（市政工程专业论文）移动床反应器处理生活污水的研究.pdf

山东建筑大学硕士毕业论文 摘要 生物膜移动床反应器( m b b r ) 作为一种新型的生物膜污水处理工艺，凭借其自特点 及优势，正逐渐受到人们的重视。与活性污泥法相比，m b b r 具有负荷大、效率高、污 泥龄长、剩余污泥量少、无污泥膨胀等特点。该论文依托山东省科技计划重大专项项目 ( 2 0 0 5 g g 2 1 0 0 6 0 0 1 ) ，以移动床生物膜反应器为研究对象，分别对校园生活污水和人工 模拟污水进行了深度处理研究。 本论文首先以两级串联移动床反应器为研究对象，研究了两级移动床反应器处理校 园生活污水时各级的启动挂膜状况，并通过改变h r t 和气水比，考察了在不同条件下 m b b r 对污水中碳和氮的去除效果，优化出了最佳的反应器运行条件，为m b b r 的实际 应用提供参考。试验结果表明：( 1 ) 温度为1 5 4 - 3 ，m b b r l 和m b b r 2 分别在2 3 天和1 8 天左右完成挂膜启动，两种载体上的附着微生物生长稳定时生物膜质量浓度分别达到达 1 3 9 l 和1 7 l 。挂膜过程中，c o d c e - n 氨氮的去除率的提高不是同步的，生物膜增长 过程中，好氧异养菌的增殖速度较快，硝化菌的增殖速度较慢。( 2 ) 对于两级系统，在 进水c o d c r 相对较低和曝气量一定的条件下，水力停留时间( h r t ) 为6 h 时，c o d c r 去 除效果达到最佳，n h 4 + - n 在h r t 为8 h 时达到最佳去除效果。( 3 ) 常温条件下，当总的 停留时间为8 h ，m b b r l 气水比为2 5 ：1 ，m b b r 2 气水比为2 8 ：1 时，c o d c r 出水浓度为4 5 m g l 左右，去除率达到6 5 ；氨氮出水浓度低于5 m g l ，去除率为9 5 左右，c o d c r 和 n h 4 + - n 均达到中水回用标准。( 4 ) 常温运行，在m b b r l 停留时间为4 2 5h 、气水比为2 5 ： 1 的条件下，t n 的去除率可达到为2 8 以上。( 5 ) 相对于常温，低温条件下，两级m b b r 工艺对c o d c ，的去除效果基本无变化，但对氨氮和t n 的去除效果有所下降。 为了进一步考察温度、d o 以及c n 比对移动床反应器同步硝化反硝化运行的影响， 本文又以人工模拟生活污水为处理对象，对单级m b b r 进行了研究。试验结果表明：( 1 ) 水温对低浓度生活污水脱氮有显著影响，温度在1 2 。c 左右生物硝化反应仍能保持较高的 硝化反应速率，但当温度降低到1 0 以下之后，硝化反应速率有较为明显的降低。( 2 ) 在t = 8 1 2 ，进水c o d 在2 5 0 m g l 左右，c n 为1 0 ，水力停留时间为1 5h ，悬浮填料 填充率为4 0 时，d o 为1 0 m g l 左右时，m b b r 工艺对氨氮的去除率可达7 5 ，并通 过同步硝化反硝化实现4 2 以上的脱氮效果。研究结果还表明，在低温条件下，随着 d o 浓度的降低，亚硝酸积累率逐渐上升。( 3 ) c n 在2 8 之间时，c n 越高，s n d 脱氮 山东建筑大学硕士毕业论文 效果越好。 关键词：移动床生物膜反应器：生物脱氮；生活污水；生物膜；悬浮填料；低温 山东建筑大学硕士毕业论文 s t u d yo np e r f o r m a n c eo fm o v i n gb e d b i o f i l mr e a c t o r ( m b b r ) f o r d o m e s t i cw a s t e w a t e rt r e a t m e n t a b s t r a c t m b b ri san e ww a yo fb i o f i l mw a t e rt r e a t m e n t s ，w h i c hi sg o tm o r ea n dm o r ea t t e n t i o n f o ri t sa d v a n t a g e sa n dc h a r a c t e r i s t i e s c o m p a r e dw i t ha c t i v a t e ds l u d g ep r o c e s s ，m b b rh a s m a n ya d v a n t a g e s ，s u c ha s1 1 i g ht r e a t m e n te f f i e i e n c y , l o n gs l u d g ea g e ，l e s ss u r p l u ss l u d g ea n dn o s l u d g ef i l a m e n t a t i o nb u l k i n ga n ds oo n t h i sp a p e rd e p e n d so nt h es c i e n c ea n dt e c h n o l o g yp l a n s i g n i f i c a n ts p e c