（市政工程专业论文）AOMBR处理低浓度生活污水试验研究.pdf

摘要 摘要 日前，城市生活污水己成为影响城市水环境质量的主要因素，水资源短缺和 水环境污染问题制约着现代社会的持续发展。我国南方城市生活污水量大，有机 物浓度低，碳氮比相对较小，采用传统活性污泥法处理存在着很大的局限性。 基于传统硝化反硝化脱氮原理及膜生物反应器的优点，本研究采用缺氧一好 氧膜生物反应器( a n o x i c a e r o b i cm e m b r a n eb i o r e a c t o r ，以下简称a o m b r ) 组 合工艺处理低浓度生活污水，并使出水水质达到国家国家建设部颁布的城市生 活污水再生利用城市杂用水水质标准( g b t 1 8 9 2 0 - - 2 0 0 2 ) 。系统地考察了 a o m b r 工艺的运行效能及污泥增长规律、污泥特性，重点对工艺运行效能影 响因素进行研究，说明该工艺的可行性，优化工艺运行参数，为工程实践提供参 考和设计依据。 试验研究表明，在无排泥条件下，当污泥浓度为3 5 0 0 5 5 0 0 m g l ，温度 1 0 。c ，p h 值6 7 8 7 ，控制缺氧段溶解氧 o 5 m g l ，好氧段溶解氧1 5 2 5m g l ， 回流比2 0 0 3 0 0 情况下，出水c o d 一氨氮、s s 、浊度平均值分别为 1 7 5 3 m g l 、1 8 m g l 、1 9 5m g l 、o 2 1 n t u ，系统平均去除率分别达到9 1 2 、 9 4 9 、9 6 5 、9 9 4 ，均能达城市杂用水水质标准( c b t 1 8 9 2 1 2 0 0 2 ) ， 满足污水再生回用的要求。该工艺处理低浓度生活污水，在技术上是可行的。 通过c n 对系统脱氮效能的影响研究，得出a o - m b r 系统具有良好的脱氮 性能。在本试验中由丁i 原水碳源不稳定、c n 较小( 平均值3 8 7 ) ，系统总氮平 均去除率仅为3 8 ，9 ，脱氮效果不理想。系统采用无排泥方式运行，造成磷在反 应器中的不断积累，浓度运行时间几乎成线性关系，该系统应考虑采用化学除磷 技术。系统中生物相丰富，除了在一般常规活性污泥工艺中经常出现的原生动物 外，后生动物在系统中出现的频率、种类和数量均高于常规工艺。 以上研究结果表明，a j o m b r 工艺处理低浓度生活污水出水水质优良、稳 定，满足污水再生回用的要求，有着良好的应用前景。本文对该工艺的进一步深 入研究为实际运用提供了一定的理论基础，具有一定的指导意义和参考价值。 关键词：低浓度生活污水，a o m b r ，污水再生回用，碳氮比 a b s w a c t a b s t r a c t c u r r e n t l y , d o m e s t i cw a s t e w a t e rh a sb e c o m eam a j o rf a c t o ra f f e c t i n gt h eq u a l i t yo f u r b a nw a t e r e n v k o n m e n ts h o r t a g eo f w a t e rr e s o u r c e sa n dw a t e rp o l l u t i n nl a f f et h el i m i t a t i o no f t h es u s t a i n a b l e d e v e l o p m e n to fm o d e ms o c i e t y t h e r ew e r e al a r g en u m b e ro fd o m e s t i cw a s t e w a t e rw i t h l o w s t r e n g t ho f o r g a n i cs u b s t a n c ea n dc n ur a t i oi sr e l a t i v e l ys m a l l e r , i nc h i n a ss o u t h e r nc i t y i ti s l i m i t a r yt h a t1 0 w s t r e n g t hd o m e s t i cw a s t e w a t e rw a st r e a t e du s i n gc o n v e n t i o n a la c t i v i t e ds l u d g e p r o c e s s ， o nt h eb a s i so fe ：d s t e d n i t r o g e n t r e a t m e n t p r o c e s s e s ，a l l a n o x i c a e r o b i cm e m b r a n e b i o r e a c t o r ( a o - m b 妯w a sc h o s et ot r e a tt h el o w - s t r e n g t hd o m e s t i cw a s t e w a t e r i tm e a