（市政工程专业论文）移动床生物膜反应器处理制革废水试验研究.pdf

摘要 移动床生物膜反应器处理制革废水试验研究 摘要 本文利用移动床生物膜反应器( m b b r ) 工艺处理制革废水，通过优化工况试验、影响因素分 析试验及不同组合工艺的对比试验来考察其处理效果和可行性。 试验分析确定m b b r 工艺处理制革废水的优化工况条件，包括填料设计表面负荷、水力停留时 间( m 玎) 和溶解氧浓度。结果表明：综合考虑构筑物建筑成本及投资、反应器的处理效果和稳定 性，填料设计c o d = 表面负荷取在5 1 0 烈m 2 d ) 之间，对应的氨氮表面负荷为0 2 5 - 0 5 9 ( m 2 d ) ，t n 表面负荷为0 5 1 0 9 ( m z d ) 、h r t 为3 3 8 h - 6 7 6 h 、反应器内溶解氧取7 - s m g l 。 试验分析了填料填充率、进水污染物浓度等因素对m b b r 处理效果的影响，结果表明，一级反 应装置的c o d , , 、氨氮和t n 去除率基本随着各自填料表面负荷的上升而降低，填料c o d = 表面负 荷为5 - 4 0 9 ( m l d ) 时，制约其去除率进一步提高的原因是制革废水中存在不可或难生物降解的c o d 。； 一级装置的污染物处理效果随着水温的升高而提高，污染物去除率上升幅度在2 0 - 3 0 之间：一级装 置出水混凝沉淀后的c o d = 略有下降，而出水氨氮和t n 浓度几乎没影响。 通过一级( 好氧) 、二级( 厌氧+ 好氧) 反应装置的对比试验，讨论了不同工艺对m b b r 处理效 果的影响。研究结果表明，二级反应装置的c o d e r 处理效果优于一级反应装置，高负荷时影响特别 显著；一级装置的氨氮去除率略高于二级装置；低负荷时，二级装置的t n 处理效果优于一级装置， 而高负荷时相反。 关键词：移动床生物膜反应器( m b b r ) ；制革废水；悬浮填料；生物处理 a b s t r a e t e x p e r i m e n t a li n v e s t i g a t i o ni nm o v i n g b e db i o f i l m r e a c t o rf o rt a n n e r yw 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 i nt h i sp a p e r , m o v i n gb e db i o f i l mr e a c t o r ( m b b r ) p r o c e s si sa d o p t e dt ot r e a tt a n n e r yw a s t e w a t e r , a n dh e r ew es t u d yi t st r e a t m e n te f f e c ta n df e a s i b i l i t yb yo p t i m a lo p e r a t i n gc o n d i t i o nt e s t i n g ，i n f l u e n c e f a c t o ra n a l y s i st e s t i n ga n df o r mc o m p a r i s o nt e s t i n go f c o m b i n a t o r i a lp r o c e s s 1 1 l et e s t sa n a l y z ea n dc o n f i r mt h eo p t i m a lo p e r a t i n gc o n d i t i o no fm b b rp r o c e s s ，w h i c hi n c l u d e s d e s i g na p p a r e n tl o a d i n g i n d e xo ff i l l i n gm a t e r i a l ，h y d r a u l i cr e t e n t i o nt i m ea n dd i s s o l v e do x y g e n c o n c e n t r a t i o n 1 1 1 et e s t i n gr e s u l t si n d i c a t ea sf o l l o w s ：o p t i m a lo p e r a t i n gc o n d i t i o nt e s t i n gs h o w st h a tw e s h a l lc o m p r e h e n s i v e l yc o n s i d e rt h es t r u c t u r ec o n s t r u c t i o nc o s t , i n v e s t m e n t , t r e a t m e n tr e s u l ta n ds t a b i l i t yo f r e a c t o r i ti sa d v i s e dh e r ea l