硕士论文-动态膜生物反应器处理综合化工废水中试研究.pdf

同济大学环境科学与工程学院 硕士学位论文 动态膜生物反应器处理综合化工废水中试研究 姓名：叶文飞 申请学位级别：硕士 专业：环境工程 指导教师：周恭明 20090301 摘要 摘要 动态膜生物反应器( d y n a m i cm e m b r a n eb i o r e a c t o r ，d m b r ) 是动态膜技 术和生物处理法相结合的污水处理新工艺。它采用微网基材代替传统的微滤膜， 实际上是基材表面形成的污泥层起到截留污泥的作用。d m b r 除了具备传统的 膜生物反应器流程简单、占地面积小等优点，同时还具有膜组件成本低、动力 消耗小、膜污染小等优势，具有较高的发展前景和研究价值。 本中试研究试验场所位于江苏常州某化工污水处理厂，该厂集中处理附近 化工污水( 包括电子、医药、电力等行业) ，水质种类多且复杂。本试验用水采 用该厂厌氧池出水。本课题通过中试试验对动态膜生物反应器运行参数进行优 化研究，以达到d m b r 恒通量长期稳定运行及良好的有机物去除能力的目的， 主要包括生物处理系统控制和膜参数控制试验研究。 d m b r 生物处理系统控制研究表明： 1 ) d m b r 系统对c o d 的去除主要是靠系统中混合液污泥的生物处理作用。 要得到良好的有机物处理效果的关键是对生物处理进行控制。 2 ) 在污泥浓度在1 8 2 0 l 的情况下，该厂化工污水生物处理的运行参数宜 控制为：d o 为2 - 3 m g l ，进水c o d 浓度宜控制在3 0 0 0 m g l 左右，h r t 为3 6 h 。 3 ) d m b r 对进水有机负荷表现良好的抗冲击能力，进水c o d 浓度在 1 2 6 0 4 7 7 5 m g l 之间波动，平均有机负荷在0 0 5 0 。0 9 k g c o d k g m l s s d 之间， c o d 去除率在7 8 以上，大部分达到8 1 。 4 ) d m b r 对n h 3 n 的去除率重要影响因素是温度和进水有机负荷。在进 水c o d 浓度低于2 0 0 0 m g l ，温度高于2 5 3 0 时，系统对n h 3 - n 表现了良好的 去除能力：进水n h 3 n 在7 4 6 6 1 1 4 m g l 之间时，出水n h 3 n 为5 8 8 2 3 4 4 m g l ， 平均去除率为8 3 。 5 ) d m b r 系统对s s 有很好的截留作用。 6 ) 在进水c o d 浓度为1 5 0 0 2 5 0 0 m g l 的条件下，d m b r 与活性污泥法比 较得出d m b r 系统对c o d 的去除效果相当，但两者的污泥性质有很大的不同。 d m b r 膜参数控制研究表明： 1 ) 动态膜的新基材更易于形成；动态膜的形成时间( 预涂时间) 随预涂通 量的增大、膜污染加剧而缩短，而m l s s 的影响不大。预涂通量为1 0 0l m z h 时， 摘要 能较快形成动态膜且有利于后续运行。 2 ) 动态膜的清洗可先内冲洗l m i n ，内冲洗为气量3 0 m 3 l l ；再同时内外反冲 洗6 m i n ，外冲洗气量为6 0 m 3 h 。此清洗方式优于直接同时内外反冲洗。处理化 工废水时，由于生物污染和无机污染的存在，必须进行化学清洗。 3 ) 运行通量越大，通量衰减速度越快，运行周期越短，但不影响出水s s ， 适宜的运行通量为3 0 l m 2 h ；同一通量条件下，m l s s 越高，动态膜越容易堵塞， 而在3 0 l m 2 h 的通量条件下，m l s s 对其的影响要大于4 0 、5 0 l m 2 h 的通量条 件下。 由于动态膜形成的过程中，活性污泥会进入膜腔，其中有些污泥难以冲出 在压差作用下容易在膜面压实不易清洗，从而造成膜面或膜孔堵塞。甚至引起 局部厌氧，影响到动态膜生物反应器的长期稳定运行。因而如何快速形成动态 膜的同时将膜腔内积泥冲出是后期研究必须解决的重要问题。 关键词：动态膜生物反应器，综合化工废水，c o d 去除率，动态膜清洗， 运行通量 a b s t r a c t a b s t r a c t d y n a m i cm e m b r a n eb i o r e a c t o r ( d m b r ) i s al l e ww a s t e w a t e rb i o l o g i c a l t r e a t m e n tw h i c hc o m b i n e dw i t ht h ed y n a m i cm e m b r a n et e c h n o l o g y i n s t e a do fm i c r o f i l t r a t i o nm e m b r a n e ，t h ec a k el a y e rf o r m i n go nt h ec o n l m o nm e s hm a t e r i a le f f e c t s s o l i d - l i q u i ds e p a r a t i o n b e