n e dt o m a k ef u l lu s eo fn i t r i f i c a t i o na n dd e n i 订i f i c a t i o na sw e l la sa d v a n t a g e so fm e m b r a n eb i o r e a c t o r ( m b r ) d u r i n gt h et r e a t m e n t i nt h i sp a p e r , l o w s t r e n g t hd o e m e s f i cw a s t e w a t e rw a st r e a t e du s i n g a f r o ，m b ra n dm a d et h ee f f i u e n tq u a l i t yr e a c h e d t h ew a t e rq u a l i t ys t a n d a r df o ru r b a n m i s c e l l a n e o u sw a t e rc o n s m n p t i o i l p r o m u l g a t e db yt h em i n i s t r yo fc o n s t r u c t i o n e x p e r i m e n t s w e r ec a r r i e do u tt oi n v e s t i g a t et h eo p e r a t i o ne f f i c i e n c y , t h ec h a r a c t e r i s t i co fs l u d g e ，a n dl a wo f s l u d g eg r o w t h b yo p t i m i z i n gt h eo p e r a t i o nc o n d i t i o n ，ar e f e r e n c ea n db a s i so fd e s i g nw a s p r o v i d e df o rp r o j e c tp r a c t i c e t nt h ec a s eo fn od i s c h a r g eo fe x c e s ss l u d g e ，t h ee x p e r i m e n t a ls t u d yi n d i c a t e dt h a tu n d e rt h e c o n d i t i o no fm i x e dl i q u o rs u s p e n d e ds o l i d s ( m l s s ) o f3 5 0 0 m g lt o5 s 0 0 m 窘q ，p ho f6 7 - 87 ， d i s s o l v e do x y g e n o ) l e s st h a no5 m g 儿i na n o x i ca r e a ，d oo f15 m 妒，t o2 s m g li na e r o b i c a r e a ，a n ds l u d g er e t u r nr a t i oo f2 0 0 t o3 0 0 ，t h ea v e r a g ec o n c e n t r a t i o no fe f f l u e n t sc o d r f ， n f l 3 n ，s s ；t u r b i d i t y w e r e1 7 5 3 m 皆，j8 m g l ，1 9 5 m g i ，0 2 1 n t u ，w i t ha v e r a g er e m o v a l e f f i c i e n c i e so f 9 1 2 ，9 4 9 ，9 6 ，5 ，9 94 r e s p e c t i v e l y i t m e e t t h ed e m a n do f w a s t e w a t e rr e u s e ， r e a c h e d t h ew a t e rq u a l i t ys t a n d a r df o ru r b a nm i s c e l l a n e o u sw a t e rc o n s u m p t i o n ”i ti sf e a s i b l et o t r e a tl o w s t r e n g t hd o m e s t i cw a s t e w a t e ru s i n gt h et e c t m i c s a o m b rs y s t e mh a dg o o dd e n i t r i f i c a t i o np e r f o r m a n c eb yt h es t u d yo fr e l a t i o n s h i pb e t w e e n c nr a t i oa n dd e n i t r i f i e a t i o ne f f i c i e n c y i nt h i sp a p e r , u n