（市政工程专业论文）AO动态膜生物反应器处理城市生活污水试验研究.pdf

摘要 a o 动态膜生物反应器处理城市生活污水试验研究 摘要 膜分离技术是当今水处理领域研究的热点，而膜污染及膜组什昂贵的价格阻碍了膜技术 的广泛应用。动态膜分离技术采用大孔径材料制作膜组件，降低了膜组件的造价，同时渗透 性能更佳、抗污染能力也显著提高。因此，动态膜作为一项新型的特殊膜分离技术正越米越 多的受到国内外水处理技术研究者的关注。 试验选用2 5 , a m 的p e ( 聚乙烯) 无纺布为基材制成平板式膜组件，在体积为4 8 l 的反应 器中采用a o 工艺进行小试试验处理城市生活污水。在合适的膜通量和错流速度下稳定运行 了4 5 天，没有出现膜阻力急剧上升的状况。当进水c o d 为4 0 0 m g l ，n h 。- n 为4 8 m g l ，t n 为 7 1 2 m g l ，t p 为4 m g l ，硝化液同流比为2 ：1 ，好氧池水力停留时间为8 h 时，对c o d 的去 除率为9 4 8 7 ，n h s - n 的去除率为9 8 ，t n 的去除率为7 6 7 ；活性污泥的浓度为3 0 0 0 m g l ， 污泥龄为2 8 d 时，t p 的去除率在4 5 左右，活性污泥浓度为2 0 0 0 m g l ，污泥龄为1 4 d 时。 t p 的去除率为6 5 左右，缺氧池中，由于n o 。一n 的存在，抑制了磷的释放，致使总体的除磷 效果不佳。 通过压力阶梯法和工作曲线法比较研究，确定2 5 , u m 无纺布平板式动态膜生物反应器 的临界膜通量为3 0 l m 2 h 。临界膜通量作为动态膜生物反应器的一个特性，不同的污泥浓 度时，没有明显的变化。不同通量下的运行试验证实，当通量小于3 0 l m 2 h 时，动态膜生 物反应器可以稳定运行；相反，反应器的液何快速上升，跨膜压差增火。_ r ：作曲线法是一种 简单易行的测定动态膜生物反应器的临界膜通域的方法。 采用惯性提升力和力平衡模型分析了动态膜形成前后膜表面颗粒受力情况，表明膜面错 流速度是影响动态膜形成和过滤性能的主要原因。形成动态膜的膜面错流速度存在极限值， 当错流小于1 5 c m s 时，自生动态膜很快在无纺布表面形成，所需时间与错流速度成反比； 当错流大于1 5 c m s 时，自生动态膜无法在无纺布表面形成。当错流速度小于1 4 5 c m s ，动 态膜的过滤特性相对稳定；当错流速度大于1 8 5 c m s 时，动态膜在剪切力较大处或薄弱处 被破坏，而且无法恢复。 动态膜生物反应器有良好的耐冲击负荷的能力。在一定的冲击负荷下，膜的出水通量会 迅速下降，但是经过及时的曝气反冲洗，通量恢复情况良好。长时间运行后的动态膜生物反 应器，单纯的曝气反冲洗对膜通量恢复基本没有效果，水力反冲洗可以去除大部分的凝胶物 质，使膜通量恢复到初始状态的6 5 。 关键词：a o ，动态膜生物反应器，生活污水处理，膜通量 摘要 l a b o r a t o r ys t u d yo na o d y n a m i cm e m b r a n eb i o r e a c t o rf o r a b s t r a c t m u n i c i p a ls e w a g et r e a t m e n t d y n a m i cm e m b r a n eb i o r e a c t o rt ot r e a tm u n i c i p a ls e w a g ei san e wt e c h n o l o g y i ti sw i d e l y c o n c e m e df o ri t sl o wc o s t ，h i g hm e m b r a n ef l u xa n de x c e l l e n tf o u l l i n gr e s i s t e n c e i nt h ee x p e r i m e n l2 5 a np en o n w o v e nf a b r i c su s e da sas u b s t r a t ei sm a x l et od y n a m i c m e m b r a n eb i o r e a c t o r , u s i n ga oi n t e g r a t e dp r o c e s sf o rd o m e s t i cw a s t e w a t e rt r e a t m e n t i nt h e a p p r o p r i a t em e m b r a n ef l u xa n dc r o s s - f l o wv e l o c i t yr u n s4 5d a y ss t a b l y , m e m b r a n er e s i s t a n c ed i d n o ta p p e a rs h a r pr i s i n g w h e nn i t r a t i o nr e