s i d e st h eo fs i m p l ef l o w , f e w e ra r e ac o v e r e d e ta la sm b r ， d m b ra l s oh a v et h ea d v a n t a g eo fl o wc o s t ，l o we n e r g yc o n s u m i n ga n ds l o w m e m b r a n ef o u l i n g s ot h en e ws t y l eo fp r o c e s si sap r o m i s i n gt e c h n o l o g yf o r w a s t e w a t e rt r e a t m e n tw i t hh i 曲v a l u et or e s e a r c ha n dd e v e l o p t h ep i l o tt e s tw a sl o c a t e da tac h e m i c a lw a s t e w a t e rt r e a t m e n tp l a n ti n c h a n g z h o u , j i a n g s up r o v i n c e t h ec h e m i c a lw a s t e w a t e rh a sb e e nt r a n s p o r t e dt ot h e # a n tf o rt r e a t m e n t ，i n v o l v i n gm e d i c a l ，e l e c t r i cp o w e r , e l e c t r o n i ci n d u s t r y s ot h e q u a l i t yo ft h ew a s t e w a t e ri sc o m p l i c a t e d t h ei n f l u xc a m ef i o mt h ea n a e r o b i ct a n k t h er e s e a r c ho ni n f l u e n c eo fo p e r a t i o nc o n d i t i o n si ss t u d i e dt og e tt h es t a b l e p e r f o r m a n c ea ta c o n s t a n tf l u xa n dg o o de f f i c i e n c yo fo r g a n i cm a t e r i a lb i o d e g r a d a t i o n t h eo p e r a t i o nc o n d i t i o n si n c l u d ec o n t r o lf a c t o r so fb i o l o g i c a lt r e a t m e n ta n dd y n a m i c m e m b r a n ep a r a m e t e r s t h o u g ht h et e s to nb i o l o g i c a lt r e a t m e n tc o n t r o lo fd m b r , t h ec o n c l u s i o n s d r a w na r ea sf o l l o w s 。 1 ) t h er e m o v a lo fc o dd e p e n d so nt h eb i o d e g r a d a t i o no ft h ea c t i v a t e s l u d g ei nt h em i x e dl i u q o r ，l e s sd e p e n d e n c eo f c a k el a y e r o nt h em e s hm a t e r i a l 2 ) w i t ht h em l s so f18 2 0 e d l ，t h ea p p r o p r i a t eo p e r a t i o nc o n d i t i o n sa l e r e c o m m e n d e da s ：d ow i t h i n2 3m g l ，c o dw i t h i n3 0 0 0m e g l ，h r tw i t h3 6 h 3 ) d m b rh a v eag o o dp e r f o r m a n c eo fr e s i s t i n gt h es h o c kw i t h i nc o d c o n c e n t r a t i o n o f12 6 0 - 4 7 7 5 m la n d a v e r a g e s l u d g e l o a do f 0 0 5 0 0 9 k g c o d k g m l s s d t h er e m o v a le f f i c i e n c yo fc o d i sa b o v e7 8 ，o f w h i c