e x p e c t e dt o t a ln i t r o g e na v e r a g er e m o v a l e f f i c i e n c i e si s3 89 b e c a u s eo ft a l s t e a d yc a r b o nr e s o u r c ea n ds m a l lc nr a t i o ( a v e r a g ev a l u e 3 8 7 ) b e c a u s eo f1 1 0d i s c h a r g eo fe x c e s ss l u d g e u n c e a s i n g l ya c c u m u l a t e dp h o s p h o r u ss t r e n g t h h a da1 i n e a rr e l a t i o n s h i pw i t ho p e r a t i o nt i m e i nt h i ss y s t e m i ti sc o n s i d e r a t et h a tc h e m i c a l p h o s p h o r u sr e m o v a lm e t h o ds h o u l db eu s e dt oi n t e n s i 毋s y s t e m 批o s p h o r u sr e m o v a le f f e c t a st h er e s e a r c hh a ss h o w n a i o - m b rh a sh i 吐r e m o v ee m c i e n c ya n dt h eq u a l i t yo ft r e a t e d w a t e rj ss t a b i l i z e d i ti san e w l ye f f i c i e n tp r o c e s sf o rt h et r e a t m e n to fl o w - s ( r e n g t hd o m e s t i c w a s t e w a t e l k e yw o r d s ：l o w - s 廿e n g t hd o m e s t i cw a s t e w a t e r , a n o x i c - a e r o b i cm e m b r a n eb i o r e a c t o r , w a s t e w a t e r r e u s i n g ，c nr a t i o 学位论文独创性声明： 本人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。与我一同工 作的同事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。如不实，本人负全部责任。 论文作者( 签名) ： 摩缸丧 学位论文使用授权说明 司年 月甲e t 河海大学、中国科学技术信息研究所、国家图书馆、中国学术期刊f 光 盘版) 电子杂志社有权保留本人所送交学位论文的复印件或电子文 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。论文全部或部分内容的公布( 包括刊登) 授权河海大 学研究生院办理。 论文作者( 签名) ： 唐奴戎 刁年仁月e t 河海大学硕士论文 第一章绪论 1 1 课题背景 随着我国经济的飞速发展，原始资源型缺水问题日益突出，目前我国有4 0 0 多个城市缺水，正常年份缺水达6 0 亿吨，预计2 0 3 0 年缺水量将达到4 0 0 5 0 0 亿吨。水资源一方面存在短缺，另一方面水环境又在遭受着日益严重的污染。近 年来，我国水环境污染现状相当严重，七大水系中，除长江水质情况较好，干流 有6 6 7 的河段为类和优于i i i 类水质外，其余水系污染状况严重，超过5 0 的河段为类、v 类、超v 类水质【i 。我国水环境污染主要来自两方面，一是 工业发展排放的工业废水，二是由于城市污水排放和集中处理设施滞后于城市发 展，大量生活污水未经处理直接排放造成水体环境的污染。根据2 0 0 5 年中国环 境状况公报，2 0 0 5 年全国污水排放总量达到5 2 4 5 亿吨，其中工业污水排放量为 2 4 3 1 亿吨，占年污水排放总量的4 6 ，生活污水排放量为2 8 1 4 亿吨，占总量 的5 4 ；化学需氧量排放总量为1 4 1 4 2 万吨，其中工业排放量为5 5 4 8 万盹， 占年化学需氧量排放总量的3 9 ，生活排放量为8 5 9 4 万吨，占总量的6 1 ；氨 氮排放总量为1 4 9 ，8 万吨，其中工业排放量为5 2 5 万吨，占年氨氮排放总量的 3 5 ，生活排放量为9 7 3 万吨，占总量的6 5 p j 。城市生活污水己成为影响城市 水环境质量的主要因素。但是城市生活污水与海水相比，污染物质含量仅有 0 1 ，而海水含盐为3 5 ，加之城市生活污水水量稳定，就近可得，易于收集， 再生处理成本比海水淡化低廉，基建投资比远距离引水经济。