f l u xr m i oi s2 ：1 ，a e r o b i cr e a c t o rh y d r a u l i cr e s i d e n c et i m ei s 8 h c o d a m m o n i ar e m o v a lr a t ei s9 4 8 7 ，t o t a ln i t r o g e nr e m o v a lr a t ei s7 6 7 w h e ns l u d g ea g ei s2 8d a y s ， t pd e s t i n a t i o nr a t ei sa b o u t4 0 ；s l u d g ea g ei sl5d a y s ，t o t a lp h o s p h o r u sr e m o v a lr a t ei sa b o u t6 0 p e r c e n t ，g o o dr e s u l t sw a sa c h i e v e d f o rt h en i t r a t ef r o ma e r o b i cr e a c t o r , t h ep h o s p h o r u sr e m o v a l r a t ew a sn o te x c e l l e n t u s i n gi n e r t i a ll i f t i n ga n df o r eb a l a n c em o d ee x p l a i n e dt h ef o r m a t t i n gm e c h a n i s ma n dp r o c e s s o fp r e - f o r m e dd y n a m i cm e m b r a n eb i o r e a c t o r t h r o u g ht h ec o m p a r i s o nt ot h ep r e s s u r e - s t e pa n d w o r k i n gc l r v om e t h o d ，i d e n t i f i e dc r i t i c a lf l u xo f2 5 _ o nn o n - w o v e nf a b r i c sf l a td y n a m i c m e m b r a n eb i o r e a c t o ri s3 0 l m z h a f t e rr e p e a t e dv e d f i c a t i o n ，t h ew o r k i n gc h iv em e t h o di sa s i m p l em e t h o dt om e a s u r i n gd y n a m i cm e m b r a n eb i o r e a c t o rc r i t i c a lf l u x m e m b r a n es u r f a c ec r o s s - f l o wi n c r e a s e sw i t ht h ea e r a t i o nf l u x ，w h e nc r o s s - f l o wv e l o c i t yi s l e s st h a n1 4 5 c m s ，t h ef i l t e rc h a r a c t e r i s t i c si ss t a b l e ；w h e nc r o s s f l o wi sh i g h e rt h a n1 8 5 c m s t h e d y n a m i cm e m b r a n ei sd e s t r u c t e di nt h ew e a ko rh i g hs t r e s sp o i n t ，i n s t a n t a n e o u sr e s i s t a n c eb e c o m e s m a l l e r h o w e v e r w i t hf i l t r a t i o n ，m e m b r a n er e s i s t a n c ei n c r e a s e sr a p i d l ya n der e t u r nt oo r i g i n a l s i z e o p e r a t i n gu n d e r d i f f e r e n tf l u xi nt h e e x p e r i m e n t s c o n f i r m e dt h e2 5g m p o l y e s t e r n o n - w o v e nm e m b r a n eb i o r e a c t o rc r i t i c a lf l u xw a s3 0l m 2 h b e l o w3 0 l m 2 h r e a c t o r o p e r a t i o nc a nb es t a b i l i z