ha l m o s ti sa b o v e81 4 ) t h em a j o ri n f l u e n c ef a c t o r so fn h 3 - nr e m o v a la r et e m p e r a t u r ea n d c o d u n d e rt h ec o n d i t i o no fc o dl o w e rt h a n2 0 0 0 m g la n dt e m p e r a t u r eh i g h e r t h a n2 5 3 0 ，d m b rp e r f o r m a n c eg o o dr e m o v a lo fn h 3 - n ：w h e nt h e i i i a b s t r a c t c o n t r a t i o no fn h 3 - ni nt h ei n f l u xi sa tt h er a n g eo f7 4 6 6 一ll4 m g l ，n h 3 - ni nt h e e f f l u e n ti sa tt h er a n g eo f 5 8 8 2 3 4 4 m g lw i t ha v e r a g ee f f i c i e n c yo f 8 3 5 ) d m b r h a sag o o dr e m o v a le f f i c i e n c yo fs s 6 ) u n d e rt h ec o n c e n t r a t i o no fc o da tt h er a n g eo f15 0 0 - 2 5 0 0 m g l ， c o m p a r i s o no fd m b ra n dc o n v e n t i o n a la c t i v a t e ds l u d g ep r o c e s sp r o v e dt h a tt h e c o dr e m o v a le f f i c i e n c yi sa l m o s tt h es a m e ，b u tt h es l u d g ec h a r a c t e r i s t i c sa r e r e a l l yd i f f e r e n t t h o u g h t h et e s to nd y n a m i cm e m b r a n e( d m ) p a r a m e t e r sc o n t r o l ，t h e c o n c l u s i o n sd r a w na r ea sf o l l o w s 1 ) t h ed y n a m i cm e m b r a n ef o r mo nn e wc l e a nm a s hm a t e r i a lm o r ee a s i l y t h a nt h em e s hm a t e r i a li sb a c kf l u s hb ya i r i tt a k e sl e s st i m et of o r md y n a m i c m e m b r a n ea tl a r g e rg i v e np r e c o a t i n gf l u xo rw i t ht h ea c c u m u l a t i o no fm e m b r a n e f o u l i n g b u tm l s st a k e sn oe f f e c t a ta p p r o p r i a t ep r e - c o a t i n gf l u xo f10 0l m z 。h d y n a m i cm e m b r a n ef o r mq u i c k l ya n dh a v eag o o df u r t h e rp e r f o r m a n c e 2 ) i ti sac l e a n i n gm e t h o de m p l o y e dt oi n h i b i tm e m b r a n ef o u l i n gt h a tf i r s t a i rb a c kf l u s hw i t ht h ea e r a t i o nt i m eo f1m i na n dt h ea e r a t i o ni n t e n s i t yo f3 0m 3 h a n dt h e n6r a i nb o t t o ma e r a t i o ns i m u l t a n e i t yo fb a c kf l u s hw i t ht h et i m eo f6m i n a n dt h ei n t e n s i t yo fa e r a t i o ni s6 0m 1 1 d u r i n gt r e a t m e n to ft h ec h e m i c a l w a s t e w a t e r , c h e m i