lo p t i m a lo p e r a t i n gc o n d i t i o np a r a m e t e rs h a l lb es e l e c t e d 笛b e l o w ：t h ea p p a r e n t l o a d i n gi n d e xo ff i l l i n gm a t e r i a lf o rc o d e rs h a l l b es e l e c t e db e t w e e n5 lo g ( m z d ) ，c o r r e s p o n d i n gt h e a p p a r e n tl o a d i n gi n d e xo ff i l l i n gm a t e r i a lf o ra m m o n i a - n i t r o g e ni s0 2 5 0 5 e , ( m 2 d ) ，a n df o rt ni sw i t h i n o 5 1 o r d ( m 2 d ) ，w h i l et a k em 玎3 3 8 h 一6 7 6 kd i s s o l v e do x y g e ni n s i d et h er e a c t o r7 - s m g l a n a l y z ei n f l u e n c e so f s u s p c n dp a c k i n gs t u f f i n gr a t e ，w a t e rp o l l u t a n tc o n c e n t r a t i o nt om b b r t r e a t m e n t r e s u l t i n f l u e n c ef a c t o ra n a l y s i st e s t i n gi n d i c a t e st h a tt h ec o d 日，a n a m o n i a - n i t r o g e na n dt nr e m o v a l e f f i c i e n c yo ft h ef i r s tg r a d er e a c t i o nu n i ta r eb a s i c a l l yd e c r e a s e 嬲t h e i rc o r r e s p o n d i n ga p p a r e n tl o a d i n g i n d e xo ff i l l i n gm a t e r i a li n c r e a s e s w h e nt h ea p p a r e n tl o a d i n gi n d e xo ff i l l i n gm a t e r i a lf o rc o d e ri s b e t w e 钮5 - 4 0 9 ( m 2 d ) ，r e a s o n r e s t r i c t e di t s r e m o v i n g r a t ef r o mi n c r e a s i n gi st h a tt h e r ee x i s t s n o n - b i o d e g r a d a b l ec o d c ri nt h ei n f l u e n t ；s e w a g eu e a t m e n te f f e c to ft h ef i r s tg r a d eu n i ti n c r e a s e sw i t ht h e w a t e rt e m p e r a t u r ew i t ht h es c o p eo f2 0 3 0 ；a f t e rc o a g u l a t i n ga n dp r e c i p i t a t i n g ，t h ec o d e rc o n c e n t r a t i o n i sl o w e rt h a nt h a ti nt h ee f f l u e n t ，w h i l ea m m o n i a - n i t r o g e na n dt ni nt h ee f f l u e n tm a i n l ye x i s ti nd i s s o l v e d s t a t e ，t h u sc o a g u l a t i o na n dp r e c i p i t a t i o na l m o s th a sn oi n f l u e n c et ot h e i rr e m o v a le f f i c i e n c y b yc o m p a r i s o nt e s t i n go ft h ef i r s tg r a d ea n ds e c o n dg r a d ec o m b i n a t o r i a lp r o c e s s e s ，i n f l u e n c eo f r e a c t i o nu