e d ，a b o v e3 0l m 2h ，l i q u i dl e v e lq u i c k l yi n c r e a s e s ，t r a n s m e m b r a n e p r e s s u r ei n c r e a s e st o o c o d ，n h 3 - nr e m o v a ld e c r e a s e sw i t hh y d r a u l i cr e t e n t i o nt i m e w h e nl e s s t h a n8 h c o da n dn h 3 一no fe f f l u e n tw a si n s t a b l ea n dd e c l i n e d d y n a m i cm e m b r a n eb i o r e a c t o rc a nb e a ri m p a c tl o a d i nc e r t a i ni m p a c tl o a d ，m e m b r a n ef l u x r a p i d l yd e c l i n e d ，b u ta f t e ra e r a t i n gb a c k w a s h ，f l u xr e c o v e r sg o o d h o w e v e r a f t e rl o n gh o u 璐 o p e r a t i n g ，o n l ya e r a t i o nb a c k w a s hh a sl i t t l ee f f e c t ，h y d r a u l i cb a c k w a s hc a l lr e m o v em o s to ft h eg e l m a t e r i a l ，m e m b r a n ef l u xc a nb er e s t o r e dt on o r m a l k e y w o r d ：a o ，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 n i c i p a ls e w a g e ，m e m b r a n ef l u x 东南大学学位论文独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得 的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含 其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得东南大学或其它教育机构 的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贞献均 已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 研究生签名： i 金至篡日期：型丝捆爿日 东南大学学位论文使用授权声明 东南大学、中国科学技术信息研究所、国家图书馆有权保留本人所送交学位 论文的复印件和电子文档，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。本人 电子文档的内容和纸质论文的内容相一致。除在保密期内的保密论文外，允许论 文被查阅和借阅，可以公布( 包括刊登) 论文的全部或部分内容。论文的公布( 包 括刊登) 授权东南大学研究生院办理。 研究生签名： 绛垂篓导师签名：刍整垫延日期：垒蝴2 棚 第一章前言 1 1 动态膜分离技术简介 第一章前言 膜分离技术是当今水处理领域研究的热点，国内外均做了大量的研究：作。然而，膜污 染及膜组件昂贵的价格阻碍了膜技术的广泛应用。动态膜分离技术采用大孔径材料制作膜组 件，降低了膜组件的造价，同时渗透性能更佳、抗污染能力也显著提高1 4 6 | 。因此，动态膜 作为一项新型的特殊膜分离技术正越来越多的受到国内外水处理技术研究者的关注。 动态膜分离技术，包含动态膜的载体及动态膜分离层本身。动态膜的载体指用来承载动 态膜的大孔径材料，一般价格低廉、易得，常见的有不锈钢钢丝网、普通筛网、工业滤布、 筛绢、无纺布等多孔材料和一些高分子材料，如烧结聚氯乙烯管等。动态膜分离层是动态膜 分离技术的主体，指依附于动态膜载体之上、执行分离功能的生物膜层和凝胶层。一般是通 过错流过滤的方式将某种同体或胶体微粒沉淀黏附在载体表面上形成的。形成动态膜的粒子 种类比较多，有粘土类矿物、粉状活性炭( p a c ) 、z r 0 2 、m n 0 2 、聚乙烯醇( p v a ) 等，也可 用被处理的废液中的某种物质沉淀在载体上形成动态膜，如自生动态膜生物的成膜物质为污 水中的活性污泥。据此，动态膜被分为两类，一类是预涂动态膜，一类是自生动态膜。 动态膜优良的分离效果主要通过出水的悬浮同体( s s ) 浓度来体现，而动态膜的渗透 性能则通过膜通量( m e m b r a n ef l u x ) 的大小和跨膜压差( t r a n s m e m b r a n ep r e s s u r e ) 来表征。 