【正文】 降低系統(tǒng)充氧能耗都具有一定的意義,于是產生了利用DPB的反硝化除磷工藝。②DPB在傳統(tǒng)除磷系統(tǒng)中大量存在。Wanner在1992年率先開發(fā)出第一個以厭氧污泥中的PHB為反硝化碳源的工藝,取得了良好的N、P去除效果,該工藝就是DEPHANOX工藝。原污水進入厭氧反應池后,聚磷菌放磷,大部分有機底物被污泥生物降解。上清液在固定膜反應池進行硝化。再曝氣池吹脫氮氣并使聚磷菌完全再生。 實驗裝置實物圖本試驗是在一體式膜生物反應器中采用射流曝氣來減緩膜污染，將射流曝氣用于膜組件前面，利用射流曝氣強大的氣水沖刷能力提高膜表面的錯流速度，使膜組件表面形成較大的紊動而大大延緩膜污染的形成。裝置的實物照片見下圖26。按缺氧池濃度進出守恒，設計進水COD：N：P=300：5：1，如下表21所示，為運行期間人工配水水質要求范圍：表21 人工配水水質要求項目CODcr mg/L氨氮mg/LKNmg/LPHTPmg/L硝態(tài)氮mg/L范圍3006005305350平均值45016200本研究，定期測定的指標包括CODcr、NH+4N、TN、NO3N、NO2N、TP、濁度、PH值等。具體方法見表22。 實驗室常規(guī)測定 實驗室凱氏氮蒸餾裝置圖27 實驗裝置清水實驗，在好氧池中注入清水，啟動電機與抽水泵，實驗觀察射流曝氣的充氧性能，測定該條件下的清水通量，得出最佳運行條件。污泥來自污水處理廠二沉池排泥，經靜沉棄去上清液后將污泥濃縮后移入反應器內。測定沉降比、污泥濃度，觀察活性污泥的生長情況。測定初期水質及排水階段上清液的水質，根據水質情況調節(jié)進水量和養(yǎng)料的投加。 逐漸增加進水量，控制曝氣量，使好氧池DO值在24mg/l之間，進水直至達到預計水量即達到滿負荷。監(jiān)測水質的情況。3 系統(tǒng)處理人工合成污水的效果研究 系統(tǒng)對有機物(COD)去除特性的研究 系統(tǒng)對有機物（COD）去除效果的研究在反應器運行的60天內，分別對進水COD，缺氧池上清液COD，好氧池上清液COD，出水COD做了測定，其中上清液COD是指取反應器中泥水混合液，經過30min沉淀后取上清液測得。圖31 COD去除效果示意圖圖32 COD去除率在無排泥條件下，系統(tǒng)運行近1個月，反應器進水COD濃度在300700mg/L。經過馴化，系統(tǒng)MLSS從6000mg/L降至4000mg/L左右，隨著微生物在新的環(huán)境中的慢慢調整適應，活性污泥性狀開始轉好，污泥濃度逐步提高。從圖中可以看出，在運行穩(wěn)定期的30天內，進水COD濃度在300mg/L700mg/L之間，平均COD體積負荷為4kg/m3*d，基本穩(wěn)定在25mg/l以下。保持了一個非常高的去除效果。從圖33可以看出COD在各區(qū)中的分布，好氧區(qū)的COD濃度隨著運行時間的增長而增加，同時從的監(jiān)測數據中也發(fā)現，上清液的濁度也隨著運行時間的增長而增大，從最初的28上升至了918。1）系統(tǒng)長期運行而導致的SMP（Soluble microbial products，溶解性微生物產物，主要是指微生物在代謝過程中排出或分泌的產物）的積累，而關于SMP的組成，金若菲等人[23]認為主要是由UAP (substrate utilization associated production): 微生物在分解基質產生能量，進行自身生長繁殖的同時產生；BAP(biomass associated production):微生物細胞內源呼吸過程中，伴隨細胞解體釋放的，兩類物質組成。從而大量的SMP的積累就必然導致了上清液濁度和COD的上升。從而影響上清液濁度。這就是MBR反應器中膜對有機物去除的強化作用。上述三個作用機理所產生的強化作用各有側重，其中第一種機理主要強化對大分子溶解性物質和不溶性SS的去除，而第二、三種機理主要強化對溶解性的小分子物質的去除。圖34 膜對污染物的截留機理示意圖從圖33中還可以看出，缺氧池的COD濃度值隨著進水COD濃度的波動而波動，同時隨著運行時間的增長，缺氧池的COD濃度在總的趨勢上有小幅度的增加，缺氧區(qū)COD濃度隨著運行時間而增加是因為，缺氧池COD的來源主要有兩個方面。同時為了了解COD在缺氧區(qū)的降解程度，可以首先假設缺氧區(qū)未降解COD，那么它的理論出水COD值應該等于（進水COD負荷+回流COD負荷）/（進水量+回流量），通過計算，缺氧池COD理論值應該為305400mg/L，而實際的缺氧段出水COD（見圖33）遠遠低于這個值，因此可以認為，原水中的COD在缺氧段已經經過了一定程度的降解。進一步根據監(jiān)測數據分析可以得知，在反應器運行中期，隨著SMP的積累，導致好氧區(qū)COD濃度升高，生化反應對COD的去除貢獻降低，膜對于COD的去除貢獻升高。從圖中可以看出，膜對于COD的去除所占貢獻比從初期的14%上升到了中期的45%再趨于平緩，%。