【正文】 ，可以采用強酸或者強堿清洗?；瘜W(xué)清洗后的流量回復(fù)性好。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。中空絲膜能夠截留幾乎所有的微生物，尤其是針對難以沉淀的、增殖速度慢的微生物，因此系統(tǒng)內(nèi)的生物相極大豐富，活性污泥馴化、增量的過程大大縮短，處理的深度和系統(tǒng)抗沖擊的能力得以加強，處理水質(zhì)穩(wěn)定。膜分離使污水中的大分子難降解成分，在體積有限的生物反應(yīng)器內(nèi)有足夠的停留時間，大大提高了難降解有機物的降解效率。中空絲膜所需的吸引壓力僅為－～－，動力消耗低。其簡單組合工藝見圖14：圖14膜生物反應(yīng)器簡單組合工藝MBR主要由膜組件，泵和生物反應(yīng)器三部分組成，生物反應(yīng)器是污染物降解的主要場所，膜是對混合液和對特殊污染物進行分離和萃取的介質(zhì)，而泵則是為滿足分離和萃取提供所需的動力(壓力)的必需設(shè)備(根據(jù)泵與膜組件的相對位置不同分為加壓泵和吸壓泵兩類)。內(nèi)壓式中，水的透過方向是從管內(nèi)向管外，而外壓式相反。而根據(jù)膜組件在膜生物反應(yīng)器中所起作用的不同，可將其分為：分離膜生物反應(yīng)器、萃取膜生物反應(yīng)器和無泡曝氣膜生物反應(yīng)器三種類型。其中分離膜生物反應(yīng)器是目前研究和應(yīng)用最廣泛和深入的膜生物反應(yīng)器，在無特指的情況下，通常稱之為MBR。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。曝氣設(shè)備產(chǎn)生氣泡，大量氣泡帶動液體形成的水流波動造成的膜元件之間的摩擦，這有助于膜表面污染層的脫落。(2) 無泡曝氣膜生物反應(yīng)傳統(tǒng)的曝氣系統(tǒng)采用的是鼓泡曝氣供氧，動力消耗大，氧氣傳質(zhì)效率低，無法滿足微生物對氧的需求。而無泡供氧技術(shù)與生物反應(yīng)器相結(jié)合形成了一種新型膜生物反應(yīng)器，即無泡曝氣膜生物反應(yīng)器(Membraneaerated biofilm reactor MABR).該技術(shù)具有傳氧效率高、硝化與反硝化一體化、污泥發(fā)生量小以及運行管理方便等優(yōu)點，是處理高需氧量廢水的一項新技術(shù)。其裝置示意圖見圖116。此外，廢水中含有揮發(fā)性有毒物質(zhì)時，如采用生化法曝氣，則會發(fā)生氣提現(xiàn)象，從而影響處理的穩(wěn)定性。為了解決這些技術(shù)難題，英國學(xué)者Livingston于1993年研究開發(fā)了萃取式MBR（EMBR）。萃取膜生物反應(yīng)器中，污泥與廢水并不直接接觸，廢水在膜腔內(nèi)流動，而活性污泥則在膜外流動。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。其裝置示意圖見圖17。[8]人用萃取膜生物反應(yīng)器處理制藥工藝廢水(含有毒揮發(fā)性物質(zhì)如DCM) ，證明不論從技術(shù)角度還是從經(jīng)濟角度，它都優(yōu)于這類廢水的傳統(tǒng)處理方法，像活性炭吸附法、空氣清洗法、氣提法等。以上三種類型的膜生物反應(yīng)器的特性比較見表11表11 三類膜生物反應(yīng)器的優(yōu)缺點反應(yīng)器類型優(yōu)點缺點膜分離生物反應(yīng)器l 占地面積小；l 徹底去除水中的固體物質(zhì)；l 出水無需消毒；l COD、營養(yǎng)物質(zhì)可以在一個單元內(nèi)被去除；l 高負(fù)荷率和低污泥產(chǎn)率；l 流程啟動快；l 系統(tǒng)不受污泥膨脹的影響；l 模塊化、升級改造容易。膜曝氣生物反應(yīng)器l 氧利用率高；l 能量利用率高；l 占地面積小；l 氧需要量大，可以在供氧時控制；l 模塊化、升級改造容易。萃取膜生物反應(yīng)器l 可以處理有毒工業(yè)廢水；l 出水流量?。籰 模塊化、升級改造容易；l 細(xì)菌與廢水隔離。又按膜分離技術(shù)與生物反應(yīng)器的組合方式，可分為分置式和一體式（淹沒式）兩種MBR。原水進入生物反應(yīng)器后，其有機底物在其高濃度的混合活性污泥的作用下得到氧化分解。處理后的廢水經(jīng)抽水泵的負(fù)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。圖18一體式膜生物反應(yīng)器(5) 分置式膜生物反應(yīng)器分置式MBR工藝(亦稱之為交叉流MBR，CMBRCrossflow Membrane BIOReactor)。生物反應(yīng)器中混合液經(jīng)抽液泵加壓提送至膜組件，在壓力作用下，混合液中的液相濾過膜組件而成為處理出水。其工藝流程圖見圖19。n 膜組件的清洗、更換及增設(shè)比較容易。n 膜組件可與各種生物反應(yīng)器結(jié)合，構(gòu)成不同的分置式膜生物反應(yīng)器。n 裝置簡單，不需循環(huán)泵，只需一臺小流量的抽吸泵、曝氣器和一個反應(yīng)池即可。n 操作壓力比較小，遠(yuǎn)小于分置式（）。n 因為不需要循環(huán)泵，所以可以避免微生物菌體的失活。主要缺點n 為了減少污染物在膜面的沉積，料液流速一般要求要達到很高，動力消耗相應(yīng)也高。n 分置式MBR的運行成本高，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于常規(guī)處理。n 透水率低，膜污染更為嚴(yán)重。綜上所述MBR技術(shù)具有許多傳統(tǒng)生物處理工藝無法企及的明顯優(yōu)勢， 主要可以歸納為以下幾點: ①固液分離效率高， 遠(yuǎn)好于傳統(tǒng)的沉淀池，出水水質(zhì)好，可直接回用，容易實現(xiàn)污水資源化；②反應(yīng)器內(nèi)微生物濃度高，種類多樣，泥齡長，對有機物的去除率高，且耐沖擊負(fù)荷；③生物反應(yīng)器內(nèi)微生物濃度高，MLSS為常規(guī)處理工藝的3~10倍，因此使構(gòu)筑物體積大大縮??；同時剩余污泥產(chǎn)量小，污泥處理費用少；④對于氮、磷污染物有較高的去除率；⑤膜生物反應(yīng)器實現(xiàn)了反應(yīng)器泥齡（SRT）和水力停留時間（HRT）的徹底分離，使設(shè)計和操作大大簡化；⑥系統(tǒng)可實現(xiàn)全程自動化控制，占地面積小，工藝設(shè)備集中。而造成高能耗的原因主要是因為膜生物反應(yīng)器的膜易于污染。這一過程也需要加大曝氣量來實現(xiàn)，從而增加了能耗。所以，要實現(xiàn)膜生物反應(yīng)器的廣泛應(yīng)用，必須解決的問題就是膜污染。膜污染直接導(dǎo)致了膜通量下降。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。（2）膜污染的形成根據(jù)近年來對于MBR膜污染形成因素的研究，可以得知影響膜污染形成因素主要有三個方面；膜的性質(zhì)，混合液以及膜分離操作條件。