城市生活污水的再 生回用不仅可以减少污染物质排放，改善水环境质量，还可以作为一种水量稳定、 供给可靠的淡水资源，缓解我国水资源短缺现状，从而保证国民经济的可持续发 展 ”。 1 1 1 城市生活污水水质特点 城市生活污水主要是指城市居民由于生活利用而产生的污水，主要包括：冲 厕用水、生活洗涤用水、厨房污水等。这些生活用水耗量大、处理费用高、成分 a o m b r 处理低浓度生活污水试验研究 复杂。而且由于我国生活区、商业区、办公区混杂，餐饮洗浴业遍布，生活污水 排泄与城市排渍共用下水道系统，居民楼、宾馆等生活污水预处理以小片为单位， 没有统筹规划，经过预处理或未经处理直接由城市下水道进入江河，因此我国城 市生活污水具有源多、面广、量大，杂、散、乱的特点。 由于受地域、气候和生活习惯的影响，我国南方城市人均生活用水量大，其 中洗涤、淋浴用水量占8 0 左右，加之南方城市雨水较多，以及排水体系多为合 流制，同时南方城市的地下水位较高，地下水渗入排水管内，化粪池的设置不合 理等因素，造成南方城市生活污水与北方城市相比，具有量大，有机物浓度低( 一 般c o d 。 2 0 0 m g l ) ，碳氮比相对较小的特点( 表1 - 1 ) 。 表1 1 我国一些南方城市污水处理厂进水水质 水质指标( 单位：r a g l ) 城市污水厂 b o dc o ds s 氨氮总氮总磷 1 0 0 1 5 0 1 5 0 l o 东区( a 3 里店) 污水处理厂 5 7 15 02 0 02 5 01 5 桂林中南区( 上窑) 污水处理厂 1 5 02 0 02 0 0 北区( 北冲) 污水处理厂 1 5 02 0 02 0 0 第四污水处理厂 1 2 02 0 02 2 02 54 第一污水处理厂9 2 1 8 88 72 9l34 第二污水处理厂 9 11 5 4 3 7 2 9 13 1 昆明 弟= 巧水处蛙j 8 4 1 6 26 82 622 8 第四污水处理厂 1 0 6 1 9 87 9 2 8 13 1 1 0 1 5 武汉 晒湖地区 5 0 1 0 09 5 2 8 0l 4 1 2 02 5 三峡 各污水处理厂平均值 1 0 9 9 l2 1 9 7 21 5 6 2 53 643 2 8 库区 注：数据来自见参考文献【5 卜f 8 】。 目前在我国由于城市污水处理厂普及率低，化粪池作为一个预处理构筑物仍 得到普遍的使用，其数量随着城市的发展和人口的增加以及住房条件的改善、居 住小区的兴建仍在逐年增加。化粪池由于设计、施工、使用、管理等因素普遍存 在净化效果差的问题。而且经化粪池后，生活污水有机物浓度降低，氨氮浓度升 高，污水中碳氮比相对偏低，加剧了污水生物处理的难度，特别是对城市水环境 影响较大的氮磷等污染物质的去除。 城市低浓度生活污水量大，有机物浓度低，碳氮比相对较小。采用传统的活 性污泥法处理低浓度生活污水，往往存在处理效率较低，容易产生污泥膨胀现象， 河海大学硕士论文 工艺设备不能满足高效低耗要求的问题。对于低浓度生活污水不仅要考虑将其处 理达到排放标准，保护环境水体不受污染，而且还要考虑对其进行深度处理，以 便再生图用，节水减污，合理哥i j 用水资源，实现经济效益、社会效益和环境效益 三者的统一。 1 1 2 城市生活污水处理、回用技术及其存在的问题 城市生活污水的生物处理技术主要有活性污泥法、生物膜法、自然生物处理 技术，以及在近四十年中迅速发展起来的膜处理技术； 活性污泥法包括普通活性污泥法及其变形工艺，如氧化沟工艺、a - b 法、a o 法、a 2 。o 法、b a r d e n p h o i 艺p h o r e d o x 5 2 艺、u c t i 艺、改良u c t 工艺，延时曝 气的s b r 法及其变型工艺等。目前，我国现有城市生活污水处理厂8 0 以上采用 的是活性污泥法，其余采用一级处理、强化一级处理、稳定塘法及土地处理法等。 针对我国南方城市生活污水有机物浓度较低的现状，在处理研究和应用领域 普遍存在着以下问题： ( 1 ) 由于污水中的有机物浓度较低，污泥长期处于饥饿状态，采用传统活 性污泥法，往往导致活性污泥增长缓慢，甚至由于微生物内源呼吸消耗自身来维 持系统运行导致反应器内活性污泥的负增长。 ( 2 ) 较低的有机物浓度使传统活性污泥法工艺寥易产生污泥膨胀现象，导 致二沉池沉淀效果不好，出水携带很多悬浮污泥，出水水质恶化。 ( 3 ) 目前具有脱氮除磷功能的污水处理工艺多以活性污泥法和生物膜法为 主，应用这两种处理法处理低碳氮比生活污水，需要投加大量外加碳源，处理费 用较高。 ( 4 ) 传统活性污泥法工艺还存在着容积负荷低，占地面积大；传氧效率低， 能耗高，剩余污泥量大，污泥处置费用高；出水水质易受进水水质的影响，出水 水质不稳定等问题。 ( 5 ) 自然生物处理系统大多应用于处理低浓度污水，但由于该系统占地面 积大，处理量有限，运覃亍效率低，处理效果易受环境因素影响，在土地资源日益 紧缺的城市中难以应用。 总之，传统活性污泥法、生物骥法及自然生物处理系统在处理低浓度、低碳 m o - m b r 处理低浓度生活污水试验研究 氮比生活污水中更有着很大的局限性和不适应性。 