其中生化反應所占去除貢獻率=（進水COD好氧區(qū)上清液COD）/進水COD，膜所占去除率=（缺氧區(qū)上清液COD出水COD）/進水COD圖35 膜和生化反應所占去除COD貢獻比 系統(tǒng)對氮去除特性的研究 系統(tǒng)對氨氮去除效果的研究在無排泥條件下，系統(tǒng)運行一段時間后，由于人工配水的外界因素，系統(tǒng)氨氮進水濃度在630mg/L之間，有一定起伏。在系統(tǒng)運行的第26，27天出現了小幅度的波動，是因為第26天換膜，換上新膜后膜表面的濾餅層尚未形成所致。而從總體來看，系統(tǒng)對氨氮的去除率較為穩(wěn)定，平均去除率在93%上下，%。系統(tǒng)具有一定的耐沖擊能力。圖36 氨氮去除效果曲線 系統(tǒng)對總氮去除效果的研究，波動比較大，主要是因為采用人工配水，總氮主要包括的是NH4CL和大豆的有機氮，同時人工配水為兩天配一次，NH4CL在進水里不是穩(wěn)定形態(tài)，一部分會變?yōu)榘睔鈸]發(fā)掉，所以才導致總氮波動變化大。而在第26天換膜后，出水氨氮出現小幅度的波動情況，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。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)進水NO2N濃度較低， mg/L，處于穩(wěn)定狀態(tài)。但是在運行的第17天開始發(fā)現缺氧池有N02N積累現象[22]，主要是由于這段時間段內好氧段上清液COD濃度上升，大量微生物代謝產物在反應器中積累，抑制了硝化菌的生長，再加上缺氧段內溶解氧濃度較低，為N02 N的積累創(chuàng)造了一定的條件[16]。因此，可初步說明硝化菌的生長會受到反應器內環(huán)境的影響。系統(tǒng)出水硝化氮在48mg/L之間波動，基本在6mg/L上下，出水穩(wěn)定，系統(tǒng)的硝化效果良好。為了進一步驗證和了解膜在整個系統(tǒng)運行中對污染物去除效果的影響，設計了如下實驗，在系統(tǒng)運行穩(wěn)定時清洗浸泡膜組件，首先將原水分別直接通過運行一段時間的膜組件和用檸檬酸清洗浸泡后的膜組件，這時的運行一段時間膜表面已經形成濾餅層，然后測定其對污染物的去除率，再將生物反應器中的混合液通過清洗后的膜組件，每隔一隔時間測定出水中有機物的含量，實驗結束后再將原水通過膜組件測量其對污染的去除效果。調節(jié)膜出水閥門，、 Mp、 Mp，記錄不同壓力下膜的通量變化，其變化實驗結果如下圖313131314。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象；此外，由于膜一開始就放入反應器，在未抽水時就已經受到污染，故在運行較短時間內通量降低較快。自從清洗后，膜通量一直保持較穩(wěn)定狀態(tài)，說明到實驗結束膜通量變化不明顯，膜污染情況得到了有效的預防。圖中0時刻更換清洗后的膜組件，負值表示清洗膜組件之前，正值表示清洗膜組件之后?？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，這時膜對原水中的污染物的去除機制主要是濾餅層對污染物的吸附和氧化降解。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到48，COD也上升到了629mg/L?？梢钥闯瞿ぴ诜磻鬟\行初期其表面具有攔截作用的濾餅層就能快速形成。所以經過24小時后，雖然膜攔截能力明顯提高。可見具有吸附降解能力的濾餅層并不是在初期就能快速形成，而是需要一定的時間才能在膜表面形成。 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、膠體粒子或溶質分子與膜發(fā)生物理化學作用，或因濃度極化使某些溶質在膜表面濃度超過其溶解度，以及機械作用而引起的人膜表面或膜孔內吸附、沉積造成膜孔徑變小或堵塞，使膜產生透過流量與分離特性的不可逆變化現象。膜污染分為可逆和不可逆膜污染。從污染物的性質又可分為有機污染，如胞外聚合物、溶解性有機物、蛋白質、脂肪及細微膠體等；無機污染，如廢水中碳酸鹽、硫酸鹽、硅酸鹽、凝膠無機膠體等；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，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]。實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。對已污染的膜進行處理，使其恢復膜通量，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膜透水穩(wěn)定性的重要技術，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，并探討如何在實際運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一步研究。