c a lc l e a ns h o u l db ec a r r i e do u tb e c a u s eo fm o r eb i o - f o u l i n ga n d i n o r g a n i c - f o u l i n g 3 ) w h e nd m b r i so p e r a t e da th i g h e rf l u x ，t h ef l u xd e c l i n e sf a s t e rt h e nt h e f l u xc a n n o ts t a ys t a b l ec a u s e db yt h eo c c u r r e n c eo fa i rb u b b l e b u to p e r a t i o nf l u x d o e s n ta f f e c ts si nt h eo u t l e t t h ea p p r o p r i a t eo p e r a t i o n a lf l u xi s3 0 l m 2 h u n d e rt h ec o n d i t i o no ft h es a m eo p e r a t i o nf l u x ，h i g hm l s sc a u s e se a s yc l o g g e d e s p e c i a l l ya tt h ef l u xo f 30 l m 2 “ h d u r i n gt h ef o r m i n go fd y n a m i cm e m b r a n e ，a c t i v a t e ds l u d g em a ye n t e ri n t o t h ei n s i d et h ed m t h es l u d g ew h i c hf a i l st of l u s ho u tm a yb ec o m p r e s s e do nt h e s u r f a c eo fd m ，c a u s i n gs u r f a c ec l o g g i n go rp o r eb l o c k i n gd i f f i c u l tt ob ec l e a n e d l a c ko fo x y g e n ，t h ea n a e r o b i cp h e n o m e n o no c c u r r e do nt h el o c a ls u r f a c ew h i c h a f f e c t st h ep e r f o r m a n c es t a b i l i t yo fd m b r t h es o l u t i o no fs l u d g ea c c u m u l a t i o n o fi n s i d et h ed mi so n ei m p o r t a n ta s p e c to ff u r t h e rs t u d ym u s tf o c u so n i v a b s t r a ( 叮 k e yw o r d s ：d y n a m i cm e m b r a n eb i o r e a c t o r ；m u l t i p l ec h e m i c a lw a s t e w a t e r ； c o dr e m o v a le f f i c i e n c y ；d y n a m i cm e m b r a n ec l e a n i n g ；o p e r a t i o nf l u x v 符号说明 m b r 膜生物反应器 e p s胞外聚合物 s m p 溶解性微生物代谢产物 t m p 跨膜压差 c s t 毛细吸入时间 s c o d 溶解性c o d c a s 传统活性污泥法 d m动态膜 d m b r 动态膜生物反应器 m l s s 污泥浓度 m l ，v s s 挥发性污泥浓度 s o u r 比污泥耗氧速率 f l u x 膜通量 符号说明 学位论文版权使用授权书 本人完全了解同济大学关于收集、保存、使用学位论文的规定， 同意如下各项内容：按照学校要求提交学位论文的印刷本和电子版 本；学校有权保存学位论文的印刷本和电子版，并采用影印、缩印、 扫描、数字化或其它手段保存论文；学校有权提供目录检索以及提 供本学位论文全文或者部分的阅览服务；学校有权按有关规定向国 家有关部门或者机构送交论文的复印件和电子版；在不以赢利为目 的的前提下，学校可以适当复制论文的部分或全部内容用于学术活 动。 学位论文作者签名j：叶汪飞 叫年哆月j 。日 同济大学学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师指导下，进 行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本学位 论文的研究成果不包含任何他人创作的、已公开发表或者没有公开 发表的作品的内容。