从2 0 世纪8 0 年代开始，我国就开始大力开发城市污水再生回用技术，在技 术研究和工程实践方面取得了一定的进展。城市污水再生处理是指在二级处理或 二级强化处理基础上，采用化学混凝、沉淀、过滤等物理化学处理方法进一步强 化悬浮固体、胶体、病原体和菜些无机物去除的净化处理过程 9 。常用的污水回 用技术包括传统处理( 混凝、沉淀、过滤) 、活性炭吸附、臭氧氧化和土地渗滤 等。图1 - 1 为几种典型的处理流程。目前，我国城市污水再生回用技术大多 采用混凝、沉淀、过滤的常规工艺，微絮凝过滤法以及生物接触氧化后纤维球过 滤，生物炭过滤等。 空气 二：级处理出水 圆一囤一圈一出水 二级处理后面加接触氧化法和砂滤池p = 级处理出水 匹出母。盎 二缀处理后面加混龌、沉淀、过滤一 二缀处理后面加滤池和活性炭吸附_ 图1 - 1 污水回用技术典型处理流程 由表1 - 2 可以看出，传统处理( 混凝、沉淀、过滤) 、活性炭吸附、臭氧氧 化和土地渗滤等几种常规方法都是基于二级出水进行的深度处理工艺，且均有着 不足之处。随着膜制造工艺水平的提高和膜材料价格的下降，膜生物反应器工艺 在污水再生回用中得到了越来越广泛的应用。它利用生物反应器中微生物的作用 一4 一 河海大学硕士论文 降解污水中的有机物，悬浮阎体及部分凝胶物质，然后以膜分离技术取代传统活 性污泥工艺中的二沉池，进行泥水分离，其出水水质不仅可以满足目前最严格的 污水捧放标准，丽且经过一定的消毒工艺后可做为再生水直接回用。该工艺结合 处理与回用为一体，是目前污水处理研究的热点工艺。 表1 - 2 常用污水回用技术优缺点比较 工艺优点缺点 混凝沉对浊度、悬浮物、色度、b o d s 、c o d 、总 不能去除氨氮。 淀过滤磷等的去除效果良好。 活性炭 活性炭具有根强的吸附能力，可有效去除色 生活污水中含有许多不被活性炭吸 度、臭味，能除去水中大多数的有机污染物 附的有机镌，而且活性炭的孬生也是 吸附 和某牡无机物，包括有毒的重金属。 目前有待解决的个问题。 炱氧能有效去除水中杂质所造成的色、嗅、 生活污水中成分复杂，存在许多难以 臭氧氧昧，其脱色效果比氯和活性炭都好。还能降被臭氧氧亿的有机物，两且臭氧直接 化低出水浊度，起到良好的絮凝作用，提高过氧化具有高度的选择性，与有些有机 滤滤速或延睦过滤周划。 物的反应速度太慢或难以反应”。 土地渗 土地渗滤也剃土壤含水层处理，该技术投资 省，处理效果好，对有机物尤其是对有机氯占地大，不易管理。 滤 化物和氨氮有较好的去除效果。 1 2n o i i i b r 工艺进行低浓度生活污水处理并回用的提出 表1 - 3 较大m b r 实际应用工程 地点污水类型漉量完成时闻 c o l o r a d o 州a r a p a h o e 县 城市污水 3 8 0 0 m 坩1 9 9 8 ，7 温得和克城市污水 2 1 8 0 0m 5 d 已建成 北欧1 5 座城市污水厂最大9 5 0 0 m 3 d建成或在建 比利时s c h i l d e 地区拧承她理厂 城市污水1 0 0 0 0m d1 9 9 2 英国m i l l e n n i u md o m e 中水回用1 0 0 0 00 m 3 d1 9 9 9 朝鲜b e g e a 家庭污水 3 0 0 0m 3 d1 9 9 6 1 2 注：装据来鱼见参考文献【1 4 】。 膜生物反应器( m e m b r a n eb i o r e a c t o r ，以下简称m b r ) 是由膜分离技术和 生物处理技术组合丽成的一种新型、高效的污承处理技术。膜分离技术琏藿膜材 料和制膜技术的发展，其应用领域在不断扩大，已经涉及到化工、电子、轻工、 纺织、治金、食品、石油化工和污水处理等多个领域。m b r 处理工艺( 如日本 的k u b o t a 系统) 在日本、加拿大、英国等许多国家已得到较好的应用( 表1 - 3 ) 。 m b r 与转统活性污泥处理工艺相比有剪| “f 优点： a o m b r 处理低浓度生活污水试验研究 ( 1 ) 工艺流程短，占地省，小型化系统放置场所不受限制。 ( 2 ) 出水b o d 5 、氨、磷和悬浮固体浓度很低，不含细菌、病毒、寄生虫 卵等，出水符合三级处理标准，可直接回用或补充地下水。 ( 3 ) 可以使水力停留时间和污泥龄完全分开，使运行控制更灵活、稳定。 ( 4 ) 利于世代时间长的硝化细菌的增殖，从而提高硝化效率。 ( 5 ) 污泥浓度高，从而传氧效率高达2 6 6 0 左右，节省能耗。 ( 6 ) 反应器容积负荷大，减少占地，便于传统活性污泥法的改造。 ( 7 ) 剩余污泥量少，可以减少剩余污泥的处理、处置费用。 ( 8 ) 膜生物反应器里由于存在高浓度的m l s s ，硝化与反硝化同时存在， 且具有很高的反硝化效果，脱氮能力强。 ( 9 ) 需要高效除磷时，只需往污水中投加少量的明矾，因为膜能有效地分 离这些不能沉淀的细小微絮凝状的磷，只要其粒径小于0 2um 即可。 