1 2 动态膜分离在污水处理中的研究 迄今为止，动态膜的研究已有近4 0 多年的历史。1 9 6 5 年美国橡树岭( o a kr i d g e ) 国家原子能所试验窒在研究多孔物质脱盐时，首先发现了这种现象。他们在研究多孔物质脱 盐时，误用了与n a c i 不同的z r o c l 2 ，结果发现在多孔板上能够形成凝胶层，同样具有反渗 透性能。这层薄膜是在压力作用下微粒就地沉积在多孔载体上，故称为原位形成膜( f o r m e d - i n p l a c em e m b r a n e ) 或动力形成膜( d y n a m i cm e m b r a n e ) ，简称动态膜。 1 2 1 预涂动态膜的研究进展 早期的动态膜的研究主要是预涂动态膜( p r e - c o a t e dd y n a m i cm e m b r a n e ) ，预涂动态膜 的组成物质与被过滤的溶液中的物质不同，通常先用多孔支撑材料过滤含有膜物质的溶液， 待动态膜在其表面形成后，再用它来过滤被处理液。 美国橡树岭国家试验室制备的第一个动态膜的膜基为孔径o 8 r a m 的银网，成膜物质为 f e c l 3 溶液，将成胶物质煮沸后凝集在银网上。其他被试验过的膜基材料还包括多孔碳材、烧 结玻璃、多孔金属、密理博( m i l l i p o r e ) 公司的过滤膜。研究的成膜胶体包括锆、铝、硅、 钍的水合氧化物，这些水和氧化物经过煮沸后形成聚合的水合氧化物，在一定压力和错流速 度下透过膜基，即会在膜基上形成具有反渗透作用的动态膜。据研究，应用这种动态膜在 p h 3 - 4 之间处理0 0 2 5 n 的n a c i 、n a b r 、n a c l 0 4 、b a c l 2 ，脱盐率可以达到7 2 - 9 7 ，但对 n a 2 s 0 4 没有任何的脱盐作用。 东南大学硕士学位论文 动态膜最初的应用目标是反渗透( r o ) ，在随后的数十年里，反渗透一直是动态膜应用 研究的主要方向之一。1 9 7 8 年d i p p e r 等研究了不同膜基材料对动态膜通透性和脱盐效果的 影响。所选用的动态膜基有z r 0 2 一t i 0 2 涂层碳材料管，不锈钢网包裹得平板型陶瓷膜，有机 微滤膜，三种平板型的聚酯编织材料。以碳材料管和陶瓷膜为膜基形成的动态膜对n a n 0 3 的截流率为6 0 左右：以有机滤膜为膜基时的截留率为4 5 左右，聚酯编织材料上无法形 成动态膜或形成的动态膜不稳定。j 从2 0 世纪8 0 年代初，w i d e 等研究者将动态膜的研究拓展到超滤( u f ) 中，这类研究 主要是为了处理染料废水，尤其是通过动态膜对染料进行分离。i l l 另外，m a r e a l t m 硼【3 】等人利用水和氧化锆在不同的p h ( 3 5 、4 、6 ) 下分别形成动态膜， 用于蛋白质的截留。由于锆离子在p h 值较低时所形成的颗粒较小，所需要形成的动态膜时 间较长，没有达到较好的效果，出水浊度没有发现变化。进入9 0 年代以后，由于水资源的 紧缺，各国的排水指标更加严格，膜技术在排水和水回用方面的技术相继开展。动态膜技术 也在此时被应用到水处理的研究当中。早期的动态膜对于水处理的研究沿用了反渗透的试验 成果，主要为预涂膜。 e l k e b i r 在1 9 9 1 年利用高岭土、碳酸钙、硅藻士作为动态膜的涂膜材料，在利用错流工 艺过滤活性污泥时，试验结果显示硅灰石的效果最佳，但机理尚不明确【4 】。 a i m a l a c k 在处理市政水厂二级出流的错流式微滤中，以纺织聚酯材料为原膜，k m n o 。 和h c o o n a 反应形成m n 0 2 沉淀物形成动态膜。发现m n 0 2 动态膜能提高过滤通量，延长 工作时间，增加对固态污染物的截留，提高了过滤性能。1 0 0 r a g l k m n o 。在p h = 1 0 时循环 1 5 m i n 就能形成很好的动态膜；原膜孔径从2 0 z m 4 0 z m 减d , n2 z m 以下时，滤过液浊 度可稳定在0 2 n t u 以下，膜清洗简单而有效，只要在原膜表面用刷子刷除即可1 5 1 。 m e g a t 等使用高岭土为预涂剂制备动态膜，当高岭土浓度为3 3 3 m g l 。时，仅需1 0 m i n 动态膜便可形成，滤过液浊度可达到0 2 n t u 以下。且当膜面错流速度在1 6 c m s d 2 5 c m s j 时，对滤出液的流速( 膜通量) 没有影响1 6 j 。 国内东华大学的卓琳云、李芳等采用陶瓷膜为膜基材，高岭土、硅藻土、硅灰石、重碳 酸钙为涂膜材料，制成预涂动态膜并与膜生物反应器结合来处理模拟乙酰胺废水，上清液 c o d 在1 0 0 m g l 1 以下，膜出水保持在2 0 m g l d 以下，同时认为动态膜对氨氮、总氮的去 除几乎没有贡献i ij 。 