膜分離的操作條件主要包括：操作壓力、膜面流速和運行溫度三個方面。而造成膜污染的主要因素是混合液中的活性污泥。理論上講， Tardieu 等人在研究好氧膜生物反應(yīng)器過程中得出結(jié)論，認(rèn)為數(shù)量占優(yōu)的微生物是導(dǎo)致膜污染的主要因素。劉銳等人發(fā)現(xiàn)與傳統(tǒng)活性污泥法相比，膜生物反應(yīng)器中的大分子有機物濃度明顯較高。（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。Harmant等認(rèn)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。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。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%。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。 ③優(yōu)化操作方式當(dāng)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。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。定時進行膜清洗(如反沖洗、超聲波清洗等)對恢復(fù)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。在1966年,美國的Dorroliver公司首先將MBR 用于廢水處理的研究。1969年Budd等的分離式MBR技術(shù)獲得了美國專利。同時厭氧MBR研究也相繼開始進行。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。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。MBR在我國水處理的應(yīng)用研究首先從分離式MBR開始。同年上海華東理工大學(xué)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。1997年中國科學(xué)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(xué)等高校開展了分離式MBR 和一體式MBR的研究。 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。 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。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(fēng)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。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。處理生活污水期間，分階段觀測反應(yīng)器中污泥形態(tài)，再對比前期工作，得出結(jié)論。利用膜生物反應(yīng)器的高污泥負(fù)荷與良好的泥水分離效果，針對膜生物反應(yīng)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。本研究的技術(shù)路線內(nèi)容如下圖111。研究膜去除污染物的機理圖111 技術(shù)路線圖蘇州科技學(xué)院本科生畢業(yè)論文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。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。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(yīng)完全硝化，好氧池能完成這一功能；缺氧池則完成脫氮功能。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。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。以前2次進水時間間隔為基準(zhǔn)安排進水時間，并且每天將此間隔縮短1半。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。，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。，%以上。、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。 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(fù)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。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。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]。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。三是隨著反硝化除磷細(xì)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。當(dāng)UCT工藝作為階段反應(yīng)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。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)。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。 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。Johannesburg(JHB)工藝是在A/A/O工藝到厭氧區(qū)污泥回流線路中增加了一個缺氧池,這樣,來自二沉池的污泥可利用33%左右進水中的有機物作為反硝化碳源去除硝態(tài)氮,以消除硝酸鹽對厭氧池厭氧環(huán)境的不利影響。 同濟大學(xué)高廷耀、張波等[34]認(rèn)為,傳統(tǒng)A/A/O工藝厭氧、缺氧、好氧布置的合理性值得懷疑。這種作法是以犧牲系統(tǒng)的反硝化速率為前提的。就工藝的最終目的而言,把厭氧區(qū)前置是否真正有利,利弊如何,是值得研究的。圖25 倒置的A/A/O工藝流程其特點如下:①聚磷菌厭氧釋磷后直接進入生化效率較高的好氧環(huán)境,其在厭氧條件下形成的吸磷動力可以得到更充分的利用,具有“饑餓效應(yīng)”優(yōu)勢。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。據(jù)他們報道,該工藝在實驗室機理試驗中得到了較好的除磷脫氮效果。這對于解決除磷系統(tǒng)反硝化碳源不足的問題和