对本论文所涉及的研究工作做出贡献的其他个 人和集体，均己在文中以明确方式标明。本学位论文原创性声明的 法律责任由本人承担。 学位论文作者签名：l 叶支7 砖 卅年弓月l 口日 f 第一章绪论 第一章绪论 1 1 膜生物反应器研究现状 膜生物反应器( m e m b r a n eb i o r e a c t o r , m b r ) 工艺是2 0 世纪9 0 年代迅速发 展的生物处理与膜分离技术相结合的新型污水处理工艺。在m b r 工艺中，膜分 离取代传统的重力分离，从而获得优质的出水。 自1 9 6 8 年，s m i t h 等【l 】将好氧活性污泥法与超滤膜相结合的m b r 用于处理 市政污水，m b r 的研究越来越受到关注。而m b r 大规模实际应用始于8 0 年代 的日本。我国对m b r 的研究始于9 0 年代初【2 1 。 1 1 1 膜生物反应器的分类和特点 根据膜组件和生物反应器的相对位置不同，可分为分置式m b r 、一体式 m b r 和复合式m b r ，如图1 1 所示。 避水 生物反应器 一体式m b r 透东 出水 避水 i 污泥网流 生物反应嚣h 塞塞曰 埙蚁 膜绣i 们二 膜缎件 分置式m b r 滔水 像物反心嚣 复合式m b r 图1 1 根据膜组件和生物反应器相对位置不同m b r 的分类 水 一体式m b r 是将膜组件直接浸入混合污泥中，利用负压或水位差形成膜出 水。曝气系统设置在膜组件下方，一方面为微生物降解污染物提供必需的氧气， 另一方面促使混合液在膜表面形成环流，通过由此产生的水流剪切力和气泡的 冲刷作用阻碍膜污染的发生。一体式m b r 的优点是能耗低，结构紧凑，缺点是 第一章绪论 膜通量较小，需经常清洗，不易拆洗【3 】。比较常用的膜组件是中空纤维膜和平板 膜。为了控制膜污染，多采用间歇运行方式，设置一定的停抽时间。 分置式m b r 中膜组件置于生物反应器外，利用循环泵通过加压方式使得液 体透过膜形成出水。分置式m b r 由于错流流速大，可得到稳定持久的膜通量， 且易于清洗。缺点是泵的剪切力对某些微生物产生影响，使其失去活性【4 】，且能 耗高大大限制了其推广应用【5 1 。 复合式m b r 是在传统的生物处理工艺基础上，通过投加能提供微生物附着 生长的填料，使曝气池中同时存在附着相和悬浮相生物。投加填料的目的主要 有两个：1 ) 通过采用生物膜工艺来提高系统的抗冲击负荷，保证系统的处理效 果；2 ) 降低反应器中悬浮型活性污泥浓度，降低污泥对膜组件的污染，保证膜 通量。复合式m b r 兼有多个工艺的特点，具有耐冲击负荷、出水稳定、节能、 投资少等特点【6 j 。 1 1 2 膜生物反应器的优缺点 m b r 相对于传统活性污泥法有以下优点伶1 0 】： 1 ) 对污染物的去除率高，出水水质好； 2 ) m b r 不需设置二沉池，可节省基建费用和占用空间； 3 ) 膜的高效截留作用使得生物反应器内可保持较高的污泥浓度，从而能提 高容积负荷，降低污泥负荷； 4 ) 由于膜的截留作用可延长污泥龄，使得剩余污泥产量低，可大大减少污 泥处置费用，同时有利于世代期长的硝化菌生长，提高对氨氮的去除效率； 5 ) 膜生物反应器实现了污泥龄和水力停留时间的彻底分离，设计、操作大 大简化； 6 ) 膜生物反应器易于实现自动控制，操作管理方便。 m b r 具有传统活性污泥法无法比拟的优势的同时，也存在一些限制其广泛 应用的缺点【l o 】： 1 ) 膜组件造价贵； 2 ) 膜组件具有一定的使用寿命，需定期更换，增加了运行成本。 3 ) 膜污染的不可避免。 1 1 3 膜生物反应器的污染 2 第一章绪论 1 1 3 1 膜污染机理 膜污染是指由于悬浮物或可溶物质沉积在膜的表面、孔隙内壁，从而造成 膜通量降低的过程，同时活性污泥成分与膜的相互作用降低了膜的过滤性能。 从性质上看，可分为有机物污染、生物污染【1 1 j3 1 、无机物污染【1 4 】、浓差极 化【1 5 1 。这四种方式不是孤立的，而是存在着相互作用。如无机污染与生物污染， 浓差极化和生物污染之间的相互作用。 从形成过程来看，恒通量操作条件下，膜污染形成分为三个阶副1 6 】，如图 1 2 。 微生物絮体 进水l i 上上上上上 ie ps m p 胶体l 颗粒物 1 i 上j 上 i 残留物质 吸附初始孔堵塞 i ，土 上 、 i 滤饼层形成 生物膜增长l 进步孔堵塞 i l 1p 不规则污染分布 上 h 渗透力的重新分布 i l 局部通量篆限通且l 上 t m p 急剧升高 图1 2 恒通量操作条件下m b r 的污染机理 第一阶段：在定t m p ( 跨膜压差) 操作条件下。膜表面和混合液中胞外聚 合物e p s 的相互作用可能引起最初阶段的膜污染m b r s 中胶体及有机物质吸 附引起晟初的膜孔堵塞，污染程度取决于膜孔大小分布和表面化学性质，特别 第一章绪论 是疏水性。 第二阶段：经过第一阶段后，膜表面几乎被溶解性微生物代谢产物s m p 所 覆盖，导致生物絮体和胶体的吸附趋势增强。整个膜表面的吸附，可能会引起 滤饼形成，虽然不直接影响膜的渗透性。但是随着时间变化，膜过滤性能会恶 化。