1 2 2 自生动态膜的研究进展 与预涂动态膜相比，自生动态膜的制备较为简单，一般采用某种廉价的大孔径过滤材料 ( 如尼龙纤维滤网、筛绢、不锈钢丝网、无纺布等) 作为动态膜的载体，制成平板式过滤组 件，代替膜生物反应器( m b r ) 中的微滤或超滤膜。在过滤的过程中，微生物及其代谢产物所 组成的活性污泥在载体上沉积形成自生生物动态膜，其实质就是过滤中产生的滤饼层和凝胶 层。然而通过适当的控制，将其由不利因素转化为可利用的分离层，处理效果几乎同样可以 达到微滤或超滤的水平。它们在运行过程中产生，不断积累变化，故称为为动态膜，与相同 孔径的非动态膜相比，渗透性能更好。并且容易清洗和在线形成。 2 0 0 0 年日本的k i s o 等用尼龙筛网作为过滤材料处理生活污水，进水b o d 2 0 0 m g l ， 2 第一章前言 t n 5 0 m g l - i , t p 5 7 m g l ，分别研究了连续曝气、间歇曝气和a 2 o - t 艺下的处理效果。在连续 和间歇曝气阶段，出水s s 、- ， 由l 留 巡 时i 司( m i n ) 图4 2 1 压力阶梯法测定膜组件的临界通量 4 2 3 工作曲线作图法 曾一鸣认为，无论是流量阶梯法，还是压力阶梯法都利用了超临界区滤饼层动态演化的 特性，仅仅是利用了不同测试条件下工作曲线的著异。并从临界流量假设出发推导出了：i ：作 曲线满足的方程。 根据达西定律，j _ i 西a 彳p i 了 4 1 ) 亚临界区滤饼层不存在，即跨膜压力小于临界压力时滤饼层无法形成：p a p 。时， r c ( p ) = 0 ( ap c 一p ) + 式中0 为一个依赖于过滤体系的常数。( 4 3 ) 由此得到超临界区工作曲线的方程， 即当p p 。时， j = a p r ( r 。+ 0 ( a p 一p 。 ( 4 - 4 ) 当跨膜压力充分大，完全由滤饼决定的极限通量为l = p l i r a 。j ( p ) 7 7 1 秒( 4 5 ) 2 窖 、 e 咖 明 鹫 跨膜压差“n ) 图4 2 3 工作曲线法测定临界膜通量 4 3 压力阶梯法测定动态膜生物反应器的临界通量 试验采用的压力阶梯为5 r a m ，分别测定了出水压头为5 m m ，1 0 m m ，1 5 m m ，2 0 m m ，2 5 m m 。3 0 m m 时，运行3 0 m i n 时的出水通量变化曲线。出水压头为出水管的水位和反应器的液位差，出水 压头的变化通过调节出水管的位置米实现，并片j 毫米刻度尺计量。 出水流量用秒表和量筒来记取，每个采样时间为l m i n ，平均5 r a i n 采一次样，并换算成 膜通量。 n 6 0 计算公式如下q = 且訾( 4 1 ) r 其中，q - 一膜通量( l m 2 h ) q 一流量( m l m i n ) 卜一膜面积，0 2 m 2 试验结果如图4 3 1 所示 1 8 第四章动态膜生物反j 啦器临界通量的确定 4 0 3 5 3 0 22 5 善2 0 鬟1 5 鳘1 0 5 0 昌 、一 躺 幽 01 5 3 04 56 u 。7 59 01 0 5 1 2 0 1 3 5 1 5 0 1 6 5 1 8 0 时问( m i n ) 图4 3 1 压力阶梯法测定临界流量 由图4 3 1 可以看出，试验采用的稳定间歇时间为3 0 m i n ，压力阶梯位5 m m 。在压差为 5 m m 2 0 m m ，通量小于3 2 l m 2 h 时，通量在某一个平均值左右波动，在误差范围之内：当 压差为2 5 m m 和3 0 m m 时，膜通量在3 0 m i n 内急剧下降。表明试验膜组件的临界通量大约 为3 2 l m 2 h 。压力阶梯法需要在不同的压差下运行3 0 m i n 或更长时间，试验过程繁冗复杂， 不同的研究者所采用的时间也有著异。 4 4 工作曲线法测定动态膜生物反应器的临界通量 4 4 1 动态膜未形成时膜通量和跨膜压差的关系 试验对活性污泥混合液中动态膜组件，在山水水头为5 m m 、8 m m 、1 0 m m 、1 5 m m 、2 0 m m 、 2 5 m m 、3 0 m m 、3 5 m m 、4 0 m m 、4 5 m m 、5 0 m m 、5 5 m m 时，进行了即时的出水流量测量。 每个出水水头下下取三个样。每个样采取的时间为l m i n ，即每点耗时3 r a i n ，最后取流量的平 均值，并换算出相应的膜通量，换算方法如公式( 4 1 ) 。所得到的曲线如图4 4 1 所示。 ol o2 03 04 05 0 跨膜压差( r a m ) 图4 4 1 动态膜未形成时膜通量和跨膜压差的关系 如图所示，膜通量和跨膜压差成正比，线形相关系数为r = 0 9 9 7 4 ，具有极好的相关性。 此时，无纺布上的动态膜还没有形成，膜的过滤阻力主要为无纺布自身的阻力。根据达西公 1 9 o o o o 0 0 o o o埔墒埘地加8目舶2 一il?1)咖国磷 东南大学硕士学位论文 式j = 睾，式中- q 为混合悬浮液的浓度，r m 为无纺布具有的阻力。