n i tt om b b rt r e a t m e n tr e s u l ti si n d i c a t e d c o m p a r i s o nt e s t so ft h ef i s tg r a d ea n ds e c o n dg r a d e c o m b i n a t o r i a lp r o c e s s e ss h o w st h a t , c o d 口t r e a t m e n te f f e c to ft h es e c o n dg r a d er e a c t i o nu n i ti sb c 4 仕e rt h a n t h ef i s tg r a d e e s p e c i a l l yo b v i o u s 勰h i g hl o a d ；a m m o n i a - n i t r o g e nr e m o v i n gm t eo ft h ef i r s tg r a d eu n i ti s s l i g h t l yh i g h e rt h a nt h es e c o n dg r a d eu n i t ；w h e ni ti sl o wl o a d ， in t r e a t m e n te f f e c to f t h es e c o n dg r a d eu n i t i sb e t t e rt h a nt h ef i s tg r a d eu n i t , w h i l et h eh i 【g hl o a di sj u s tt h ec o n t r a r y 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 ) ；t r e a t m e n to ft a n n e r yw a s t e w a t e r ；s u s p e n d e dc a r r i e r ； b i o l o g i c a lt r e a t m e n t l 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贡献均已在论文中作了明确的说明并 表示了谢意。 研究生签名婵日期： 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：啤导师签名：陋日期： 第l 章绪论 第1 章绪论 目前，随着我国经济的不断发展，经济结构组成的不断改变，制革工业等轻工业已经成为中国 经济的重要组成部分。而且，制革工业是我国轻工业的支柱产业之一，同时又是轻工业中污染比较 严重的行业【l 一1 。我国目前制革行业年排放污水在l 亿吨以上，年排放的有害物质铬3 5 0 0 吨、琉5 0 0 0 吨、化学耗氧量1 5 万吨1 3 1 。制革属于高耗水量产业。一般情况下，每加工一张猪皮约耗水0 5 吨，生 产加工一张盐湿牛皮耗水1 5 吨，根据产品品种和生皮类别的不同，国内每生产1 吨原料皮需耗水 6 0 1 2 0 吨，而国外生产1 吨原皮用水量为2 0 3 0 吨。与国外制革技术水平表现出较大差距1 4 i 。我国目前 8 0 以上的制革企业已经建有污水处理设施，由于处理模式和投入不同，承接设计和施工单位也存 在不规范之处，凸现的问题很多，制革废水处理的达标率很低。即使技术上能够处理，但由于环保 投入太高，运行成本居高不下，从环境及经济效益的角度分析，企业很难保持可持续发展的态势。 制革废水处理已成为制革行业发展的难点之一，制革工业迫切需要适合自身需求的水处理技术， 该技术必须保证处理出水稳定达标，同时也能有效的降低运行成本。于是，近年来各种新型、改良 的高效废水处理技术被应用于处理制革废水。 1 1 制革废水的性质、处理工艺及研究进展 1 1 1 制革废水的性质 皮革的生产要经过浸水、浸灰脱毛、脱灰、浸酸、鞣制、中和、加脂、染色等多种复杂的物理 化学过程，使用了大量的化工材料，如酸、碱、盐、硫化钠、石灰、表面活性剂、铬鞣剂、加脂剂、 染料、有机助剂等，除一部分被吸收外，很大一部分进入废水中造成污染p j 因此其水质特征为： 排放量大、水量水质波动性大、污染物成分复杂、悬浮物浓度高、易腐败、污泥产生量大、色度大、 含有s 2 。和铬等无机有毒化合物1 6 tr l 、可生化性较好。 由于制革工艺过程的特殊性，污染物浓度相差较大的各股废水呈间歇性排放。在一天中不同时 段，综合废水水量、水质波动很大，最大瞬时水量是平均水量的2 3 倍。皮革的每个生产过程都会 产生不同的废水，这些废水应先分别进行单项处理再综合进行生物处理。在这些生产过程中，制革 废水主要来源于鞣前准备、鞣制和其他湿加工工段。制革综合废水中主要污染物浓度大体为：c o d 。 5 0 0 0 8 0 0 0 m g l 氨氮5 0 0 8 0 0 m g t , i j j ，s s2 0 0 0 - 4 0 0 0 m g l i ”，c r ，+ 5 0 一l o o m e , t , ，s z 4 0 0 5 0 0 m g t , 。 