i a lp r o j e c to fs h a n d o n gp r o v i n c e ，m b b rw a su s e di na d v a n c e dt r e a t m e n to f d o m e s t i cw a s t e w a t e r f i r s to fa l l ，t h et r e a t m e n te f f e c t so ft h em b b rw e r ew e l ls t u d i e d t w o - s t a g em o v i n gb e d r e a c t o rw e r eu s e di ns e r i e s ，t h es t a t u so ft h et w o s t a g em b b rc h a n g e dw i t ht i m ef l i e sd u r i n g t h es t a r t u p ，w h i c hw a ss t u d i e di no r d e rt oh e l pt oa c c e l e r a t et h es t a r t u p t h r o u g hc h a n g e si n r e a c t i o np a r a m e t e r ss u c ha sh r ta n da i r - w a t e rr a t i o ，t h ec a r b o n a c e o u sa n dn i t r o g e n o u s r e m o v a lc a p a c i t yo fm b b ri nt h ew a s t e w a t e rw a si n v e s t i g a t e d t h eb e s tr e a c t o ro p e r a t i n g c o n d i t i o nw h i c hi sb a s e do nt h ee x p e r i m e n t a lr e s u l t so ft h ea n a l y s i s ，i sg o o df o r t h ep r a c t i c a l a p p l i c a t i o no fm b b rr e f e r e n c e t h e r e s u l t ss h o w e dt h a t ：( 1 ) u n d e rt h e t e m p e r a t u r eo f 15 + 5 。c ，m b b r ia n dm b b r 2c o u l db es t a r t - u pi n2 3d a y sa n d18d a y s ，a n dt h ec o n c e n t r a t i o no f a t t a c h e db i o m a s ss t a b i l i z e da t1 2 固la n d1 7g l t h et e s ta l s or e v e a l st h a tt h er e m o v a lo f c o d e rd i d n tn o tk e e pi np a c ew i t ht h a to fn i - i 4 + ni nt h ep r o c e s so ff i l mf o r m a t i o n ，w h i l et h e i n c r e a s i n gr a t eo ft h ea e r o b i ch e t e r o t r o p h i cb a c t e r i aw a sh i g h e rt h a nt h a to ft h ea u t o t r o p h i c n i t r o b a c t e r i ai nt h ep r o c e s so fb i o l o g i c a lf i l mg r o w t h ( 2 ) f o rt h ew h o l es y s t e m ，w h e nt h e a e r a t i o nv o l u m ew a sc o n s t a n t ，a st h ec o n c e n t r a t i o no fc o d e ri ni n f l u e n ti s1 0 w , h r t = 6 h ，t h e r e m o v a l o fc o d e rr e a c h e dt h eb e s t ( 3 ) u n d e rt h ec o n d i t i o n so fa m b i e n tt e m p e r a t u r e ，w h e nt h e t o t a lo fh r tw a s8 h ，t h ea i r - w a t e rr a t i oo fm b b r tw a s2 5 ：1 ，t h ea i r - w a t e rr a t i oo fm b b r 2 w a s2 8 ：1 ，t h ec o