当操作通量更高时，e p s 的沉积率以及由此导致的t m p 增加量都会有所提 高。即使处于良好的水力环境，提供了充足的膜表面剪切力，此方式的膜污染 仍是普遍存在的。 第三阶段：随着膜孔或局部污染加剧，在这些特定部位通量显著下降，导 致膜的整体渗透力重新分布于污染少的膜区域。从而使其局部通量增加，超过 极限通量，恶性循环导致膜的污染快速增加，表现为t m p 的突跃。不同的机制 被用于解释t m p 的突跃。如不均一污染( 面积损失) 模型、不均一污染( 孔损 失) 模型、临界吸入压力模型、过滤理论、不均一纤维束模型。这几种机制的 特点都是能够自我加速污染，这也是这一阶段膜污染的特点。当m b r 达到t m p 突跃的条件时，可能不止一种机制起作用。 1 1 3 2 膜污染影响因素 图1 3 膜污染的影响因素 4 第一章绪论 膜污染的影响因素很多，主要包括膜的结构性质、微生物特性、运行条件 三大方面。而各因素的影响不是独立，某些存在相关性影响，导致膜污染的研 究更为复杂。图1 3 列出了膜污染的主要影响因素。 1 ) 膜的结构性质 膜的结构性质，如孔径尺寸、粗糙度、疏水性、材质等，都对膜的污染有 影响【1 每19 1 。 膜的孔径大，虽然短期内能够获得较高的膜通量，但是易发生孔堵塞，内 部吸附增加，造成不可逆污染，长期累积会导致阻力的急剧增加，造成的污染 加剧。小孔径的膜截流物质粒径范围广而导致滤层阻力较高，但这种污染是可 逆的，在维护清洗时较易去除。因此，对于给定的条件存在最优孔径。同样也 说明了评价膜的污染过滤性时实验持续时间的重要性。 膜表面粗糙度的增加使膜表面吸附污染物的可能性增加，但同时也增加了 膜表面的挠动程度，阻碍了污染物在膜表面的沉积，因此粗糙度对膜通量的影 响是两方面因素综合作用的结果。 由于溶液、生物细胞和膜材料之间的疏水作用，疏水性膜比亲水性膜污染 更严重。在许多研究报告中，膜疏水性的改变会发生膜其它性质的改变，如孔 径和形态，这就更难以评价膜疏水性与污染之间的相关性。 在膜材质方面，陶瓷膜具有很好的机械性能，寿命长，但由于其制造成本 较高，工程中使用较多的是聚合物膜。聚偏氟乙烯p v d f 比聚乙烯p e 能更好得 抵抗不可逆污染。 2 ) 微生物特性 a ) m l s s 浓度 普遍认为m l s s 是主要的污染参数。m l s s 浓度确实与膜污染有复杂的相互 作用，关于其对膜过滤性的影响争论不一，不同的研究得出不同的结果【1 6 】。但 目前的研究更倾向于m l s s 中组分( 蛋白质、多聚糖等) 和含量影响膜的过滤 性能。 b ) 污泥黏度 m b r 中，污泥黏度与污泥浓度m l s s 有关。污泥黏度会改变气泡大小，能 够减少浸没式纤维束的运动，结果造成更大的污染率。增大的黏度会降低氧的 转移效率，从而影响d o 。在低d o 时污染会更严重。 c ) e p s 第一章绪论 近年来，e p s 对膜污染的影响作用越来越受关注。可以肯定的一点是e p s 是影响膜污染的重要参数。在反应器中存在e p s 时，混合液粘度就会增加，使 膜过滤时的阻力增加，引起通量的衰减2 0 埘】。c h o 等【1 9 1 通过量纲分析e p s 、 m l v s s 、t m p 、污泥比阻和黏度对膜污染的影响。在2 0 8 0 m ge p s g m l v s s 之 间，e p s 对膜污染有很大的影响。而z w a n g 等【冽的研究，表明对膜污染速率影 响大小，依次是c s t ( 毛细吸入时间) ) s c o d ( 溶解性c o d ) ) 碳氢化合物) e p s ，而c s t 与多聚物( e p s 、碳氢化合物等) 有很好的线性关系。对e p s 的 分子分析，推断蛋白质和碳氢化合物的存在可能是引起膜污染的主要因素【1 6 】。 而进水组成、曝气量、s r t 等操作参数的变化都会影响e p s 的性质。其中s r t 对其的影响最为显著【2 3 ，2 4 1 。由于不同的e p s 提取和分析方法不同而产生的差异 导致影响结果无法进行定量比较。 3 ) 操作条件 a ) 曝气量 m b r 中，曝气有三个作用：提供生物所需氧量，维持活性污泥悬浮状和持 续冲刷膜表面以减轻膜污染。h o n gsp 观察到在较高曝气量下产生的剪切力会 加快污染物脱离膜运动的速度；并指出有临界曝气量存在，当超过此临界条件， 通量增加就不明显，而且太大的曝气量会提供过量的溶解氧，也不利于反硝化 作用【l6 1 。u e d a 等报道在短期运行中，降低曝气量可能会使初始通量恢复，但长 期运行时，较低曝气量就会导致物质在膜面上的快速累积【l 引。 b ) 污泥龄s r t s r t 最终能够控制生物性质，可能是最重要的影响m b r s 污染的操作参数。 极低的s r t 引起e p s 产量的增加，而造成更大的污染速犁2 4 1 。实际上，m b r s 初始运行时，s r t 长有利于减少剩余污泥，但m b r 中累积的不可生物降解物质 通过m b r 预处理不能够完全去除，导致膜的堵塞。在短s r t 高污染趋势和长 s r t 高黏度之间可能存在最优化s r t 1 6 1 。 