制革综合废水生物处理具有一定的特殊性，即冲击负荷大、含盐量高，又含有一定数量的难生 物降解的有机物以及铬和硫化物带来的毒性问题。由于制革废水的含盐水平较高，并有多种较高 浓度的有毒有害物质，抑制了微生物的活性和对有机物的降解速率，因此有必要选择合适的生物处 理方法对其进行处理。 1 1 2 制革废水的处理工艺 根据制革废水污染物和毒物的特点，我国制革废水处理一般采取分隔治理的方法，把含铬的废 水( 如鞣质、浸酸、复鞣、挤水等工序的废水) 分开收集，采用加碱沉淀的方法除铬后，再与其他 废水集中处理【3 1 。这有利于稳定综合废水的性质。降低有毒有害物质的含量，减小对微生物活性的 抑制作用，同时分隔治理后综合废水产生的污泥不含铬，有利于污泥的综合利用和无害化处置。 我国制革综合污水的处理基本由预处理、物化前处理、生物处理、物化后处理以及污泥处置等 工段组成。制革废水处理中生物处理工艺是最关键的技术国内制革废水处理大多采用氧化沟1 9 】、 接触氧化、c a s t i l 和s b r l u l 等工艺。但是这些工艺都存在一些问题。如出水永质不达标、处理效 果不稳定、运行费用较高等等。 1 1 3 制革废水处理技术的研究进展 目前，国内外对于制革废水处理技术的研究主要集中在制革废水性质( 包括毒性、重金属铬等) 、 物化处理方法以及生物处理技术等方面，研究物理化学处理技术偏多，这也从个侧面说明了制革 东南大学硕士学位论文 废水中含有一部分难生物降解的污染物，只有通过物理化学处理技术才能得以去除。 ( 1 ) 物理化学处理技术 制革废水处理工艺中预处理、物化处理工段起着重要作用，是后续生物处理的前提和保障，所 以国内外对这些工段技术进行了大量的研究。 s s t a h i 一1 2 1 等使用膨润土对制革废水中的c ，+ 进行吸附去除。试验结果表明：经过活性污泥预 处理的废水样，在投加膨润土振荡1 5 m i n 后，c ，+ 的最大吸附率为9 3 ；没有经过预处理的水样， 当p h 值为2 4 2 5 时，振荡4 5 m i n 后，c ，的吸附率为7 6 。吸附过程符合朗缪尔和弗罗因德利希 等温线模型。此外，n e f a h i m 等1 1 3 1 利用制糖工业废料中的活性炭对制革废水中的c ，+ 进行吸附去除， 同样取得了很好的效果。 s i r a j u d d i n 等1 14 j 通过电解技术回收制革废水中的铬盐。试验比较了多种电极组合的处理效果，以 期取得更高的c r ( o h h 回收率及废水中铬的去除率。试验结果表明：使用铅板和铜板作为阳极和阴 极，在电势为1 0 v ，p h 值为5 0 ，搅拌速率为5 0 0 r p m 时，经过2 小时的电解反应，铬回收率达到 9 9 0 6 。这样的处理不仅将水环境污染减到最小，而且可以回收循环利用有用的产物。 c a r l ar e g i n ac o s t a 等1 1 5 1 使用形稳性( d s a ) 电极对制革废水进行电化学处理。结果显示：所有 研究的电极都使得总酚类化合物和总有机碳( t o c ) 的浓度得到降低，使用d a p h n i as i m i l i s 的毒性 试验表明电化学处理能减小废水的毒性，这也证明使用d s a 型电极对制革废水进行电化学处理是有 效的。 s a j j a dh a y d a r 等1 1 6 1 利用化学强化一级处理( c e p t ) 技术对制革废水的特性和可处理性进行了研 究。c e p t 是通过在污水处理的第一阶段使用混凝剂来强化污染物去除效果的一种技术。研究结果表 面：当折合成a 1 2 ( s 0 4 h 的投加量在2 0 0 2 4 0 m g l 时，明矾适宜用作制革废水处理的混凝剂，此时浊 度、总悬浮固体( t s s ) 、c o d 和铬的去除率范围分别为9 8 7 - 9 9 8 ，9 4 3 9 7 1 ，5 5 3 - 6 0 9 ， 9 8 9 9 9 7 ，t s s 和铬能达到国家排放标准，但是c o d 值还是偏高，所以需要二级处理。 u g u rk u r t 等l l7 j 通过电化学芬顿方法去除某制革工业区废水中的c o d 。废水的处理是在一个电 化学间歇反应器内进行的，此反应器装有两个连接的互相平行的铁电极。在不同的p h 条件( 3 0 ， 5 0 和7 2 ) 和不同接触时间下，研究氧化过程，以求取得最佳的h 2 0 2 投加量和耗电量。在这一过程 中，1 0 分钟内，c o d 就可以降解掉6 0 7 0 。 t i c i a n ep o k r y w i e c k is a u e r 等i l 埘研究了高级氧化技术( h 2 0 2 g v ，t i 0 2 h 2 0 2 u 和币0 2 u ) 处 理制革废水的效果。当过氧化氢增加时，降解速率也相应增强，但是过氧化氢浓度过高是有害的， 因为它会充当羟基脱氧剂，它会竞争币0 2 的活性部位。在h 2 0 2 舢v 处理系统中，经过4 h 反应，c o d 的去除率可以达到6 0 0 , 4 ，这就表示主要的污染物都被化学降解了。 ( 2 生物处理技术 通过对制革废水处理的核心工艺一生物处理工艺进行研究，目的是取得一种有效、节能、稳定 的处理制革废水的生物处理方法。针对这一技术，国内外也进行了相关研究。 1 l g a n e s h 掣1 9 1 通过测定呼吸运动来分析s b r 工艺处理制革废水的生物降解能力。研究结果表 明：用呼吸运动计量法配合s b r 工艺来研究制革废水中c o d 的降解是一种有效的方法。对制革废 水而言，测定结果表明，最佳的摄氧速率( o u r ) 和相应的c o d 降解速率周期为1 2 h 。当c o d 负 荷为1 9 2 1 k g ( m 3 d ) ，s b r 周期为1 2 h 时，c o d 、t k n 和n i t 3 - n 的去除率分别可以达到8 0 - 8 2 0 , 4 、 7 8 8 0 和8 3 9 9 ，这些去除率要比常规好氧系统高很多。另外，研究还发现制革废水进水c o d 中 有6 6 - 7 0 0 , 4 是易生物降解的，1 0 - 1 4 是缓慢生物降解的，1 7 - 2 1 的c o d 是不能生物降解的。此外， g f a r a b e g o l i 等【2 0 】通过使用s b r 工艺来处理制革废水，从而研究含铬制革废水的生物处理可行性。 结果表明：随着铬浓度的增加，反硝化细菌所受的影响要比硝化细菌小。另外，在相同的铬浓度条 件下，s b r 反应器内的硝化和反硝化速率要比平行试验的高，这说明s b r 工艺具有更耐毒性的微生 物量，能在毒性环境下迅速的适应条件变化。试验中反应器的污泥内含有大量的铬，但是出水中铬 的含量很低。 2 第1 章绪论 意大利的g i u l i om u n z 等1 2 l 】进行了膜生物反应器( m b r ) 与传统活性污泥法处理制革废水的效 果和微生物检测的比较试验。试验结果表明：m b r 具有更好的c o d 去除率( 比传统活性污泥法高 铴) ，同时具有更稳定、更彻底的硝化作用，这些差异可能是由于微生物群落的组成和分布不同导 致的。g i u l i om u n z 等i z z j 还通过使用投加粉末活性炭( p a c ) 的中试规模m b r 处理制革废水研究了 反应器的出水效果和吸附过程，泥龄和水力停留时间分别在3 0 9 0 天和5 0 1 0 0 小时之间。投加粉末 活性碳对出水c o d 的改善很小，但并不是可以忽略不计的，效果比单独使用p a c 进行吸附要好。 随着p a c 浓度的升高，c o d 的去除效果更稳定，但是试验中没有观测到硝化作用的变化。 意大利的c d ii a e o n i 等1 2 驯将序批式生物膜技术( s b b r ) 和化学氧化技术( 通过臭氧实现) 进 行组合对制革废水进行处理，从而研究此组合工艺的处理性能。s b b r 和臭氧氧化组合工艺的处理 效果令人十分满意，c o d 、n h 3 - n 和t s s 的平均去除率分别达到9 7 、9 8 和9 9 9 ，处理出水值 低于现行的意大利标准。 葡萄牙的c d s t i n as c c a l h e i r o s 掣h j 利用生长有t y p h al a t i f o l i a 的按照水平地下流建造的湿地对 制革废水进行处理，经过长期的运行，从而研究湿地的处理性能。当有机负荷达到 18 0 0 k g b o d s ( h a d ) 、3 8 4 9 k g c o w ( h a d ) 时，有机物去除负荷能达到6 5 2 k g b o d 5 ( h a - d ) 、 1 8 6 9 k g c o d ( h a d ) 。和砾石以及没有种植植物的湿地单元相比，有粘土的单元具有较高的c o d 和 b o d s 去除率。这个系统能够承受高有机负荷和中断进水，这也说明利用该工艺处理制革废水具有可 行性。同样的，c r i s t i n as c c a l h e i r o s l 2 5 1 等还利用生长不同植物的湿地系统对制革废水进行处理，在 两个不同水力负荷( 3 e m d 和6 c m d ) 条件下研究五种植物湿地和一个空白湿地的处理性能。结果表 明：当进水c o d 负荷在3 3 2 1 6 0 2 k g ( h a d ) 时，c o d 降解了4 1 7 3 ；当迸水b o d 5 负荷在 2 1 8 - 7 8 0 k g ( h a d ) 时，b o d 5 降解了4 1 - 5 8 。 ( 3 ) 总结 国内外研究的制革废水物理化学处理技术仍然存在一些问题，如c o d 和氨氮等污染物质去除率 较低、运行费用较高等，而且经物理化学处理后还需增加后续的生物处理等工艺。而研究的制革废 水生物处理技术虽然能对制革废水中的污染物进行有效的降解，但是依然存在运行管理复杂、处理 效果不稳定、产生二次污染、能耗较大、运行费用高、处理能力低等缺点。所以制革废水的生物处 理仍然需要一种高效、稳定、易操作的处理技术，以提高污染物去除率、降低运行成本。 