n c e n t r a t i o no fc o d c rw a sa b o u t4 5m e r l e ，a n dt h er e m o v a lr a t er e a c h e d6 5 ； t h ec o n c e n t r a t i o no fa m m o n i aw a sl e s st h a n5m g l ，a n dt h er e m o v a lr a t ew a s9 5 ，c o d e r a n dn h 4 + - nh a db e e na c h i e v e di nd e a l i n gw i t hw a t e rr e u s es t a n d a r d s ( 4 ) f o rm b b r l ，u n d e rt h e c o n d i t i o n so fa m b i e n tt e m p e r a t u r e ，w i t ha i r - w a t e rr a t i oa b o u t2 5 ：1 ，h r t ：4 2 5 ，t h er e m o v a lo f 山东建筑大学硕士毕业论文 t ni nm b b r lw a su pt o2 8 ( 5 ) c o m p a r e d 、以t 1 1t h ea m b i e n tt e m p e r a t u r e ，l o w t e m p e r a t u r e h a dn oi n f l u e n c eo nt h ee f f l u e n tc o d c rc o n c e n t r a t i o ni nm b b r a n dh a de n o r m o u si n f l u e n c e o nt h ee f f i u e n ta m m o n i aa n dt n s e c o n d l y , s i m u l a t e dd o m e s t i cw a s t e w a t e rw a sa l s ou s e di nt h i sr e s e a r c h t h ee f f e c t so f t e m p e r a t u r e ，d oa n dc nr a t i oo nt h en i t r i f i c a t i o na n dd e n i t r i f i c a t i o ni nm b b rw e r e s t u d i e d 1 1 1 er e s u l t si n d i c a t e dt h a t ：( 1 ) t h et e m p e r a t u r eo fw a t e rh a das i g n i f i c a n ti m p a c to n d e n i t r i f i c a t i o no fl o wc o n c e n t r a t i o nd o m e s t i cs e w a g e w h e nt h et e m p e r a t u r ew a sa b o u tl2 ， n i t r i f i c a t i o nr a t ew a sa l s ov e r yh i g h h o w e v e r , w h e nt h et e m p e r a t u r ed r o p p e dt o10 ， n i t r i f i c a t i o nr a t eh a sam o r em a r k e d r e d u c t i o n ( 2 ) a t t h et = 8 12 ，c o d c r - - 2 5 0 m g l ，c n = 5 ：l ，h r l r = 1 5 kw h i l ed ow a sc o n t r o l l e da t1 o m g l ，t h er e m o v a lr a t i oo f n h 4 + - n r e a c h e dt h ec l i m a xa b o u t7 5 ，a n da b o v e4 2 o ft o t a ln i t r o g e n ( t n ) r e m o v a le f f i c i e n c y t h r o u g hs n dh a db e e nf o u n di nt h es y s t e m n er e s u l t sa l s os u g g e s t e dt h a t a tl o w t e m p e r a t u r e s ，t h ea c c u m u l a t i o nr a t eo fn i t r i t e r i s e d g r a d u a l l y 岍ld od e n s i t y r e d u c t i o n ( 3 ) w h e nc ni s2 8 ，a sc ni n c r e a s e d ，t h er e m o v a