针对我国南方地区普遍存在的生活污水中有机物浓度过低，碳氮比较小生物 脱氮难度大的问题，提出了应用缺氧好氧膜生物反应器( a n o x i c - a e r o b i c m e m b r a n eb i o r e a c t o r ，以下简称a o m b r ) 组合工艺处理低浓度生活污水，并 使出水水质达到国家国家建设部颁布的城市生活污水再生利用城市杂用水水 质标准( g b t i8 9 2 0 - - 2 0 0 2 ) 。a o m b r 组合工艺是基于传统a o 活性污泥法 工艺与膜分离技术的结合，膜组件浸没于好氧池内，代替重力沉淀池进行固液分 离。 传统a o 活性污泥法工艺，是在8 0 年代初期开创的工艺流程，该工艺将反 硝化反应器放置在系统之首，所以又称前置反硝化生物脱氮工艺。在本工艺中反 硝化、硝化与b o d 的去除分别在两座不同的反应器内进行，硝化反应器内经充分 反应的硝化液一部分回流至反硝化反应器，而反硝化反应器内的脱氮菌以原污水 中的有机物作为碳源、以回流液中硝酸盐的氧作为受电体进行呼吸和生命活动， 将硝态氮还原为气态氮( n 2 ) ，不需要外加碳源。因此，设内循环系统，向前置 的反硝化回流硝化液是本工艺的特征。这是目前较为广泛的一种脱氮工艺。 在传统a o 活性污泥法工艺中，为了保持构筑物中有足够数量的硝化菌以 完成硝化反应，需要维持较长的污泥龄，因而相应的增大了构筑物的容积；同时 絮凝性较差的硝化菌常会随着= 沉池出水流出，造成硝化菌数量的减少，影响硝 河海大学硕士论文 化效果，进而降低了系统的脱氮效率。a o m b r 工艺由于膜的过滤、拦截作用， 可以有效减少活性污泥流失，维持反应器内足够的微生物量，使出水不受污泥膨 胀的影响，膜的截留作用保证了系统较长的污泥龄，有利于世代时间较长的硝化 菌的增殖。另外，在该工艺中由于污泥的絮体较小，而较小的絮体有着更大的周 长与面积之眈，使得氧传质阻力碱小，硝仡作用更加彻底。前置反硝化在缺氧条 件下运行，缺氧区进水可以充分利用原水中的有机碳源进行反硝化反应，无需外 撵碳源，提高脱氮效率，节省能耗。 ? d o m b r 组合工艺充分发挥了a o 活性污泥法工艺和膜生物反应器各自的 优点，克服了传绕活佳污泥法在处理低浓度生活污水方露的缺陷，而且出于该组 合工艺具有处理效果稳定、工艺简单、管理方便等优点，有着良好的应用前景。 t 3m b r 工艺的国内外研究和应用概况 1 3 1 国外刑b r 工艺的研究及应用情况 膜生物反应器技术最早出现于酶制剂工业，它在污水处理领域中的应用研究 始于美国。1 9 6 6 年，美国的d o r r - o l i v e r 公司首先将膜生物反应器用于废水处理 的研究。在该废水处理系统中，污水进入悬浮生长的生物反应器中，并通过超滤 膜组件的抽吸作用连续出水。膜组件为板框式，进出口压力分别为3 4 5 k n m 。和 1 7 2k n m ，膜通量为1 6 9 l m 。h 。1 9 6 9 年美国的s m i t h 报道了好氧活性污 泥法与超滤膜结合用于处理城市污水，研究证明，该工艺具有减少活性污泥产量、 维持较高活性污泥浓度、减少污水处理厂占地面积等优点 1 5 1 o1 9 6 9 年，b u d d 等 的分离式膜生物反应器获褥了美国专利。 7 0 年代初期，好氧分离式膜生物反应器的研究避一步扩大，同时厌氧膜生 物反应器的研究也相应进行。19 7 0 年h a r d t 等人将完全混合式生物反应器与超滤 膜结合用于处理生活污水，其中猢j s s 浓度高达3 0 0 0 0 m g f l ，是常规好氧系统的 2 3 倍，膜通量为7 5l 。m 2 h ，c o d 去除率达到9 8 ，且出水中不含细菌口“。 t 9 7 2 年s h e l f 等人进行了厌氧生物膜反应器的研究。1 9 7 4 年c r u v e r 等进行了厌 氧膜生物反应器的中试研究。g r e t h l e i n 等人在1 9 7 8 年进行了厌氧硝化池，膜系 统处理生活污水的研究，b o d 和n o 。的去除率达蓟了9 0 和7 5 ，h a m m e r a o - m b r 处理低浓度生活污水试验研究 等人于1 9 6 9 年和l ie ta l 在1 9 8 4 年分别进行了厌氧膜系统操作的可行性研究。 研究表明，厌氧污泥沉淀性能差，要获得高浓度的污泥，提高污泥龄是厌氧消化 技术的关键【1 ”。b h a t t a c h a r y y a 等人将超滤膜用于处理城市污水并获得了非饮用回 用水 1 8 】。 6 0 年代到7 0 年代这时期，由于膜种类少，且膜材料大多为有机高分子， 生物稳定性差，使用寿命短，膜通量小，限制了该工艺的实际应用，这项技术仅 停留在实验室研究规模。7 0 年代后，膜生物反应器的研究有了较快的地发展。 8 0 年代中后期，膜生物反应器的研究有了很大的发展。1 9 8 5 年t r a n 提出：错流 式微滤膜因操作压力低，可降低废水处理中的能耗，能耗问题开始受到重视 1 ”。 1 9 8 6 年，b i n d o f 等人用厌氧固定床与膜分离组合工艺处理高浓度生活污水。 