1 2 m b b r 工艺及其特性 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 e t o r , m b b r ) 是近几年国内外研究的一种新型附 着生长型生物膜反应器【2 6 1 ，是2 0 世纪8 0 年代后期和9 0 年代早期在挪威发展起来的。它已经在全世 界范围内成功的被用于处理市政和工业废水，另外，m b b r 还成功用于饮用水和养殖场水的生物处 理。m b b r 的独特设计就是使用了塑料生物膜载体，最大限度的增加反应内活性生物膜表面积。反 应器的水头损失可以忽略，不需要周期性的反冲洗，而且不易堵塞。目前，全世界2 2 个国家建立了 超过4 0 0 座大型废水m b b r 处理设施。另外，还有几百个以m b b r 工艺建造的就地处理小型设施， 这些设施大多设在德国1 2 7 1 。 1 2 1 工艺原理 移动床生物膜反应器是吸收了传统的流化床和生物接触氧化法两者的优点而形成的一种高效污 水处理方法。其核心部分是以密度接近于水的悬浮填料直接投加到曝气池中作为微生物的活性载体， 它是悬浮生长的活性污泥和附着生长的生物膜法相结合的一种工艺1 2 8 1 。悬浮填料在轻微搅拌下易于 随水自由运动，为微生物吸附生长提供巨大的受保护的表面积。它使微生物附着在生物填料上，生 物填料在反应器内悬浮、上下翻滚、碰撞，并随混合液的回旋翻转而自由移动，填料的流化碰撞能 较好地提高充氧速率、底物和溶解氧等的传质效率，从而达到处理污水的目的。由于填料不断运动， 在水流的冲刷作用和相互碰撞作用下，填料外部表面生物膜比较难于生长，填料表面积不能充分利 用i 捌。按照不同的处理用途，m b b r _ z 艺可以作为好氧、缺氧和厌氧工艺使用( 如图1 1 所示) 在 3 东南大学硕士学位论文 好氧工艺中，通过独特的中孔或者粗孔曝气系统使生物膜填料自由运动；在缺氧和厌氧工艺中，依 靠使用搅拌机( 通常使用水平安装的橡胶混合器) 使填料运动2 7 1 。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、不需要反冲洗、水头损失小、 不发生堵塞的特点【3 们。 审 纛 ： 。 ) ( a ) 好氧反应器( b ) 厌氧反应器 图1 1m b b r 工艺原理示意图 1 2 2 悬浮填料 新型悬浮填料的使用是m b b r 工艺的技术核心。新型悬浮填料开发的技术关键在于研究和开 发比重接近于水，轻微搅拌下易于随水自由流动的生物填料。 生物填料的特点如下： ( 1 ) 生物填料具有有效表面积大，适合微生物吸附生长的特点。填料的结构以具有受保护的可 供微生物生长的内表面积为特征，比表面积一般可以达到4 0 0 - 5 0 0 m 2 m 3 。当曝气充氧时，气泡的上 升浮力推动填料和周围的水体流动起来，当气流穿过水流和填料的空隙时又被填料阻滞，并被分割 成小气泡。在这样的过程中，填料被充分地搅拌并与水流混合，而气流又被充分地分割成细小的气 泡，增加了生物膜与氧气的接触和传氧效率，由此产生的气，水、填料三者间的充分接触和碰撞也 使老化的生物膜易于从填料表面脱落，便于膜的更新，使膜保持活性。在厌氧条件下水流和填料在 潜水搅拌器的作用下充分流动起来，污染物和生物膜充分接触而被降解p 。 ( 2 ) 由于生长生物膜的填料比重接近于水，其流化所需的动力消耗并不是很高，这就使得m b b r 成为处理污水的一种合适的工艺。 ( 3 ) 填料填充率易选择。填料的填充率可以在1 0 - 7 0 之间取值，以适应不同处理的要求。 1 2 3 工艺特点 m b b r i 艺既具有传统生物膜法耐冲击负荷、泥龄长、剩余污泥少的优点，又具有活性污泥法 的高效性和运转灵活性。 具体特点如下： ( 1 ) 反应器中污泥浓度高，一般可达普通活性污泥法的5 1 0 倍，反应器内污泥浓度可高达 3 0 - 4 0 9 l m j ； ( 2 ) 耐冲击性强，生物活性易恢复，性能稳定，运行可靠。冲击负荷以及温度变化对m b b r _ 工 艺的影响要远远小于对活性污泥法的影响。当污水成分发生变化，或污水毒性增强时，生物膜对此 的耐受力很强，一般在冲击后1 3 d 内系统的生物处理能力即可全部恢复，这保证了最终出水的稳定 性； ( 3 ) 大幅降低污泥产量，生物污泥的产率是纯活性污泥工艺的5 0 以下，此外，膜污泥比重较 大，易于沉降和处置，减小污泥处理费用p 剐； ( 4 ) 悬浮填料同时提供好氧和厌氧代谢活性，具有良好的脱氮除磷能力1 2 7 ，3 2 l ； ( 5 ) 空间小，m b b r 反应器能处理与普通氧化池相同的负荷但只要2 0 的空间o ( 6 ) 能扩容，由于m b b r 工艺设计的灵活性，所提供的反应器以后便于扩容： ( 7 ) 操作管理简单，附着生长生物膜的载体在反应器内流动，不需要活性污泥回流或循环反冲 洗1 2 7 3 4 ； 4 第l 章绪论 ( 8 ) m b b r 反应器无堵塞，可有效防止污泥膨胀【”l ，水头损失小，微生物能在整个池容内存在 1 2 7 1 ，由于填料和水流在反应器的整个容积内都能得到混合，而且填料上过多的生物膜由于碰撞及时 脱落，从根本上杜绝了生物池的堵塞可能，因此，池容得到完全利用： ( 9 ) 池型和构造与普通接触氧化池一样，为了防止载体流失，在出水口处安装格网j j 4 j ： ( 1 0 ) 工艺灵活方便，灵活性体现在三方面。