在活性污泥混合液中， 班， 极短的时间内- q 可视为定值，无纺布具有的r m 也为定值，等呈线性关系。 j 4 4 2 动态膜形成后膜通量和跨膜压差的关系 经过预先挂膜的反应器，在渗透出水的过程中，由于无纺布的物理、化学黏附及微生物 自身的增长，逐渐形成稳定的凝胶层，当出水浊度稳定在5 n t u 以下时，认为动态膜完全形 成。试验在污泥浓度为2 0 0 0 m g l 时，测定了不同跨膜压差下的流量并换算成膜通量，做成 跨膜压差膜通量试验曲线。如图4 4 2 所示。 5 0 4 5 4 0 3 5 飞3 d 、 面2 5 嚣2 0 1 5 1 0 5 l o1 5羽 z 53 03 5 4 0 跨膜压差 图4 4 2 污泥浓度为2 0 0 0 m g l 时跨膜压差一膜通量曲线 由图4 4 2 可以看出，处于稳定运行状态的动态膜生物反应器。随着跨膜压差的增大， 膜通量开始时上升的速度很快，在压差2 5 m m 后上升速度减小，曲线出现一个明显的拐点， 此时的膜通量为3 2 l m 2 h 。分析认为拐点处的膜通量为该膜组件的临界膜通量。在次临界膜 通量区，反应器处于稳定状态，没有形成滤饼层，膜通量上升稳定：在超临界膜通量区，滤 饼能够在短短的几十秒内快速形成。对膜通量产生显著影响，膜通量的上升速度减缓。 4 5 工作曲线法测定临界膜通量的应用 为了研究污泥浓度对动态膜生物反应器临界膜通量的影响，同时验正工作曲线法的可重 复性与可操作性，在整个试验过程中，陆续测定了不同污泥浓度下的膜通量，并进行了比较。 试验研究的污泥浓度分别为2 0 0 0 m g l 、4 0 0 0 m g l 、6 0 0 0 m g l 时，为了去除膜面错流速 度对膜通量的影响，进行流量测定时，膜面错流速度定在1 5 c m s 左右。处于稳定状态的不 同污泥浓度下动态膜生物反应器工作曲线如图4 5 1 所示： 第四章动态膜生物反心器临界通量的确定 5 0 4 5 4 0 3 5 3 0 , - 2 2 5 螂2 0 基1 5 1 0 3 o o 51 0 1 5 2 0z 53 0 3 54 04 55 05 56 06 57 0 跨膜压羞( 哪) 图4 5 1 污泥浓度2 0 0 0 、4 0 0 0 、6 0 0 0 m g l 时跨膜压差一膜通量曲线 由图4 5 1 可以看出，处于稳定状态的自生动态膜生物反应器，不同污泥浓度下的跨膜 压差通量关系曲线具有极大的相似性，随着出水压差的增大而增大。但是并没有呈现出稳 定的增长关系，随着出水水头的增加，出水通量增长的速度有一个拐点。达到同样的出水通 量所需要的压差，随着污泥浓度的增人而增大，但是极限通量几乎没有变化，在3 0 l m 2 h 左 右：达到极限通量的出水压差分别为2 5 m m ，4 0 m m ，4 7 m m 。 4 6 不同通量时动态膜生物反应器运行稳定性 为了验证前面试验确定的临界通量3 0 l m 2 h 是否合理，在后期的试验中，在临界通量 前等差选取三个，临界通量后选取了一个稍高于临界通量的值，组成为：膜通量2 0 l m 2 h ， 2 3 l m 2 h ，2 6 l m 2 h ，3 2l m 2 h 。在反应器污泥浓度为6 0 0 0 m e f l l 左：6 - v ，每个工况分别运 行了两周，并在试验过程当中检测了对c o d ，n h 3 n 的去除效果。整个试验过程所采用的 水温、p h 、溶解氧、水力停留时间等主要参数如表4 6 1 所示 表4 6 1 不同通量运行试验的丁况参数 工艺参数丁：况一t ：况二：l ：况三r 1 ：况四 温度( ) 2 52 52 52 5 p h 值 6 5 7 56 5 7 56 5 7 56 5 7 5 水力停留时间( h ) 8 7 65 溶解氧浓度( r a g l ) 1 5 2 51 5 2 51 5 2 51 5 2 5 运行通量( l m 2 h ) 2 02 3 2 63 2 进水流量( l h ) 4 0 04 5 75 26 4 污泥浓度( m g l ) 6 0 0 06 0 0 06 0 0 0 6 0 0 0 4 6 1 膜通量2 0 l m 2 h 时的运行结果 2 l 东南大学硕仁学位论文 反应器的有效容积为3 2 l ，水力停留时间为8 h 时，出水流鼍为6 7 m l m i n ( 4 l h ) ，膜通 量为2 0 l m 2 h 。试验运行了两周，此期间出水压差直保持3 0 m m 不变，动态膜组件的阻力 没有变化。整个试验期间，曝气量为1 2 0 l h ，溶解氧在2 m g l - 3 m g t 左右。试验同时对反 应器进水、出水、上清液的c o d 、n h 3 - n 进行了测定，出水浓度和去除率如图4 6 1 1 和4 6 1 2 所示。 进水c o d 在3 7 6 m g l 4 2 6 m g l 之间变化，上清液c o d 为3 4 、3 5 、2 6 、2 5 、2 8 m g l ， 出水c o d 分别为1 2 、1 6 、1 0 、9 、s m g l 。