三是在線藥洗[2425]，但采用在線藥洗時需要小心謹慎，以免殺死反應器中的微生物，也可采用拆卸膜組件，用藥水浸泡，通常采用的化學藥劑有次氯酸鈉、稀堿、稀酸、酶、表面活性劑、絡合劑和氧化劑等，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，清洗或浸泡多長時間有待于作更優(yōu)化的研究。MBR水處理技術是未來水工業(yè)中極具生命力的一項新技術，是能真正實現污水回用，廢水資源化的一項重要且競爭力強的技術，但其實際推廣應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。 膜的清洗1. 物理清洗　　物理清洗是指依靠機械的沖刷、反沖洗使得膜表面、膜孔內的污染物脫落的過程?？掌貧饽軓娀餮h(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，并能延長膜的運行壽命[44]。另外，空曝氣并非在任何情況下都有效，由于空曝氣實際上是通過強化水流循環(huán)作用的物理清洗方法，因此，只有當膜面附著的污泥層對膜的過濾阻力造成的影響很大時,這種方法的效果才比較顯著。反沖洗能提高膜通透性并減少膜結垢，因而可形成優(yōu)化的，穩(wěn)定的水力操作條件。MBR 中反沖洗能使操作在較高通量下進行而膜阻力不會顯著增加，并使膜結合力較小的污染物脫落，%[44]，優(yōu)化反沖洗頻率（15s/5min） 倍[43]。在線藥洗通過加藥泵反沖洗膜，簡化了膜組件的裝卸程序。異位化學清洗是將膜組件從反應器中取出浸泡在化學藥劑中，能去除沉積在膜孔里和被緊緊吸附在膜表面的物質[43]，是最有效的恢復膜性能[39]的清洗方法。綜上，本實驗確定防止膜污染以及進行膜清洗的措施如下：在膜的下部設置空氣曝氣管，外連接射流曝氣裝置，利用曝氣產生的紊流對膜表面進行沖洗，防止懸浮物的附著和沉淀。在高濃度、高微生物含量的污水中長期運行，膜的表面和內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。經過離線藥洗后的膜通量可以得到恢復。除了在制造工藝上采取了必要的措施外，還可以采取動態(tài)吹掃和靜態(tài)吹掃等方法。在膜組器的斜下部設置空氣曝氣管，外連接曝氣裝置，利用上升空氣產生的向上液流來實現對膜表面的沖洗。在停止分離出水過程中，膜孔不再有吸力，由空氣氣流所產生的振動將懸浮堆積于膜表面的顆粒抖落，并被沖洗液流迅速沖走，因而膜表面得以良好的沖洗。2．在膜的運行過程中，一直伴隨著濃差極化現象的發(fā)生，為了防止和減緩這一現象的發(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。4．當在線化學藥洗達不到預期的效果時，采用離線藥洗方式，本實驗采用檸檬酸浸泡清洗。 本章小結與問題1）改進后的膜生物反應器對COD，氨氮，總氮有很好的去除效果，整個反應器運行期間，%、氨氮的平均去除率為95%、%，整個系統(tǒng)對COD、氨氮總氮的去除顯示出了良好的穩(wěn)定性。d)的容積負荷相比要高810倍，這也是膜生物反應器的優(yōu)點之一。4）通過研究膜去除污染物機制后，發(fā)現雖然在反應器運行初期膜就具有良好的機械攔截能力，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間。6）為防止膜污染，本實驗在膜的下部設置空氣曝氣管，外連接射流曝氣裝置，利用曝氣產生的紊流對膜表面進行沖洗，防止懸浮物的附著和沉淀。 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間內將污泥回流至反應器內，使得反應器中的污泥形態(tài)，微生物種群分布均有別于傳統(tǒng)工藝。由于本系統(tǒng)采用射流曝氣泵，由于其強大的復氧能力使得反應器中污泥更加的細碎，所以設計了如下實驗來分析膜生物反應器中污泥形態(tài)的變化，進而得出這些變化對污染物去除效果的影響。 從污水處理廠取回泥后，使其適應人工配水水質后（即COD的去除率90%）投入反應器中，在系統(tǒng)運行的第一天，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驗中就觀察到，泥水界面已經變的非常模糊，SV30達到64%；第4天時，反應器內的污泥基本鏡檢也發(fā)現泥水基本已經完全混合在一起，混合液中的細菌基本呈游離狀態(tài)。表41 污泥體積指數變化表運行天數MLSS(mg/L)SV30SVI(mL/g)1601955%1022641464%4429360%139第4天以后至此階段實驗結束，污泥的沉降性能始終保持著穩(wěn)定增長。圖 42為污泥濃度與氨氮的去除關系。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