lr a t eo ft o t a ln i t r o g e ni n c r e a s e d k e yw o r d s ：m o v i n gb e db i o f i l mr e a c t o r ( m b b r ) ；b i o l o g i c a ln i t r o g e nr e m o v a l ； d o m e s t i cw a s t e w a t e r ；b i o f i l m ；s u s p e n d e dc a r t i e r ；l o wt e m p e r a t u r e i v 原创性声明 本人郑重声明：所提交的学位论丈是本人在导师的指导下，独立进行研究取 得的成果。除文中已经注明引用的内容外，论文中不含其他人已经发表或撰写过 的研究成果，也不包含为获得山东建筑大学或其他教育机构的学位证书而使用过 的材料。对本文的研究作出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。 本人承担本声明的法律责任。 学位论文作者签名： 学位论文使用授权声明 本学位论丈作者完全了解山东建筑大学有关保留，使用学位论文的规定，即： 山东建筑大学有权保留并向国家有关部门或机构送交学位论文的复印件和磁盘， 允许论文被查阅和借阅。本人授权山东建筑大学可以将学位论文的全部或部分内 容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或其它手段保存、汇编学位论 文。 保密论文在解密后遵守此声明。 学位论文作者签名：日期 导 师签 名：函a 二日期：主：垒竺 山东建筑大学硕士毕业论文 辑 第1 章绪论 1 1 生物膜法废水处理工艺及其发展现状 1 1 1 生物膜法的基本原理及其特点 生物膜法净化污水的原理可用图1 1 来说明 1 1 。生物膜的表面上吸附着一层很薄的水 膜，相对于外侧运动着的水流，水膜是静止的。水流中的有机物可被生物膜氧化。由于 水膜中有机物浓度比流动水层中的低，于是流动水层中的有机物可通过水流的紊动和浓 缀鹣黧= 然篡篡裁茎耋 山东建筑大学硕士毕业论文 ( 5 ) 系统操作维护方便，能耗低，无需污泥回流； ( 6 ) 因系统的微生态复杂，对水力和有机负荷变化的承受能力强，操作运行稳定。 1 1 2 生物膜反应器的研究现状及发展趋势 1 1 2 1 生物膜反应器的发展沿革 生物膜反应器是污水生物处理主要技术之一，它与活性污泥法并列，既是古老的、 又是发展中的污水生物处理技术。 在1 9 世纪末期的1 8 9 3 年，英国进行将污水在租滤料上喷洒进行净化试验取得了良 好的净化效果，作为生物膜反应器的生物滤池开始闯世，并从此开始用于污水处理的实 践。 在2 0 世纪2 0 3 0 年代，开始建造了许多生物膜反应器系统，其主要形式就是生物滤 池。与微生物处于悬浮生长状态的活性污泥法相比，虽然生物滤池具有生物量高和净化 效果较好等优点，但由于其水量负荷和b o d 负荷均较低、环境卫生条件也较差、处理 构筑物占地面积较大且有可能被脱落的生物膜堵塞等缺点，在4 0 5 0 年代生物滤池有逐 渐被活性污泥法取代的趋势。 在此期间，作为生物膜反应器的生物滤池的填料主要是碎石、卵石、炉渣和焦炭等 实心拳状的元机性天然滤料，一般具有比表面积小和空隙率低等缺点。到了6 0 年代，新 型的有机合成材料开始大量生产，广泛使用的有由聚乙烯、聚苯乙烯和聚酰胺等制成的 波纹板状、列管状和蜂窝状等有机人工合成境料，其比表面积和空隙率大大增加。再加 上环境保护对水质要求的进一步提高，生物膜反应器获得了新的发展。到了7 0 年代，除 了普通生物滤池( t r i c k l i n gf i l t e r s ，也称为滴滤池) 外，生物转盘( 1 强c ) 、淹没式生物滤池 ( s u b m e r g e db i o f i l mr e a c t o r ) 和生物流化( f l u i d i z e db e d ) 技术都得到了比较多的研究与应 用。近年来，生物膜反应器以其独特的优势更受广大研究者和工程师们的关注【4 】，又涌 现出大量新型的单一或复合式生物膜反应器( h y b r i db i o - r e a c t o r s ) ，如微孔膜生物反应器 ( m e m b r a n e b i o f i l mr e a c t o r ) 、气提式生物膜反应器( a i rl i f t s ) 、移动床生物膜反应：器( m o v i n g b e db i o f i l mr e a c t o r ) 、复合式活性污泥生物膜反应器( h y b r i da c t i v a t e ds l u d g eb i o f i l m r e a c t o r ) 、序批式生物膜反应器( s e q u e n c i n gb a t c hb i o f i l mr e a c t o r ) 、升流式厌氧污泥床厌 氧生物滤池f o a s b a f ) 及附着生长稳定塘( a t t a c h e d - g r o w t hp o n d s ) 等等。