第一，可以采用各种池型( 深浅方圆都可) ，而 不影响工艺的处理效果。第二，可以很灵活地选择不同的填料填充率，达到兼顾高效和远期扩大处 理规模而无需增大池容的要求，但是为了使填料能自由悬浮，填充率应低于7 0 1 27 。第三，对原有 活性污泥法处理厂的改造和升级，m b b r 生物膜工艺可以很方便地与原有的工艺有机结合起来，形 成m b b r 一活性污泥复合工艺( m m a s 工艺) 川或m b b r - 活性污泥组合工艺( b a s i 艺) p _ j j ： ( 11 ) 使用寿命长：优质耐用的生物填料，曝气系统和出水装置可以保证整个系统长期使用而 无需更换，折旧率低。在挪威第一座采用m b b r _ t 艺的处理厂内经过1 5 年连续运行，没有发现填料 的损耗和磨损，j ： ( 1 2 ) m b b r 法的不足之处是载体价格比国内普遍采用的组合填料或弹性填料高，但该法优点 所带来的经济效益足以补偿，而且现在国内已经开发出一些悬浮填料，能够在一定程度上控制成本。 1 2 4 m b b r 工艺的研究进展 ( 1 ) 处理城市污水 同济大学的r o n g - c h a n gw 锄g 等 3 6 1 研究了悬浮填料生物膜反应器中填料填充率对反应器性能 和微生物特性的影响。所用填料为聚氯乙烯圆柱体，直径为2 5 m m ，高度为2 5 3 o m m 。当填料填充 率为l o 7 5 时，进行运行试验，期间分析和检测污染物的去除率及微生物特性。结果表明：当进水 c o d 和氨氮为2 0 0 和2 0 m g l 、水力停留时间为1 o h 时，最佳的填料填充率为5 0 ，此时的平均c o d 和 氨氮的去除率分别为7 0 和3 0 * , 4 。 x j w a n g 等1 3 7 】研究了化学沉淀和移动床生物膜联合系统处理城市污水的效果。并对m b b r 处理 氨氮的同步硝化反硝化( s n d ) 性能进行了测定。s n d 可以在d o 为2 m g c t , 时达到，在系统中，通过 s n d 取得的t n 去除率为8 9 9 。在m b b r 的首端加入七水合硫酸亚铁溶液，吸附水中的磷。药剂的 投加没有对系统的b o d 、c o d 、t n 的去除效果产生较大影响。磷的去除率随着投药量的增加而升高， 最佳的药剂投加比例是l ：1 3 ( p 和f e 的重量比) 。m b b r 高效去除污染物与二价铁化学沉淀高效除 磷的组合工艺是处理城市污水的一种理想的工艺。 夏四清等1 3 8 1 使用小型的悬浮填料生物膜反应器( s c b r ) 处理城市污水来研究单个反应器内的 同步硝化反硝化( s n d ) 以及污染物去除能力。研究结果表明：小型s c b r 具有很强的污染物去除能 力，c o d 。去除率超过9 0 ，t n 去除率在8 3 3 左右。反应器内微生物群落结构的多样性和c n 比成 正比关系。因此，使用小型s c b r 处理城市污水是适用的，而且通过分子技术观测到的微生物群落的 变化可以优化工艺过程。此外，瑞典的u w e l a n d e r 等1 3 9 1 在低温条件下( 3 - 2 0 c ) ，对小试规模的厌 氧悬浮填料生物膜反应器的反硝化过程进行研究，反应器内投加5 0 的k a l d n e s 的k l 型填料。反硝化 速率与温度仅有较低的相关性，3 c 时的速率大约为1 5 c 时的5 5 ，在1 5 c 时取得了最大的反硝化速 率，为2 7 9 n 0 x - n ( m 2 d ) 。在8 天的周期内，3 c 时的最大反硝化速率是常数，此时的水力停留时间为 1 5 h 。进水n 0 3 。- n 浓度为3 0 m g m 。 ( 2 ) 处理工业废水 瑞典的n p e r r o n 等i 柏l 通过二级好氧悬浮填料生物膜工艺来研究苯酚和甲酚的降解效果，试验时 苯酚、o 一甲酚、m - 甲酚和p - 甲酚的浓度均为1 5 0 m g l 。在第一个反应器内m o r t i e r e l l as a r n y e n s i sm i l k o 真菌是微生物群的优占菌属，而第二个反应器内细菌占优势。试验分别在4 、7 、l l 和1 5 ( 2 时进行。 试验结果显示：即使在4 c 时，此工艺仍然是具有处理效果的，对伽甲酚的降解速率是1 5 c 时的3 3 。 苯酚和甲酚都在第一个反应器内被降解，在h p l c 色谱图上出现一个新峰，这就意味着在第一阶段 产生了一种或者多种中间产物。在第二个反应器内，这些化合物浓度就低于检测限。当负荷最大时， 二级反应器出水中检测出少量的新化合物。此外，s m b o r g h e i 等1 4 1j 通过m b b r _ t 艺处理有毒( 含苯 5 东南大学硕士学位论文 酚) 混合液来研究其处理性能。