总去除率分别为9 7 0 8 、9 6 2 4 、9 7 3 4 、9 8 0 3 ， 膜过滤去除率为5 3 3 、4 4 6 、4 2 5 、4 1 1 、4 9 1 。在h r t = 8 h 时，c o d 总的去除率 达到9 5 以上，动态膜的去除率在4 - 5 左右。 z468l ol z1 4 运行时间( d ) 图4 6 1 进出水和上清液c o d 浓度随运行时间的变化 进水n h 3 - n 在4 7 6 7 m g l - 5 1 1 m g l 之间变化，上清液n h 3 一n 为5 5 7 、3 7 、3 0 9 、3 1 8 、 3 2 4 m g l ，出水n h 3 - n 分别为3 2 2 、2 9 6 m g l 、2 5 6 、2 6 4 、2 3 5 m g l 。总去除率分别为9 8 o 、 9 3 6 4 、9 4 6 5 、9 4 5 8 、9 5 7 。膜过滤去除率为9 4 、1 8 2 、1 1 、1 1 、2 5 。在 h r t _ 8 h 时，n h 3 - n 总的去除率平均值为9 5 3 1 ，动态膜的去除率在1 - 2 左右，可见膜 上的硝化菌所占的比例不大。 5 0 4 0 j 粤3 0 蜊 萋2 0 z l o 0 z468l ol z1 4 运行时间( d ) 图4 6 2 进出水和上清液n h 3 - n 浓度随运行时间的变化 4 6 2 膜通量2 3 l 2 h 时的运行结果 反应器的有效容积为3 2 l ，水力停留时间为7 h 时，出水流量为7 8 m l m i n ( 4 7 l h ) ，膜 2 2 卯 o 4 4 3 3 2 2 l l 一1旨一越蠼8u 第四章动态膜生物反心器临界通量的确定 通量为2 3 l m l h ，试验稳定运行了2 周，在此期间出水压差基本保持在3 4 r a m 处不变。曝气 量为1 4 0 l h ，溶解氧在3 m g l 左右对进水、出水、上清液的c o d 、n h 3 n 进行了测定，试 验结果如图4 6 2 1 和4 6 2 2 所示。 进水c o d 在3 4 6 - - 4 3 6 m g l 之间变化，上清液c o d 为5 7 6 9 、4 2 、3 4 、5 8 、5 6 m g l ，出 水c o d 分别为3 8 4 6 、2 6 、3 0 、3 6 、3 6 m g l 。总去除率分别为8 9 7 4 、9 2 5 7 、9 1 3 3 、 9 1 7 4 、9 1 8 1 ，膜过滤去除率为5 1 3 、4 5 7 、1 1 6 、5 0 4 、4 5 4 。在h r t = 7 h 时， c o d 总的去除率基本在9 0 以上。动态膜的去除率在4 - 5 左右。 1 61 82 02 22 42 62 8 运行时间( d ) 图4 6 2 1 进水和上清液c o d 随运行时间变化 进水n h 3 - n 在3 2 7 - 5 9 3 9 m g l 之间变化，上清液n h 3 n 为1 2 1 、9 3 4 、6 3 6 、7 1 4 、 1 0 4 m g l ，出水n h 3 - n 分别为8 9 7 、5 7 8 、2 4 3 、3 2 2 、8 4 5 m g l 。总去除率分别为8 3 2 2 、 8 9 0 3 、9 2 5 7 、9 1 7 1 、8 5 7 7 。膜过滤去除率为5 8 6 、6 7 6 、1 2 0 2 、1 0 0 9 、3 2 8 。 在h r l r = 7 h 时，n i l 3 - n 总的去除率在8 5 - 9 0 左右，比h r t = 8 h 时有明显的下降，出水的 水质有很大的波动，出水不稳定。 1 6培2 02 22 42 62 8 运脚( d ) 图4 6 2 - 2 进出水和上清液n h a n 浓度随运行时间的变化 4 6 3 膜通量2 6 l m 2 h 时的运行结果 反应器的有效容积为3 2 l ，水力停留时间为6 h 时，出水流量为8 7 m l m i n ( 5 2 l h ) ，膜 o o o o o 0 o o o 蛎 如弘 筋 加 坫 加 0 13巡艇oou 弱蛎巧历垢加5 0 1暑illv毯蟥子，hn 东南大学硕十学位论文 通量为2 6 l m 2 h ，试验稳定运行了两周，在此期间山水压差基本保持在3 8 m m 处不变。曝气 量为1 5 0 l h ，溶解氧在3 m g l 左右。对进水、出水、上清液的c o d 、n h 3 - n 进行了测定， 试验结果如图4 6 3 1 和4 6 3 - 2 所示。 进水c o d 在3 4 4 4 4 8 m g l 之间变化，上清液c o d 为6 4 、5 6 、6 4 、5 6 、4 8 m g l ，出水 c o d 分别为3 2 、3 6 、3 6 、4 2 、3 2 m g l 。总去除率分别为9 0 7 0 、9 0 7 2 、9 1 7 4 、9 0 6 3 、 9 1 9 6 ，膜过滤去除率为9 3 、5 1 5 、6 4 2 、3 1 3 、4 0 2 。