由此可见，生物 膜反应器发展迅速，由单一到复合，有好氧亦有厌氧，逐步形成了一套较完整的污水牛 物处理工艺系列。 山东建筑大学硕士毕业论文 最近多年来，生物膜法技术在理论和应用方面的研究很多，主要集中在工艺、反应 装置、微生物等几个方面。虽然生物膜法技术与活性污泥法相比具有生物量多、剩余污 泥产量少、运行管理方便、工艺过程稳定、动力消耗少等很多优点【5 】，但也存在投资较 高、出水较混浊还不能完全达标等缺点。现在这几方面的研究主要是针对这些缺点以及 进一步提高其处理效果、扩大其应用范围的。 1 1 2 2 常见常见废水生物膜处理工艺 根据生物膜反应器内微生物附着生长载体的状态，生物膜反应器可以划分为固定床 和流动床两大类。基本操作时，是否有氧气的参与，各生物膜反应器或者处于好氧状态， 或者处于缺氧和厌氧状态。 ( 1 ) 生物滤池 生物滤池是生物膜反应器的最初形式，在生物滤池处理污水的过程中，经过预处理 的污水以滴状喷洒在滤池表面，经过一段时间在填料表面形成生物膜，待生物膜成熟后， 栖息在生物膜上的微生物即摄取流经膜表面的污水中的污染物作为营养，从而使污水得 以净化。 随着研究的不断深入和运行经验的不断积累，生物滤池已由原来承受较低负荷的普 通生物滤池逐步发展成为承受较高负荷的高负荷生物滤池和塔式生物滤池，此外还有处 于无氧操作条件下的厌氧生物滤池和与活性污泥曝气池串联在一起的活性生物滤池【6 1 。 近年来人们研究的主要目标是它的硝化和反硝化功能。 ( 2 ) 生物转盘 生物转盘亦称旋转生物接触器( r b c ) ，是由一系列平行的旋转圆盘、转动横轴、动 力及减速装置和氧化槽等部分组成。自1 9 5 4 年在当时的西德建造的第一套半生产性生物 转盘以来，目前已在国际范围内得到普遍应用。 近年来人们开展了r b c 用于硝化与反硝化的研究【刁，还有一项对r b c 改进的工艺， 即形成r b c s c 处理系统来提高总的污染物去除效率 8 1 ，在增加r b c 的盘片比表面积和 提高生物膜量方面【9 1 及r b c 性能优化【1 0 1 等方面也进行了大量的研究，取得了较好的成 果。 。 ( 3 ) 淹没式生物滤池 淹没式生物滤池亦称生物接触氧化法，7 0 年代始出现于日本。所谓淹没式生物滤池 即在池内充填一定密度的填料，污水浸没全部填料并与填料上的生物膜广泛接触，在微 山东建筑大学硕士毕业论文 生物新陈代谢功能的作用下，污水中的污染物得以去除，污水得以净化。淹没式生物滤 池多在好氧状态下运行，充氧方式可以是污水预先充氧曝气再流经填料。也可以是在池 内设有人工曝气装置。近年来人们对生物膜载体和运行工况优化【l l 】等方面进行了大量的 研究。 ( 4 ) 生物流化床与气提式生物膜反应器 生物流化床应用于污水处理领域始于7 0 年代初期并率先在美国和日本进行广泛的 研究与应用。所谓生物流化床，就是以砂和活性炭等颗粒物质为载体充填于生物反应器 内，因载体表面附着生长着生物膜而使其质变轻，当污水以一定流速从下而上流动时， 载体便处于流化状态。按照使载体流动的动力来源的不同，一般可分为以液流为动力的 流化床和以气流为动力的三相流化床两大类。在两相流化床中，按照进入流化床的污水 是否预先充氧曝气，床体又可处于好氧状态和厌氧状态，前者主要用于处理污水中的有 机污染物，而后者则主要用于去除污水中的亚硝酸盐氮和硝酸盐氮等。 近年来，在这类生物膜反应器中，硝化与反硝化仍然是研究者最为关注的 1 2 】。此外， 流化床与气提式生物膜反应器的水力学状况也是研究者感兴趣的课题【1 3 】。 ( 5 ) 厌氧生物膜膨胀床 厌氧生物膜膨胀床是为优化污水处理甲烷发酵工艺于1 9 7 4 年研究和开发出来的，与 生物流化床相似，它也是在多为圆柱形结构的床内填充细小的砂、砾石、无烟煤和塑料 等固体颗粒作为微生物附着生长的载体，但污水从床底部流入时仅使填料层处于膨胀而 非流态化状态，即颗粒间仍保持互相接触。厌氧生物膜膨胀床处理系统可用来处理多种 不同类型的污水，包括生活污水、糖浆发酵污水、合成污水、牛粪便污水和乳清污水等， 。对c o d c ，小于6 0 0 m g l 的低浓度污水的处理亦是非常有效的。 ( 6 ) 移动床生物膜反应器 移动床生物膜反应器是近年来颇受研究者重视的另一种革新型生物膜反应器，它使 微生物附着在载体上，载体漂浮在反应器内，并随混合液的回旋翻转而自由移动，从而 达到处理污水的目的。它不仅集活性污泥法和生物膜法的优点于一身，而且克服了两者 的缺点，具有处理能力高、能耗低、不发生堵塞、结构紧凑、无需污泥回流、维护管理 简单的工艺特点。 近几年来，国内外有人应用m b b r 进行了处理生活污水，工业废水的实验研究，均 取得了较好的结果【1 6 】。该处理工艺可靠，易于操作，适用于设计小型污水处理厂或改 造已有的超负荷运转的活性污泥处理系统。 山东建筑大学硕士毕业论文 ( 7 ) 复合式生物膜反应器 复合式生物膜反应器是近年来发展较快、引起研究者极大兴趣的复合处理工艺，这 些反应器将单一操作的优点复合在一起，使反应器的净化功能极大提高。其特点是在活 性污泥曝气池中投加填料作为微生物附着生长的载体，进而形成悬浮生长的活性污泥和 附着生长的生物膜，共同承担去除污水中污染物的任务1 7 1 。