1 9 8 8 年，x i a u t h 等人用有压反应器与膜组件相结合的工艺处理污水，由于提高 了供氧能力，获得了很好的出水水质；s u z u k i 等人研究了有机负荷、d o 等因素 对微滤膜生物反应器工艺处理稀释玉米浸液水时溶解性有机碳去除负荷的影响， 在不同的负荷下，总去除率超过了9 6 ，说明有机负荷对膜生物反应器去除 c o d 无太大的影响口”。1 9 8 9 年，y a m a m o t o e 等人将中空纤维膜组件直接置于曝 气池中，间歇抽吸出水，减缓了膜的堵塞，单位体积出水能耗为o 0 0 7 k w h m ， c o d 的去除率9 5 ，脱氮达6 0 口。在这一时期，日本多家公司使用好氧膜 生物反应器处理大楼废水，经处理后的水做中水回用，处理水量达到5 0 2 5 0 m 3 d 。目本1 9 8 5 年开始实施“水综合再生利用系统9 0 年代计划”，该项目的 目的是解决水污染问题和从污染物中获取能量。特别是开发一种膜技术与生物反 应器相结合来处理工业和城市污水，省能省地，出水水质好，适于污水回用的工 艺。项目耗资1 1 8 亿日元。研制了酒精发酵废水、蛋白工厂加工废水、造纸厂废 水、淀粉厂废水、粪便废水、城市污水等7 类污水的膜生物反应器处理系统 2 3 1 。 9 0 年代以后，膜生物反应器的应用与机理研究已进入实际应用阶段，并得 到迅速推广。1 9 9 2 年s u w a 等人进行了活性污泥法加微滤构成的膜生物反应器脱 氨研究 2 4 l 。1 9 9 3 年c h i e m c h a i s r i 等人利用膜生物反应器进行了生活污水脱氨研究 旧和低温脱氮研究【2 6 ，并迸一步研究了一体式膜生物反应器内硝化菌数量、最 大硝化速率及温度对处理效果的影响 2 7 。m k n o n s 利用l y d n e y 和c o l t o n 提出 的浓差极化理论，研究了错流式膜组件的透水率，研究发现膜丝长度减少可以增 8 河海大学硕士论文 加透水率，并提出了穿流式膜组件的概念。穿流式膜组件的特点是膜丝不与循环 水流方向平行，而是与循环水流方向垂直。这种膜丝的粘结方法使膜组件不需要 较高的进液速度就可产生湍流效果，起到冲刷膜纤维的作用；b a i l e y 等人用错流 式微滤膜生物反应器工艺处理生活污水，对c o d 的去除率达9 7 以上。m u l l e r 等人用错流式微滤膜生物反应器工艺作中试试验，运行3 0 0 天，污泥浓度达 4 0 5 0 9 l ，体积负荷与污泥负荷分别为o 9 2 0 k g c o d ( m 3 d ) 和o 0 2 1 k g ( k g m l s s d ) ，总有机碳去除率大于9 0 ，基本实现完全硝化，另有4 0 的氮 被反硝化去除。s a k e l l a r i o u s 在研究膜生物反应器污泥零排放时，对穿流式膜生 物反应器与错流式膜生物反应器进行了比较，发现穿流式的能耗为1 1 5 k w h m 3 ， 比错流式的能耗5 6k w h m 3 ，j 、得多。t a t s u k i u e d a 等人采用膜组件上部混合液的 高度差所产生的水压将水压出膜组件，处理每吨水能耗为2 4k w h m 班“j 。在膜 生物反应器的稳定运行方面，保田雄二发现膜生物反应器稳定出水可以超过1 个 月 2 9 】：真柄泰基的研究中稳定出水期超过2 个月f 3 0 ；三井石化公司的研究表明 稳定出水期可超过2 5 个月【3 1 】；g u n d e r 等进行了淹没式膜生物反应器处理城市污 水的中试研究，系统稳定运行时间超过4 个月，在此期间没有进行膜的化学清洗 3 2 1 ；d z v i e s 的中试研究结果表明，利用淹没式膜生物反应器处理生活污水，系统 稳定运行近1 年，氮的去除率达9 0 ，出水c o d 的平均值为2 0 8 m g i l 【3 。 2 0 0 2 年，a l p e r n u h o g l u a 等用膜生物反应器对饮用水进行脱氮的实验，实 验反应器为一个搅拌釜，并且分别以间歇和连续两种方式进行操作。利用膜生物 反应器系统可使氨氨去除率上升到9 8 5 。并且膜的渗透量随着m l s s 浓度的 增加而增加 3 4 。2 0 0 2 年b o r i sl e s j e a n 等对提高生物亚磷酸盐和氮的去除率的 构型的改进进行了研究。试验表明，在前后脱氮模型中，利用系统可达到有效的 总磷去除率。在污泥年龄和有机物沉积量相同的条件下，膜生物反应器系统比传 统技术的磷去除率略高i j “。 1 3 2 国内mb i i 工艺的研究及应用情况 我国膜技术从开始建立至今也有4 0 多年的历史，1 9 5 8 年开始离子交技膜的 研究，1 9 6 7 年异相离子交换膜实现工业化生产，电渗析进入实用化阶段。反渗 透从1 9 6 5 年开始研究，1 9 6 8 年c a 对不对称膜研制成功，2 0 世纪7 0 年代后开始 a o m b r 处理低浓度生活污水试验研究 开发各种类型膜组件，并得到应用。2 0 世纪8 0 年代是e d 、r o 、u f 和m f 跨入 推广应用阶段。1 9 8 5 年p s 中空纤维膜试制成功，气体分离膜也开始进入应用。 2 0 世纪9 0 年代试制了反渗透、纳滤复合膜，n f 开始应用【3 6 瑚】【2 8 1 。 