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动态膜生物反应器处理高速公路服务区污水 东南大学 硕士研究生：林新斌导师：傅大放教授 摘要 针对目前高速公路服务区污水处理中存在的问题，提出采用非织造布制成动态膜生物反应器 0 3 m b r ) 作为主体单元处理服务区污水，并通过工艺特性试验和长期运行试验来考察其可行性。 首先，采用人工配水模拟服务区污水，试验分析了水力停留时间f i 唰t ) 、气水比对d m b r 处理 效果的影响以及非织造布在处理过程中所起的效用；其次，测量了d m b r 在m l s s 为4 0 0 0m g l 、 气水比为3 0 ：l 时的临界通量，通过次临界通量条件下的长期运行试验，考察了d m b r 的运行稳定 性和阻力变化情况；最后，通过d m b r 对高速公路服务区污水的处理，考察实际处理效果。 试验结果表明：采用人工配水，在试验工况下，d m b r 对c o d 、n i l 3 - n 、t n 、t p 的平均去除 宰分别为8 9 7 、9 0 5 、3 9 a 、1 8 4 ；h r t 从8 h 增加到1 6 h 时，t p 的平均去除率从1 1 1 增 加到2 2 3 ，c o d 、n h 3 n 和t n 的去除率受h r t 的影响不大；气水比的变化对c o d 和i 、a 1 3 - 1 4 的 去除率没有明显影响，但气水比从1 5 ：1 增加到6 0 ：1 使t n 的平均去除率从4 2 5 下降到3 5 8 、t p 的平均去除率从1 6 3 增加到2 2 7 ；非织造布动态膜对c o d 、n i - i r n 的去除可起到部分强化作用； 在次临界通量条件下，起始通量分别为1 5l ，( m 2 h ) 、3 0t ( m 2 h ) 、4 5l ，( m 2 1 1 ) 、6 0l ( m 2 h ) 的 长期运行试验稳定运行的时间分别为 2 0 d 、 2 0 d 、1 3 d 、1 0 d ；长期运行试验中，膜污染的发展经历 慢速和快速两个时期，滤速越小慢速发展阶段的历时越长。 关键词：动态膜生物反应器；非织造布；高速公路服务区 d y n a m i cm e m b r a n eb i o r e a c t o rf o re x p r e s s w a ys e r v i c e a r e a 黝s t e w a t e r 乃翟a t m e n t s o u t h e a s tu n i v e r s i t y m a s t e rg r a d u a t es t u d e n t ：l i nx i n - b i n s u p e r v i s o r ：p r o f e s s o rf ud a - f a n g a b s t r a c t a i ma tt h ee x i s t e n tp r o b l e mo fw a s t e w a t e rt r e a t m e n tf o re x p r e s s w a ys e r v i c ea r e a , t h ea d v i c eo f a d o p t i l l gl l o n w o v e l lf a b r i c sm e m b r a n eb i o - r e a e t o rt ot r e a te x p r e s s w a ys e r v i c ea r e aw a s t e w a t e ri sm a d e ，m a d i t sf e a s i b i l i t yi sr e v i e w e db ye x p e r i n a e n t i i lt h ee x p e r i m e n t , a r t i f i c i a lw a s t e w a t e ri sa d o p t e d , r e s e a r c ht h ei n f l u e n c eo f h y d r a u l i cr e t e n t i o nt i m e ( h r t ) a n dr a t i oo f a i rt ow a s t e w a t e ro nt r e a t m e n te f f e c ta n da n a l y z et h eg 时e 1 1 9 【h e n i n go f n o n w o v a nf a b r i c s i nt h em m o v a lp r o c e s s w h e nm l s si sa b o u t4 0 0 0m g la n dr a t i oo f a i rt ow a s t e w a t e ri s3 0 ：1 ，t h ec r i t i c a l f l u xu n d e ri sm e a s u r e d , a n dt h er u ns t a b i l i t ya n dr e s i s t a n c ec h a n g eo f d m b ra r ea l s or e v i e w e db yt h el o n g t e r mr u ne x p e r i m a n t a tl a s t , r e a le x p r e s s w a ys e r v i c ea r e a ，a s l e w a b e ri st r e a t e db yd m b r t h e n ! s u l t o f e x p e r i m e n ts h o w s t h a t i n t h e w h o l es t i 】颤t h ea v e r a g er e m o v a lr a t eo f c o d 、n h 3 - n 、 t n a n d t p i s 8 9 7 、9 0 5 、3 9 4 a n d l 8 4 r e s p e c t i v e l y , w h e n a r t i f i c i a l w a s t e w a t e r i s u s e d t h e v a r i e t y o f l i r th a sl e s si n f l u e n c eo nt h er e m o v a lr a t eo f c o d , n h 3 - n ，t n , b u tt h er e m o v a lr a t eo f t pi si n c r e a s e f r o m1 1 1 t o2 2 3 a l o n gw i t ht h ei n c r e a s