有代表性且进行深入研究或 应用的复合式生物膜反应器主要有复合式活性污泥生物膜反应器、序批式生物膜反 应器及附着生长稳定塘。 综上所述，生物膜反应器的类型众多，有的已有多年应用于污水处理的生产实践， 有的则正处于研究阶段或将要应用于实际，还有的只是刚刚于实验室内研究开发出来的 新型工艺有待于进一步总结研究。还应说明的是，上面所述的生物膜反应器尽管多有好 氧与厌氧之分，但即使在好氧生物膜反应器中，好氧与厌氧微生物总是共存的，尤其是 对于生物膜较厚的情况，溶解氧仅能通过扩散达到微生物膜的表层，深层的生物膜通常 处于缺氧或厌氧状态。 1 1 2 3 生物膜反应器的发展趋势 由于生物膜反应器本身内在的优点，近年来国内外一些专家学者均对此进行更为深 入的研究。内容涉及到生物膜载体的开发与改良、微生物在载体表面的固定机理与技术、 生物膜增长与对有机物的去除等，因而使得对生物膜反应器的研究进一步向纵深发展。 随着对生物膜的有关特征的认识和基础理论研究的逐步加深，已有的实际应用工艺诸如 生物滤池和生物转盘等更趋于日臻完善，更出现了生物流化床和膜生物反应器等新型的 生物膜反应器工艺与系统，同时亦有研究者将生物膜的优势引入到悬浮生长污水处理系 统形成各种组合工艺，充分利用各自的优点。在去除污染物方面，研究者从去除不同来 源的有机物、营养物方面更是取得了丰硕的成果。 今后，生物膜反应器的研究将更趋向于进一步探讨微生物在载体表面的固定机理， 开发工程实际中普遍适用的微生物固定技术，优化生物膜结构及各种反应器工艺系统。 进一步使各种膜反应器系统的净化功能更为广谱与高效，使其净化功能进一步提高。深 入研究生物膜微生物的增长及底物去除动力学和生物膜微生物的能量代谢。生物膜反应 器更向着节能和自动化控制方向发展。 1 2 移动床生物膜反应器 山东建筑大学硕士毕业论文 1 2 1 移动床生物膜反应器产生背景、原理及特点 传统的脱氮理论认为，由于硝化细菌和反硝化细菌对环境条件的要求不同，一般认 为这两个过程不能在同一反应器内同时发生。二十世纪八十年代以来，对脱氮的理论有 了新的认识1 8 1 ，从同步硝化反硝化现象的生物学方面看【1 9 1 ，近年来由于好氧反硝化菌和 异氧硝化菌的发现，打破了传统理论认为硝化反应只能由自养菌完成和反硝化反应只能 在厌氧条件下进行的认识，在同一反应器内同时硝化反硝化成为可能。另外，随着生物 膜污水处理技术的发展进步，对生物膜结构和作用机理【2 0 2 1 】有了更进一步的认识，由于 氧扩散的限制，在生物膜( 絮体内) 内产生d o 浓度梯度从而生物膜内部形成合适比例的好 氧层和缺氧层，使其既具有良好c o d c ，去除效果，又可实现硝化和反硝化两个过程的动 力学平衡，从而达到良好的同步硝化反硝化脱氮效果。 移动床生物膜反应器( m o v i n gb e db i o f i l mr e a c t o r ( m b b r ) ) 是在流化床基础上形 成的污水处理新技术。从2 0 世纪八十年代起，欧洲的一些公司、大学等单位开始对移动 床生物膜反应器进行研究【2 2 1 。后来一些学者对其进行了研究和改进，使其更多地应用到实 际生产中。移动床内的大量的悬浮填料大大增加了生物膜的表面积，提供了宏观和微观 的好氧和厌氧环境，因而移动床生物膜反应器具有同时硝化反硝化非常良好的条件。移 动床生物膜反应器的主要原理是污水连续经过装有移动填料的反应器时，在填料上形成 生物膜，生物膜上微生物大量繁殖，起到净化污水的作用。移动床生物膜反应器是在生物 滤池和流化床的工艺基础上发展起来的。它既具有传统生物膜法耐冲击负荷、泥龄长、 剩余污泥量少的特点，又具有活性污泥法的高效性和运转灵活性。与传统的活性污泥比， m b b r 具有以下几个特点器【2 3 2 4 ： 工艺所用悬浮填料比表面积远高于常规固定式填料，为微生物提供了更多的 生长空间，大大提高了处理负荷率，缩短了水力停留时间，可减少池体的容积，节省 工程投资。 传质速率快，生物膜活性高。悬浮填料在很小的气水比条件下，即可形成流 化状态；填料的流化及与气泡的碰撞切割，极大地提高了生物处理三要素之间( 微生 物、溶解氧和污染物) 的传质效率；填料的挂膜和脱膜速度快，活性高。 填料在随水流不断循环流动的同时，自身也不断地旋转，不会结团堵塞，老 化的生物膜可及时通过水力紊动自动脱落，有效地防止了填料积泥问题，生物处理池 无需专门的反冲洗设施。 山东建筑大学硕士毕业论文 改善了生物处理池的通气和过水性能，水头损失小，对处理构筑物的要求简 单。 工艺既可以单独运行，也可以投加到曝气池增加微生物量，提高除污染能力 和处理水量；还可以作为预处理手段选择性地去除某些污染物，为后续处理创造最佳 条件。 1 2 2 移动床生物膜反应器的研究应用现状及发展趋势 移动床生物膜反应器( m b b r ) 自1 9 8 8 年开发以来，在国外得到一定的发展，现在有 1 0 0 多个基于此技术的污水处理厂在世界各地的1 7 个国家己经投入使用或在建造之中， 它们主要用于城市污水或工业废水中有机物质及n h 4 + - n 的去除。目前，国内外已对移动 床生物膜反应器进行了多项试验性研究，并用来处理生活污水、造纸废水、肉加工废水、 脱氮等，均取得了较好的效果。