有关膜生物反应器的研究在我国起步较晚，始于2 0 世纪9 0 年代初。1 9 9 0 年天津大学进行了中空纤维膜生物反应器的小试研究，1 9 9 2 年被国家科委鉴定 为国内领先的先进技术项目之一；1 9 9 1 年，岑运华介绍了膜生物反应器在日本 的研究状况。1 9 9 3 年，上海华东理工大学环境工程研究所进行了膜生物反应器 处理人工合成污水和制药废水的可行性研究，结果表明膜通量、c o d 截留率和膜 孔径明显相关【3 。同年中国科学院生态环境中心王菊思启动膜生物反应器的研究 3 9 1 ，19 9 5 年，樊耀波将膜生物反应器用于石油化工污水净化的研究，研制出一 套实验室规模的好氧分离式膜生物反应器，该系统对石油化工污水中c o d 、 b o d 5 、s s 、浊度、石油类的去除率分别为7 8 9 8 、9 6 9 9 、7 4 9 9 、9 8 1 0 0 、8 7 i 3 。1 9 9 7 年张绍园等根据微生物反应动力学模型，推导了分离式膜 生物反应器水力停留时间公式，并以此公式为基础，分析与探讨了膜生物反应器 的影响因素。同年，清华大学邢传宏等以无机膜处理生活污水，对无机膜的堵塞 和清洗及水力学、生物动力学参数作了研究h 0 1 、【”1 。1 9 9 8 年，管运涛进行了对造 纸废水利用膜生物反应器工艺处理的研究，结果表明厌氧膜生物反应器能产生更 多的挥发酸，系统产甲烷相的酸化水平较高，有利于发挥产甲烷反应器的去除能 力”3 1 。1 9 9 9 年，李红兵等研究了中空纤维膜生物反应器处理生活污水的特性“1 。 2 0 0 0 年，顾平等应用膜生物反应器对生活污水处理行了研究，试验结果表明， 出水中几乎无悬浮物和浊度，对有机物和含氮化合物的去除率较高，另外还研究 了膜通量与工作压力、冲击负荷、曝气强度等运行条件的关系【4 5 。2 0 0 1 年，郑 祥等利用膜生物反应器对毛纺废水的处理进行研究，结果表明，该系统对废水中 b o d 5 、c o d 、浊度的去除率在9 0 以上，色度去除率6 0 7 【4 “。2 0 0 2 年，韩 怀芬等研究了膜生物技术在造纸废水处理中的应用，原水c o d 浓度为9 0 0 1 3 0 0 m g l ，处理后的出水可达到一级排放标准【4 ”。2 0 0 3 年，张西旺等对含高氨 氮的城市小区生活污水用一体式膜生物反应器进行处理研究，通过增设泥水回流 何缺氧区可将出水达到生活杂用水标准【4 8 。 膜生物反应器在难降解废水方而有很强的处理能力。吴志超、王士芬采用分 河海大学硕士论文 置式膜生物反应器处理c o d 离达3 0 0 0 l2 0 0 0 m g l 的巴西基酸生产废水，并 和常规生物工艺进行了对比，结果表明，膜生物反应器有产泥量少，污泥活性好， 能有效提高难降解有机物的去除效率等优点俐；管运涛等采用传统两相厌氧工艺 与膜分离技术相结合的系统处理造纸黑液配制废水，c o d 的去除率可达 7 3 1 5 0 ；何义亮用厌氧膜生物反应器进行高浓度食品废水处理 5 l 】；王建功采用 生物接触氧化法取代活性污泥法作为膜生物反应器系统的生物反应单元，进行膜 一生物接触氧化法处理港口污水的研究口2 ：李春杰等研究了对焦化废水的一体化 膜按照s b r 的序批式生物反应器处理，获得了稳定、高效的短程硝化作用 5 。 膜生物反应器在处理生活污水方面效果也很好。刘锐等进行了一体式膜生物 反应器处理生活污水的中试研究，表明系统出水稳定优质，还指出反应器水力循 环条件和启动阶段的运行操作对膜的清洗周期有重要影响【54 】；杨磊等利用超滤膜 生物反应器处理生活污水，并初步探讨了超滤膜的堵塞机理【5 鄙；张军等结合a o 法与复合淹没式中空纤维膜生物反应器处理生活污水，出水可作为非饮用水回用 ”。这些研究结果表明：膜生物反应器对废水的c o d ，n h 3 一n ，s s ，浊度 等都达到良好的去除效果。 李春杰进行了错流膜生物反应器的水力清洗试验研究，结果表明：清洗时采 用高膜面流速、低操作压力和限制透过液对流传递作用有利于错流膜生物反应器 通量的恢复【5 7 1 。罗虹在对膜生物反应器反应器中混合液的可过滤性的研究中得出 结论 5 8 i ；改善活性污泥性状是稳定运行不可忽略的因素：粉末活性炭( p a c ) 的加 入提高了混合液的可过滤性，改善了泥水分离性能，减少了膜堵塞的机会。桂萍 从一体式膜生物反应器运行条件对膜过滤特性的影响试验中得出：缩短抽吸时间 或延长暂停时间和增加曝气量均有利于减缓膜污染。影响膜抽吸压力上升速率的 因素从大到小依次为：抽吸时间、曝气量、停抽时间口w ；何义亮进行了厌氧膜生 物反应器截留分子量研究，提出了“并行运行的平板膜组件中，通量最大的膜优 先衰减且衰减幅度最大”的观点：何义亮还研究了膜生物反应器内工艺参数的控 制，验证了膜通量与活性污泥浓度的对数呈线性关系，污泥浓度越高，膜通量越 低，还讨论了h r t ，和s r t 对膜生物反应器性能以及出水水质的影响h ”。 a i o m b r 处理低浓度生活污水试验研窥 1 4 主要研究内容与技术路线 l a l 研究内容 本研究采用a o - i v l b r _ t 艺处理低浓度( c o d 。