在不同水力停留时间( i - r o t ) ( 2 4 ，2 0 ，1 6 ，1 2 ，8 h ) 和不同的苯酚浓 度( 2 0 0 ，4 0 0 ，6 2 0 ，8 0 0 m g l ) 时，两个m b b r 单元同时运行。整个试验过程中，苯酚c o d 与总c o d 的比值由0 2 升高至l 。结果表明：苯酚的去除效果受h r t 和进水中c o d l i n 与总溶解性c o d 比值的影 响。当比值为0 6 时，系统取得最大c o d 去除率，而且这个比值对所有h r t 都是适用的。另外，m b b r 具有很强的抗冲击负荷能力，在两三个周期的停留时间内能恢复到稳定状态。镜检发现，填料上生 长的生物膜内主要细菌为丝状菌。 瑞典的u w e l a n d e r 等1 4 2 j 用中试规模的悬浮填料生物膜工艺对市政垃圾渗滤液进行生物脱氮和 有机污染物降解。通过两个平行的好氧反应器来研究硝化作用，两个反应器内分别投加6 0 的两种 不同填料，比表面积分别为2 1 0 和3 9 0 m 2 m 3 。反硝化反应是在机械搅拌的缺氧反应器内进行的，其 中投加4 0 比表面积为2 1 0 m 2 m 3 的填料。两个好氧反应器的硝化处理出水添加碳源后一起进入缺氧 反应器，以保证反硝化反应的顺利进行。试验期间的出水温度为1 0 2 6 ，硝化效果很好。最高的硝 化容积负荷为2 4 9 n ( m 3 h ) ( 1 6 ) ，这是由投加表面积较大填料的反应器取得的。投加碳源后， 最大的反硝化反应速率大约为5 5 9 n ( m 3 h ) 。此时工艺取得最优工况，无机氮几乎被彻底去除，总 氮的去除率大约为9 0 * , 6 ，试验中c o d 去除率在2 0 * , 6 左右。此外，u w e l a n d e r 掣 1 还研究了悬浮填 料生物膜技术处理垃圾渗滤液的硝化作用，研究结果表明：硝化作用与温度的关系较弱，5 时的反 应速率是2 0 时的7 7 0 0 。h r t 对硝化作用具有更明显的影响，当h r t 减小时，硝化反应速率上升 很快。由小立方体大孔纤维素组成的填料具有最大的硝化效率，在温度为2 0 1 2 、h r t 为1 4 h 、填料 填充率为1 0 时使用这种填料取得最大硝化负荷为4 0 9 ( n i - 1 4 + - n ) ( m 3 h ) 。 s h e n gc h e n 等m 1 利用厌氧好氧m b b r 系统同时去除垃圾渗滤液中的c o d 和氨氮，在此过程中 对m b b r 的性能进行研究。结果发现：厌氧m b b r 主要依靠产甲烷作用对c o d 进行去除，好氧m b b r 主要进行c o d 的继续降解和氨氮的去除。当有机负荷( o l r ) 为4 0 8 k g c o d ( m 3 d ) 时，厌氧m b b r 对c o d 的去除率占c o d 总去除率的9 1 ，当o l & 上升至1 5 7 0 k g c o d ( m 3 d ) 时，比值逐渐降至8 6 。 由于好氧反应器的作用，即使o l r 从4 0 8 增加至1 5 7 0 k g c o d ( m l d ) ，系统总c o d 去除率仅由9 4 降 至9 2 。h r t 对n h 4 + - n 的去除效果有重要影响，当好氧反应器的h r t 大于1 2 5 d 时，氨氮的去除率可 以超过9 7 。同时，厌氧好氧系统有很强的耐冲击负荷能力，当o l r 增加4 次，且冲击时间都为2 4 h ， c o d 的去除率只降低了7 ，并且能在3 天内恢复到原有的去除效果。 挪威的s i g r u nj j a h r e n 掣”j 利用实验室规模的k a l d n e s 好氧移动床生物膜反应器( m b b r ) 在高 温条件下( 5 5 ) 处理热磨机械浆( n 皿) 自水。经过嗜温活性污泥接种的m b b r 系统在第一天就 去除了6 0 - 6 5 的溶解性c o d ( s c o d ) 。当有机负荷为2 5 3 5 k gs c o d ( m 3 d ) 时，s c o d 的去除率都 能达到6 0 6 5 ，当h r t 为1 3 2 2 h 时，负荷最大。占s c o d 5 0 6 0 的碳水化合物的去除率为9 0 9 5 ， 而去除的类木质素物质( 占s c o d i n 的3 0 - 3 5 ) 小于1 5 。污泥产率为0 2 3 9v s s gs c o d 铺。结果表 明：在高温条件下，好氧生物膜工艺可以成功进行操作。 意大利的r o b e r t oc a n z i a n i 等1 4 6 1 利用错流膜生物反应器( m b r ) 和移动床生物膜反应器( m b b r ) 的组合工艺处理垃圾渗滤液，从而研究氧浓度对生物硝化反应和微生物动力学的影响。来自意大利 旧垃圾填埋场的渗滤液的氨氮浓度范围为0 5 3 9 l ，通过纯氧膜生物反应器( p o - m b r ) 将氨氮转化 为亚硝酸盐，然后使用m b b r 进行反硝化脱氮。氨氮通过生物作用被氧化成亚硝酸盐，只需要全部 硝