由于m b b r 可减小现有污水处理系统的体积，易于在现 有污水处理厂基础上升级，且处理效果较好。 1 2 2 1 国外研究现状 国外在应用m b b r 进行处理生活污水、工业废水的小试、中试及生产性实验研究中， 普遍取得了较好的效果。移动床生物膜反应器可减小现有污水处理系统的体积，易于在 现有污水处理厂基础上升级，且处理效果更好。在移动床反应器内进行硝化反硝化具有 许多优点，但由于对床层膨胀率、生物膜厚度、布水器等的控制比较困难，并且还有放 入效应问题，用于生物脱氮的移动床大多限于实验室规模或中试规模。对移动床反应器 内进行同时硝化反硝化作用的研究是在近几年才发展起来的。在日本最新的氨氮去除技 术中，采用三相流动生物处理与活性碳生物吸附处理系统相结合去除污水中的氮和磷， 在韩国几家公司进行的实验中获得了很大的成功，移动床用于生物脱氮取得了较好的效 果。 ( 1 ) m b b r 对生活污水处理的研究 r u s t e n 掣2 5 1 在f r e v e r 废水处理厂使用型填料进行废水的中试脱氮处理。进水为 预处理过的生活污水，温度为4 8 - 2 0 。c ，结果表明，1 0 时，硝化速率可达到 1 9 0 g t k n m 2 d ，反应器的p h _ 7 。前期脱氮效果主要受水中易降解有机物浓度和移动床缺 氧区进水中溶解氧的影响。该设计指出移动床与前硝化、后脱氮、絮凝及最后的固体分 离系统结合使用，入水为2 5 m g t n l ，总氮的去除率7 0 。r u s t e n 等嗍还对m b b r 在寒 山东建筑大学硕士毕业论文 冷气候下去除低浓度废水中的氮进行了中试，对比了前置反硝化和后置反硝化的优劣。 对于先反硝化还是后反硝化工艺的选择主要取决于原水的组成和需要达到的去除率。在 进水浓度为2 0 - 2 5 m g t n l 时，先反硝化工艺t n 去除率为5 0 - 7 0 ，水力停留时间 为6 h 。后反硝化工艺在水力停留时间小于3 h 的情况下， i n 去除率在8 0 9 0 之间。 g a n d r e o t t o l a 等【2 刀人通过中试成功地升级一超负荷污水处理厂，使有机碳和氨氮的去除 率在水力停留时间为5 5 7 1 1 时分别达到8 8 和9 0 ，即使在8 c 的低温下，碳氮的去除 率仍达到了7 3 和7 2 。e 7 d e g a a r d 等【2 8 】研究了挪威的s t e i n s h o l t 生活污水处理厂中 m b b r 的运行情况。最后结果显示，总氮、总磷、t c o d 的去除率分别为4 5 、9 8 和 9 3 。 ( 2 ) m b b r 对工业废水处理的研究 m b b r 两级联用或与其他工艺结合使用，能够提高系统的有机负荷和效率。c h a n d l e r 等【2 9 】采用塑料填料，应用两级生物反应器对造纸厂废水回用处理进行中试，结果表明， h r t 为3h ，可溶解性b o d 平均可减少9 3 ，出水b o d 5 平均浓度达到7 8 3m g l 1 。挪威 的j a h r e n 等3 伽研究了用厌氧好氧m b b r - i - 艺处理高温造纸废水( 5 5 ) 。厌氧反应器去 除率达到3 4 k g s c o d m 3 d ，好氧反应器去除率为1 8 k g s c o d m 3 d 。厌氧反应器在负荷 为7 k g c o d m 3 d 时，b s c o d 去除3 0 ，最终b s c o d 去除6 0 。s i g r u nj j a l l r e n 【3 1 】 采用好氧m b b r 处理热的( 5 5 0 c ) t m p 白水，用嗜温的火星污泥接种，在1 0 7 天的试验 里，运行中填料的最高c o d 负荷为2 5 3 5 k g ( m 3 d ) ，h r t 为1 3 2 2 d , 时，c o d 去除率达 6 0 0 o - 6 5 。h o s s e i n i 等嗍使用m b b r 处理含酚废水，进水p ( c o d ) t o t 为 8 0 0 m g l 1 ( 其中只包含酚和糖) ，反应器填充率为7 0 ，水力停留时间为1 2h 时，出水的 p ( c o d ) 为6 0m g l 1 。当c o d 酚c o d 总比高于或低于0 6 时，c o d 的去除率均有下 降。实验还证明了m b b r 反应器有很好的抗毒冲击能力。 ( 3 ) m b b r 对氨氮去除的研究 瑞典马尔墨赫隆德污水处理厂【3 3 】将m b b r 作为反硝化反应池，并投加碳源。在水温 1 6 。c 投加乙醇的最大反硝化率约为2 5 9 n m 2 - d ，投加甲醇的最大反硝化率约为 2 0 9 n m 2 d 。完全反硝化应需要4 0 - - 5 o g c o d g n 0 3 。l a b e l l e 等阴 用m b b r 对海水进 行脱氮研究。在含有较高浓度的硫酸盐海水中，调整c n ，可以改变脱氮的速率，最高 可达至l j l 7 7g m d - 1 。并且反应不受毒性物质h 2 s 的影响。