c ) 不稳态操作 不稳态，即操作条件的变化( 流量h r t 和有机负荷) 和氧供应转移，是导 致m b r 中污染趋势发生变化的额外因素。在中试试验中得出结论：不稳态操作 使得多聚糖的性质、结构和污染趋势发生改变，因而更加恶化了污染趋势【1 6 1 。 综上所述，可以看出操作条件的变化引起微生物性质的变化，而这两方面 因素都能影响膜的污染。因素之间相互的影响使得膜污染研究更为复杂。 6 第一章绪论 1 1 3 3 膜污染的去除和控制 膜污染的去除主要是靠清洗，包括物理清洗和化学清洗。物理清洗最为常 用是反冲洗用于去除可逆污染，研究集中于反冲洗周期、强度、反冲洗时间等。 化学清洗包括低浓度强化反冲洗( 每天一次) ，适中浓度的维护清洗( 每周一次) ， 强浓度的清洗( 1 - 2 次每年) 。 膜污染的控制方法主要有膜性质、操作条件的优化，通过投加p a c 、混凝 剂等改变生物特性。 1 1 4m b r 与传统活性污泥法( c a s ) 比较研究 1 1 4 1 有机物去除效果 在操作条件相同的情况下( 不考虑污泥浓度) ，膜生物反应器c o d 、氨氮去 除效果要优于c a s t 2 3 ，2 5 2 6 - 2 引。a n t h o y 等【2 3 】在高污泥龄( 1 0 1 1 0 d ) 条件下，m b r 对c o d 的去除率要高于c a s ，分别为9 0 8 9 4 2 和8 7 4 - 9 0 3 。而h o wy n g 等【2 5 】在低污泥龄( o 2 5 5 d ) 的条件下，对m b r 和完全混合活性污泥法进行比较， 也得到同样的结论。a q u i l e r a 等2 7 】在低s r t ( 2 7 d ) 和h r t ( 5 1 8 h ) 的条件下， 发现当s r t 口一茁 第六章动态膜的清洗研究 表6 5 不同外冲洗时间影响试验运行参数 圆预涂时间囫出水稳定时间+ 第1 6 m i n f l _ l 水s s 3468 外冲洗时间t m i n 图6 1 0 不同外冲洗时间试验结果比较 ( 4 ) 外冲洗气量影响 在预涂通量为1 0 0l m 2 h ，出水通量为7 0l m 2 h ，内冲洗气量为3 0 m 3 h ， 内冲洗时间为l m i n ，外冲洗气量为6 0 m 3 h ，外冲洗时间为6 m i n 的条件下，调 整外冲洗气量分别为4 0 、6 0 、8 0 m 3 h ，以试验不同内冲洗气量的影响。试验运 行参数控制如表6 6 ，试验结果如图6 1 1 。 从图6 1 1 可以看出，外冲洗气量为4 0 、6 0 、8 0 m 3 1 1 时，预涂时间分别为1 4 、 1 7 、1 7 m i n ，出水稳定时间都为1 6 m i n 。选取6 0 m 3 h 的气量为宜。 秀目vs簧习 o o o o 0 o 砌墙 坫h 挖砌踮 柏 加。 加 堪 坫 h 抡 m 8 6 4 2 0 u i 吕 屋窖 第六章动态膜的清洗研究 表6 6 不同外冲洗气量影响试验运行参数 囹预涂时间囫勿出水稳定时间+ 第1 6 r a i n 出水s s 1 8 1 6 1 4 1 2 口 蛋l o 譬8 6 4 2 o 雾 一一。匿 ，。 t l t 、 览7 ；， 囊 蕤 霆： ， 筑 以7 ， p 。 彩+ ： l r ，： 磐 九，7 黪”m ：级 2 5 0 2 0 0 1 5 0 套 嚣 们 1 0 0 掺 索 丑 5 0 0 4 0 6 08 u 外冲洗气量( m 3 h ) 6 1 1 不同外冲洗气量试验结果比较 同时发现在试验的进行过程，随着运行时间出水稳定时间逐渐减短，从最 初的2 0 m i n 逐渐降至1 6 m i n 。可能是生物凝胶层的形成，造成膜阻力的上升，导 致出水稳定时间减短。 6 3 化学清洗 6 3 1 第一次化学清洗 在系统运行了两个月，膜运行不稳定。不可逆污染的累积造成膜的通量逐 渐下降。将膜装置拆开进行化学清洗。发现在膜间距中有堆积的污泥。将上面 的污泥采样测定含水率为8 9 7 3 。然后用水冲洗，膜组件上有一层淡黄色的污 染层，有滑腻感，用水冲洗无法去除。用8 4 消毒液( 1 ：4 0 ) 约8 0 l 冲洗膜面 第六章动态膜的清洗研究 后淡黄色消失，然后再稀释至8 0 0 l 浸泡1 2 h 。证明了生物凝胶层的形成，一方 面有利过滤，因为凝胶层更具有亲水性；另一方面凝胶层造成膜阻力上升，且 用气洗不能清除，长期运行凝胶层增厚会导致膜通量下降，影响动态膜的运行。 但是浸泡并不能使通量得到恢复，将膜组件拆出，发现膜腔内底部积了不 少污泥，部分已厌氧。通过水力冲洗，将积泥冲出。但是膜组件底部内壁膜面 上压实的污泥难以清洗干净，造成了膜有效面积的减少。 6 3 2 第二次化学清洗 但是化学清洗后重新运行三个月后，产生泄露点，出水s s 极其不稳定，有 时预涂完成，出水初期出水s s 比较低，但运行一段时间带泥，严重影响了出水 水质。再次将膜组件拆开进行清洗和维护。此次发现由于化学结垢严重造成膜 面胀裂而产生泄漏。主要原因是由于实验前期，为了控制进水c o d 浓度，对厌 氧出水进行了一定的稀释，盐分相对而言比较低，在6 0 0 0 7 0 0 0 m g l 。