已經(jīng)變的非常模糊，SV30達(dá)到64%；第4天時(shí)，反應(yīng)器內(nèi)的污泥基本鏡檢也發(fā)現(xiàn)泥水基本已經(jīng)完全混合在一起，混合液中的細(xì)菌基本呈游離狀態(tài)。表41為其具體數(shù)據(jù)。表41 污泥體積指數(shù)變化表運(yùn)行天數(shù)MLSS(mg/L)SV30SVI(mL/g)1601955%1022641464%4429360%139第4天以后至此階段實(shí)驗(yàn)結(jié)束，污泥的沉降性能始終保持著穩(wěn)定增長。如下圖41所示，為穩(wěn)定運(yùn)行30天內(nèi)的污泥濃度變化圖，穩(wěn)定運(yùn)行30天內(nèi)對(duì)應(yīng)的污泥SVI值和SV30值變化情況見下圖43和44。圖 42為污泥濃度與氨氮的去除關(guān)系。圖41 穩(wěn)定運(yùn)行期間MLSS變化情況從圖４－２可以看出，隨著運(yùn)行的時(shí)間，硝化性能有所提高。起初污泥濃度雖然高，但是活性污泥較低，所以氨氮的去除效果較后來差。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