生物膜的厚度在反应器中得 到了很好的控制，合适的生物膜厚度是提高脱氮的关键因素之一。k a r l h e i n z 等【3 5 】用 m b b r 对含高浓度铵盐的的废水进行亚硝化脱氨。在生物膜外部的好氧层n h 4 + 首先被 山东建筑大学硕士毕业论文 氧化成n 0 2 。，在生物膜内部的厌氧层n h 4 + 再同n 0 2 反应生成n 2 完成脱氮过程。在此过程 中，n h 4 + 再好氧条件下主要被氧化成n 0 2 而不是n 0 3 是工艺的关键，控制p h 值和溶解氧 浓度有利于亚硝化反应的进行。该工艺无需额外的碳源，适用于c n 较低的污水脱氨。 1 2 2 2 国内研究现状 近年来，我国不少学者也进行了这方面的研究，但用于生活污水处理的研究较多， 在工业废水方面的应用研究较少，而且大多处于实验性研究阶段，移动床生物膜工艺在 我国污水处理工程中的应用实例还不多。 ( 1 ) m b b r 对生活污水处理的研究 孙博等3 6 】针对东北地区冬季污水处理效果较差、c o d c ，去除率不高的问题，选择生 物膜反应器处理低温生活污水，比较了国内几种常见的填料，新型纳米悬浮填料在3 0 的投配率下o c 值( 充氧性能) 就达到了0 0 7 1k g h 挂膜1 8d 后填料上的生物量达到 5 5 l ，且系统的c o d c ，去除率稳定在7 5 左右，曝气量控制在2 5 0l l a ，在1 0 1 2 的 条件下进行试验结果表明，使反应器的生物量提高至u 7 - 7 5g l ，c o d c ，的去除率达n 8 5 左右，出水c o d c , 悻至8 5 m l 以下。吴根等【3 7 】利用悬浮填料生物膜床反应器处理高校 生活污水，对c o d c r 、氨氮和总磷有较好的去除效果。水力停留时间6h 时，c o d c ，总去 除率最高可达到9 5 ，出水c o d c 确定在3 0m g l 以下；总磷去除率达到5 0 以上，出水 总磷含量低于0 5m g l ；对n h 4 + n 的去除率可以稳定在8 0 以上，出水n i - 1 4 + n 低于 l m g l 。季民等【3 8 】利用移动床生物膜反应器r ( m b b r ) 处理生活污水，在进水c o d c r y 寸8 0 - - - 3 0 0 m g l 、水力停留时间为2 - - - 4h 、有机负荷为0 4 8 2 9 3k g c o d ( m 3 d ) 的条件下， 出水c o d 浓度可降至3 0 - 6 0m g l 。 对于低浓度的生活污水，马建勇等例研究了m b b r 处理低浓度生活污水时启动和 运行的性能和特点，发现闭路循环法比排泥挂膜稍慢，但运行初期的处理效果比后者好。 同时考察了悬浮污泥与填料生物膜之间的关系，表明悬浮污泥对填料生物有抑制作用， 不利于反应器的长期稳定运行。 ( 2 ) m b b r 对工业废水处理的研究 孙华掣4 0 1 采用m b b r 处理染料化工废水，运行数据表明，出水b o d 5 、氨氮和苯胺 等可以达到排放标准，c o d c r 的去除率为7 0 左右。王学江等 4 u 利用m b b r 处理石化废 水，采用了新型的悬浮填料具有比表面积大，易挂膜，有利于切割气泡，且对氧的利用 率有较大提高。在水力停留时间大于6 h ，反应器填料为5 0 的情况下，出水c o d ，n h 4 + n ， 山东建筑大学硕士毕业论文 s s 和浊度均达到国家标准。此反应器有较强的抗冲击负荷能力，且出水水质稳定。龚云 华等【4 2 】通过对中试规模的浮动床生物膜反应器处理混合化工废水的试验研究，探讨了水 力停留时间、污泥负荷、温度等对反应器处理性能与效果的影响。试验结果表明：h r t 在1 3 4 h ，1 4 4 h ，1 5 6 h ，1 7 h 时c o d c ，的平均去除率分别为7 4 ，7 7 ，7 7 ，8 1 ； 污泥负荷范围在0 1 7 0 7 7 k g b o d s k g m l s s d 内，b o d 5 去除率先呈上升趋势，而后呈下 降趋势；水温在8 1 0 时，水力停留时间为1 1 7 1 5 h ；c o d c ，去除效率在5 7 7 6 5 8 之 间，b o d 5 去除率在7 6 3 8 5 4 之间。 ( 3 ) m b b r 脱氮性能的研究 孟怡、徐亚同等【4 3 】采用内置添料的硝化反硝化工艺处理含氮制药废水，研究了硝化 反硝化在制药废水中的应用。利用填料上生物膜内外层不同及硝化细菌、反硝化细菌生 态位的不同，创造了局部好氧硝化、局部缺氧反硝化的生物脱氮微环境。结果表明，在 适宜的条件下，n h 4 + - n 和t n 的去除率分别高达9 0 和7 0 。王学江等【4 4 】研究了移动床生 物膜反应器( m b b r ) 同步硝化反硝化生物脱氮城市污水处理工艺。试验结果表明，当溶解 氧( d o ) 质量浓度为2m g l - 1 、水力停留时间为8h 、悬浮填料填充率为5 0 时，m b b r _ z 艺可通过同步硝化反硝化实现9 0 以上的脱氮效果。生物膜内d o 质量浓度梯度造成好氧 和缺氧区是实现同步硝化和反硝化的关键。该工艺能在同一个反应器中实现同时硝化和 反硝化，并达到两