而中间一 段时间盐分高达1 0 1 2 l ，其中大部分属于钙盐。造成了严重的化学结垢。后发 现前段生化部分的反应器壁穿孔曝气管也存在一定程度的结垢。 与上次清洗看到的情况一样是膜底端膜腔内积泥，甚至厌氧。且用水冲不 易冲出。 6 4 本章小结 1 ) 在线气洗时，先内冲洗，冲破泥饼，空气从较小的部位溢出，及膜组件 上部和中部，随后污泥层在机械振动作用下脱落；然后再进行内外同时反冲洗， 此时内冲洗是保持膜腔内紊动状态，避免污泥在膜腔内的沉积，同时对膜面保 持机械振动作用，而外冲洗产生的冲刷力去除膜组件下部的污泥层。 2 ) 清洗时可先内冲洗l m i n ，内冲洗为气量3 0 m 3 h ；再同时内外反冲洗6 m i n ， 外冲洗气量为6 0 m 3 h 。 3 ) 处理化工废水时，由于生物污染和无机污染的存在，必须进行化学清洗。 需对在线化学清洗进行探索研究。 第七章动态膜的稳定运行研究 第七章动态膜的稳定运行研究 7 1 运行通量的影响 7 1 1 试验方法 在m l s s = 1 8 4 9 l 的条件下，从通量随时间衰减情况、出水稳定时间、出水 s s ，比较不同通量下动态膜性能。每个通量运行三个周期，所得结果取平均值。 以试验运行通量对动态膜生物反应器稳定性的影响，寻求一最优运行通量。 7 1 2 试验结果与讨论 圆f l u x + 出水稳定时间 图7 1 不同通量下出水稳定运行时间 宝 e 卜 垦 莒 制 豫 * 田 注：在设定通量下，出水开始出现气泡视为运行不稳定。 从图7 1 可以看出，随着运行通量的增大，出水稳定运行时间逐渐减少，这 与其它学者的研究结果相隔- 6 7 , 7 8 - 7 9 , 81 】。而与其他研究相比，在同样的运行通量条 件下，出水稳定时间却短了很多，可能是因为m l s s 高和处理水质不同造成污 泥性状不同。运行通量每减少1 0l m 2 h ，出水稳定时间的增加量t 随通量的 增大而增加，如表7 1 所示。运行通量从4 0l m 2 h 降至3 0l m 2 h 时，出水稳定 7 l 如 如 卯 鳃 o s 4 4 3 3 2 2 l l 5 o 踟 加 如 们 如 加 m o i；i一i_j、，i)(t1一皿 第七章动态膜的稳定运行研究 时间大大增加，从1 7 0 r a i n 增至4 5 5 m i n 。由此可见，运行通量采用3 0 酗午h 是 适宜的。 表7 1 不同通量下稳定运行时间比较 图7 2 是不同设定运行通量条件下，实际出水通量随时间衰减情况。从图 7 2 可以看出，设定通量条件下，出水通量的衰减过程不是缓慢的过程，而是比 较快速的过程对通量7 0 、6 0 、5 0 、4 0l m l h 的衰减部分进行线性回归分析， 如图7 3 所示。由图7 3 可以看出运行通量越大，衰减速率越快。 写 连 邑 曹 已 啷 赠 二二：弋喜善晚。 1 、 y = 一0 2 8 6 8 x + 8 3 0 8 4 r 2 ：0 8 9 6 3 02 0 4 0 6 0踟 1 0 01 2 01 4 01 6 0l 踯 时间t m i n 图7 3 通量7 0 、6 0 、5 0 、【抽2 h 的衰减情况线性回1 月分析 8器寅导导冷吊式 ：i i 乙m 3 q t r - ! x t 軎娶 熙螋睾锹厘苔埋咖赠长丑蝮椿卜删圈波魁匠长n卜匝 莒扈蓉 莩莩导寸。掣8寸on 0 9 n 导n 呙n 8 n o n 09n导n舄“8代08_ 0 9 一 导【 o 型8 _ o 0 9 导 品 o 车 爹： ： - ： 一 ：一， 一l ， e ii i 1 ：一 蠢 i- j点 i ii - j毫 ii - i j蠢 一啾- 畋鲥 i 卜 i 一 一l 。 j l ix 。i ili 2-xo一 叼心蒌f1-i 09=暑一 。竹i_xrrin要n1皿o耍弓 on-xf】-i+ 妖奄姆喜f舣嚣g婺拍需褂苹撩 第七章动态膜的稳定运行研究 当从预涂方式切换到出水方式时，出水s s = 1 5 0 m g l 左右。但是在2 - 3 m i n 内s s 快速下降至3 0 m g l 以下。肉眼看不到细小颗粒。在不同的通量条件下， 出水s s 没有很大的区别，出水s s 很低，通常是检测不出 7 2 运行时间的影响 由图6 2 、6 4 ( 详见6 2 1 ) 可以看出，恒通量出水长期运行试验中，随着 系统运行时间，出水稳定时间减短，即在设定的反洗周期内，出水开始出现气 泡，不能稳定于设定的通量。 同时在后期进行单周期试验，在m l s s 为1 8 1 9 l 的条件下，在系统启动 初期和运行一个月两个不同时间阶段比较不同通量条件下出水稳定时间，试验 结果如表7 2 所示。 表7 2 不同运行时间阶段不同通量时出水稳定时间 从表7 2 可以看出，不同运行时间阶段，出水稳定时间大大减少。通量为 3 0l m 2 h 时，出水稳定时间衰减了6 0 4 ；通量为4 0u m z h ，出水稳定时间衰 减了5 2 9 4 ；通量为5 0l m 2 “ h 时，出水稳定时间衰减了6 0 。由此可见，通量 对稳定时间衰减率影响不大。 运行时间对动态膜生物反应器稳定运行的影响实质上是膜污染的影响，随 着系统的