【正文】 對總氮有良好的去除，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，但趨勢保持一致，整體保持上升趨勢，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，膜對于系統(tǒng)對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，然后測定其對污染物的去除率，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量其對污染的去除效果。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原水的去除效果有了較大的提高，這時(shí)膜對原水中的污染物的去除機(jī)制主要是濾餅層對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。對于濁度和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于大分子COD物質(zhì)有攔截作用，同時(shí)還能對部分小分子物質(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。空曝氣能強(qiáng)化水流循環(huán)作用,對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