在h r t = 6 5 h 时，c o d 总 的去除率基本在9 0 左右，动态膜对c o d 去除率的贡献上升。 45 0 4 0 0 35 0 3 0 0 5 25 0 世 矮2 0 0 o 815 0 10 0 5 0 3 03 23 43 63 84 042 运行时间( d ) 图4 6 3 - 1 进 “水和i - 清液c o d 随运行时间变化 进水n h 3 - n 在3 9 3 4 2 0 7 m g l 之间变化，上清液n h 3 n 为1 1 3 、6 3 7 、9 2 4 、9 9 、1 0 8 m g l ， 出水n h 3 - n 分别为6 8 8 、4 、6 6 2 、7 4 5 、6 0 7 m g l 。总去除率分别为8 3 0 7 、8 9 8 3 、8 3 1 6 、 8 2 2 9 、8 5 3 0 。膜过滤去除率为1 0 8 8 、6 0 3 、6 6 7 、5 8 2 、l1 4 6 。在h r l r - 6 h 时，n h 3 - n 总的去除率基本在8 3 左右波动，比h r t = 7 h 时有明显的下降，出水的水质有 很大的波动，出水不稳定。 4 0 3 5 3 0 j 旨2 5 篓2 0 z r i 1 5 z 1 0 5 3 03 23 43 63 84 04 2 运行时间( d ) 图4 6 3 2 进i 叶 水和上清液n h 。一n 浓度随运行时间的变化 4 6 4 膜通量3 2 l m 2 h 时的运行结果 反应器有效容积为3 2 l ，在水力停留时间为5 h 时，进出水流量为1 0 7 m l m i n ( 6 4 l h ) 。 试验研究发现，在超临界流量1 0 7 m l m i n ( 膜通量为3 2 l m 2 h ) 下运行时，反应器的液位急 第阴章动态膜生物反心器临界通量的确定 剧上升，膜堵塞严重，充分表明试验膜组件的l 临界通鼙为3 0 l m 2 h 。由丁二试验采用的是重力 自出水系统，加上反应器下部曝气系统的影响，液位会有1 m m 左右的波动。本试验的液位 差由毫米刻度尺测量得出，精确度有限，考虑液位波动和测量误差的存在，试验以液位明显 上升5 m m 为一个周期，测定了液位差的变化情况。如图4 6 4 所示。 小结 7 0 6 0 5 0 喜4 0 水 * 3 0 * 丑2 0 1 0 o 1 3 ：o o1 4 ：o o1 5 ：0 01 6 ：o o 1 7 ：0 0 运 r 时间 图4 6 4 膜通量为3 2 u r n 2 h 时出水压差变化 动态膜生物反应器的运行应采用次临界通量的操作模式。通过压力阶梯法和工作曲线法 确定2 5 9 m 聚乙烯无纺布平板式动态膜生物反应器的临界膜通量为3 0 l m 2 h 。 工作曲线法利用在次临界膜通量区，反应器处于稳定状态，没有形成滤饼层；在超临界 膜通量区，滤饼能够在几十秒之内快速形成，对膜通每产生显著影响的原理，经过反复验证， 可以作为测定动态膜生物反应器的临界膜通角= 的方法。 研究了不同污泥浓度_ 卜膜通量，结果表明：污泥浓度对动态膜的特性具有显著影响，随 着污泥浓度的增大，相同的膜通餐所需的出水压差不断增大。临界膜通量作为动态膜生物反 应器的一个特性，不同的污泥浓度时，没有明显的变化。 通过不同通量下的运行试验，证实了2 5 9 m 聚乙烯无纺布的临界膜通量为3 0 l m 2 h 。 在临界通量以下，动态膜生物反应器可以稳定运行。当膜通量为3 2 l m 2 h 时反应器的液 位很快上升，出水压著增大。反廊器对c o d 、n h 3 n 的去除率随着水力停留时间的减小而 降低，当低于8 h 时，出水的c o d 和n h 3 n 不稳定并出现明显的下降。n h 3 - n 的去除效果 受水力停留时间的影响非常显著，随着水力停留时间的降低，比c o d 呈现更明显的下降趋 势，当h r t 从8 h 降到6 h 时，去除率从9 3 下降到8 3 。 动态膜过滤性能良好，对c o d 和n h 3 - n 的去除均有很大的贡献。动态膜的截留作用弥 补了生物反应器稳定性上的不足，提高了系统的耐冲击负荷的性能。 东南大学硕l j 学位论文 第五章膜面错流速度对动态膜形成过程和过滤性能的影响 膜生物反应器中活性污泥混合液由微生物菌胶团，微生物的代谢产物，细胞残体、碎片、 细胞壁及溶解性微生物产物组成的多级颗粒的混合体，主要颗粒粒径的范围是 2 8 3 t m 8 3 7 t m 。1 1 6 1 目前试验研究采用的膜基材的孔径一般为1 0 0 9 m ，明显大于活性污 泥颗粒的粒径范围，分析认为该种孔径的材料容易被活性污泥颗粒堵塞。m i n c h a oc h a n g 等研究了位于活性污泥颗粒粒径最低值附近的三种不同孔径的无纺布的膜通量，发现 2 5 2 a n 无纺布的临界膜通量大于3 8 8 , t a n 和1 3 1 a n 。1 2 2 】由此试验选用了孔径2 5 a n 的无 纺布。 试验采用2 5 a n 的p e ( 聚乙烯) 无纺布作为膜材料制成的平板式膜组件，本身可以截留 部分颗粒物质，