【正文】 隨著污泥活性的恢復，硝化反應(yīng)進行的更加徹底；但是當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。圖41 穩(wěn)定運行期間MLSS變化情況從圖４－２可以看出，隨著運行的時間，硝化性能有所提高。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。表41為其具體數(shù)據(jù)。 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，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。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。同時定期用檸檬酸浸泡膜清洗。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）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。2）系統(tǒng)具有處理高COD負荷的能力，在處理人工合成廢水時，COD負荷達到4kgCOD/(m3*d)， kgCOD/(m3經(jīng)過離線藥洗后的膜通量可以得到恢復。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藥洗，藥洗采用在線低壓浸潤方式。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。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。在膜進行固液分離的同時對膜表面進行吹掃。 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。 當在線化學藥洗達不到預(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。在膜的運行過程中，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，保持膜在運行過程中的穩(wěn)定運行，每隔24 h進行反沖洗一次。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。采用一定濃度的化學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]。2. 化學清洗　　化學清洗指用化學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方法。目前有兩種常用的反沖洗方式：空氣反沖洗和水力反沖洗。b. 機械反沖　　機械反沖是利用機械動力，反向沖洗膜。張穎等[43]認為，空曝氣的時間不是越長越好，當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。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。相信會有越來越多的環(huán)保工作者從事這項研究與應(yīng)用。但針對不同的膜污染形成原因，應(yīng)采取不同的措施。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能有效恢復膜通量[23]。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。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)。如濃差極化，可通過物理、化學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。膜污染直接導致了膜通量下降，膜使用壽命大大縮短。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。再往后追蹤，48小時以后氨氮濃度仍然在1mg/L以上。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)。但是僅僅24小時不到濁度就恢復為正常水平，；COD也恢復到正常水平出水濃度僅為81mg/L。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。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，當原水直接通過清洗后的膜組件時，已COD為例，%，但是當原水直接通過濾餅層已經(jīng)形成的膜組件時，%。 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。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。同時分析膜通量、出水水質(zhì)、出水濁度及膜截留率的變化。 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。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。當好氧池的COD濃度恢復后，缺氧池的亞硝化氮累積現(xiàn)象也基本消失。出水中沒有出現(xiàn)N02N積累現(xiàn)象。反應(yīng)器運行期間MBR對總氮的去除效果見圖3339。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，%。反應(yīng)器運行期間MBR對氨氮的去除效果見圖36。盡管進水氨氮波動較大，但是出水氨氮含量保持穩(wěn)定。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。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。由此可見膜對于穩(wěn)定出水水質(zhì)起了關(guān)鍵性的作用。其貢獻圖見圖35。 從上述分析中可以得知，膜生物反應(yīng)器中膜對于COD的去除貢獻占有很大的比例，同時對COD降解的生化反應(yīng)主要是在缺氧區(qū)完成。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。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。圖33 COD各區(qū)分布示意圖膜對MBR處理效能的強化促進作用主要表現(xiàn)在以下三個方面：1）通過膜本身的截留作用，對混合液中SS及溶解性的大分子有機物的去除；2）通過膜孔和膜表面吸附作用對溶解性有機物的去除；3）通過膜表面形成的沉積層（或生物膜、凝膠層）對溶解性有機物的吸附和氧化降解。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。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。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。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。 系統(tǒng)對有機物（COD）去除機制的研究為了了解和驗證系統(tǒng)對COD高的去除率，可以從COD在各個反應(yīng)區(qū)的分布數(shù)值入手。%，最高為97%。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?；钚晕勰囫Z化開始階段，反應(yīng)器內(nèi)污泥濃度高達6000mg/L，但由于污泥取自污水二沉池，無機質(zhì)較多，微生物活性不足，而且原水中碳源較低、營養(yǎng)物質(zhì)的不平衡給整個系統(tǒng)帶來了很大的沖擊，導致大量微生物衰減死亡，系統(tǒng)COD去除率較低且不穩(wěn)定。其去除效果如圖31及圖32所示。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。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。 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。每天定時測定好氧池DO（每1小時監(jiān)測一次）、PH等數(shù)值的變化，根據(jù)變化調(diào)節(jié)曝氣量。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)。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。表22 水質(zhì)指標及測定方法分析項目分析方法儀器COD重鉻酸鉀法可調(diào)式電爐TP過硫酸鉀消解鉬酸銨分光光度法高壓鍋、分光光度計TN堿性過硫酸鉀消解紫外分光光度法UV751紫外可見分光光度計NH3N納氏試劑分光光度法DR2800NO3—N二磺酸酚分光光度法UV751紫外可見分光光度計NO2NN（1萘基）乙二胺光度法（A）分光光度計MLSS恒重法烘箱、分析天平DO儀器測定Clean型便攜式溶氧儀pH儀器測定PHS25精密數(shù)顯酸度計濁度分光光度法分光光度計、分析天平SV30體積比法100ml、1000ml量筒生物相觀察法光學顯微鏡如下圖27所示，分別為實驗室常規(guī)測定與凱氏氮的測定。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。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。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。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。這樣,被沉淀的污泥則跨越固定膜反應(yīng)池并與在其內(nèi)生成的硝酸鹽一起進入后續(xù)的缺氧反應(yīng)池,同時進行反硝化和攝磷。在中間沉淀池中活性污泥和富含P和氨的上清液分離。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)。③DPB與完全好氧的聚磷菌PAO ( Polyphosphate ccumulating Organisms)相比,有相似的除磷潛力和對細胞內(nèi)有機物質(zhì)(如PHB)、肝糖的降解能力。研究表明:①DPB易在厭氧/缺氧序批反應(yīng)器中積累。隨著除磷研究在微生物學領(lǐng)域的深化,研究者發(fā)現(xiàn)一種“兼性厭氧反硝化除磷細菌”———DPB(Denitrifying Phosphorus Removing Bacteria)能在缺氧環(huán)境下,在氧化PHB的過程中能以硝酸鹽代替氧作電子受體,使攝磷和反硝化這兩個不同的生物過程,能夠借助同一種細菌在同一環(huán)境中一并完成,實現(xiàn)同時反硝化和過度攝磷,即所謂“一碳(指PHB)兩用”。④工程上采取適當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。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?；谝陨险J識,他們對常規(guī)除磷脫氮工藝提出一種新的碳源分配方式,缺氧區(qū)放在工藝最前端,厭氧區(qū)置后,即所謂的倒置A/A/O工藝(見圖25)。但釋磷本身并不是除磷脫氮工藝的最終目的。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。此外,對傳統(tǒng)A/A/O工藝有人建議,采用1/3進水入缺氧區(qū),2/3進水入?yún)捬鯀^(qū)的分配方案可以取得較高的N、P去除效果。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。碳源的投加位置可以是缺氧反應(yīng)器,也可以是厭氧反應(yīng)器,在厭氧反應(yīng)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。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。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。 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。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。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