eo fh r tf r o m8 ht o1 6 1 1 t h ev a r i e t yo f 血er a t i oo fa i rt o w a s t e w a t e rh a sl e s si n f l u e n c eo nt h er e m o v a lr a t eo f c o d , n h 3 - n ，b u tt h er e m o v a lr a t eo f t ni sd e c r e a s e f r o m4 2 5 t o3 5 8 a n d 讦i si n c r e a s ef r o m1 6 - 3 t o2 2 7 a l o n gw i t ht h ei n c r e a s eo f t h er a t i oo f a i rt o w a s t e w 砒e rf r o m1 5 ：1t o6 0 ：1 n o n w o v a nf a i n - i ( ：sh a ss t r e n g t h e n i n go i lt h e 咖o v a lo fc o da n dn h 3 - n p a r t l y o nt h es u b e f i t i e a lf l u xc o n d i t i o n , t h et i m eo f l o n gt e r mi l l ne x p e r i m e n ti sa b o v e2 0 d , a b o v e2 0 d , 1 3 d a n d l o dr e s p e c t i v e l y w h e n t h e i n i t i a l f l e x i s l 5 城m 2 h ) ，3 0 l ( m 2 h ) ，4 5l ( m 2 h ) a n d6 0 队m 2 h ) r e s p e c t i v e l y i nt h el o n gt e r mr u ne x p e r i m e n t , m e m b r a n ef o u l i n gc a l lb ed i v i d e di n t ot w op h a s e , t h es l o w p h a s ea n d f a s t p h a s e , a n d t h e t i m e o f s l o w p h a s e i s l o n g e r a l o n g w i t hs m a l l e r f i l t r a t i o n v e l o c i t y 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 e t o r ；n o n w o v e n f a b r i c s ；e x p r e s s w a ys e r v i c ea r e a 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：地j 虱：日期：a 囱：21 碰 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：燃j 逊导师签名：31 塾圣坠日 第一章绪论 第一章绪论 随着社会经济的飞速发展，我国高速公路的建设规模也在不断扩大。截至2 0 0 5 年底，我国高速 公路通车总里程已达4 1 万公里，居世界第二位。高速公路对沿线水、气、声、土壤环境造成的影 响，特别是高速公路服务区污水对周边环境的污染越发引起人们的关注。高速公路服务区一般地处 偏僻远离市政管网，污水只能就地处理后排入附近的池塘或农田。未经处理排放的污水将导致水 稻欠收、鱼苗死亡，进而可能引起环境污染纠纷，影响服务区的正常营运。 所以有必要在了解服务区污水水质、水量特点和处理现状的基础上，研究适宜高速公路服务区 污水处理的工艺。 图1 1 服务区污水直接捧入边沟图1 2 服务区污水直接捧入鱼塘 1 1 高速公路服务区污水的特点 高速公路服务区主要设施有公厕、餐厅、加油站，维修站、洗车场等，所以服务区污水按来源 可分为公厕、卫生间排放的污水，厨房排放的污水和加油站及车辆冲洗排放的污水三类。与其它污 水相比，服务区污水有其自身的特点，主要表现在以下两个方面： ( 1 ) 污水水量变化大 服务区污水属于生活污水，生活污水水量主要取决于污水来源地区内的人口数量。服务区的服 务对象主要是过往的旅客，而过往旅客数量的波动性很大，导致了服务区污水水量的变化也很大。 比如，每天中午是服务区人流的高峰期，污水水量最大，而夜间则是服务区人流的低谷期，污水水 量近似为零；晴好天气出行人数较多，服务区污水水量也较多，而恶劣天气出行人数较少，服务区 污水水量也较少；夏季进入服务区休息的人员较多且每人用水量较多，产生的污水水量也较多，而 冬季进入服务区休息的人员较少且每人用水量较少，产生的污水水量也较少。所以说，服务区每小 时、每日、每季的污水水量都有较大的变化。 ( 2 ) 含特征污染因子 公厕、厨房排放的污水中的污染物以有机物、n h 3 - n 、s s 为主；洗车废水和加油站废水中的污 染物以泥沙颗粒物、石油类为主。服务区污水主要是公厕排放的冲厕污水和厨房捧放的餐饮污水， 因此服务区污水中c o d 、b o 风，n h 3 - n ，s s 的浓度较高。表1 1 为部分高速公路服务区的污水水 质。从表1 1 中可以看到，c o d 、b o d 5 、n h 3 - n 、s s 的平均浓度分别可以达到1 4 1 0m g l 、6 4 0m g l 、 1 1 9m g 几，7 6 8m g l ，明显高于表1 2 列出的生活污水上述水质指标的浓度。 东南大学硕士学位论文 表1 1 部分高速公路服务区污水水质【1 叫( 单位：m g l ，p h 无量纲) 地点 p h s sc o d b o d 5n h 3 - n石油类动植物油 朱曲高速薛 8 1 l 8 3 27 & 也7 91 4 1 3 7 86 5 7 1 1 61 1 肛1 2 7 2 4 - 9 6 庄服务区 1 5 12 3 18 1 91 1 96 0 济青高速潍7 o l q 5 03 1 1 1 9 6 0 5 7 卜1 8 1 02 3 9 罐5 03 3 8 0 4 9 5 3 1 3 8 坊服务区7 2 57 6 8 9 9 34 4 93 4 6 9 2 济青高速淄 7 1 每v 7 3 33 7 1 4 9 51 0 3 0 一1 9 6 84 7 m 母1 06 2 2 5 34 8 一1 6 2 博服务区7 2 64 2 51 4 1 06 4 06 4 11 2 9 京珠高速湖 7 嗍01 3 5 3 3 04 2 肛1 0 6 51 9 5 5 9 02 9 5 , 4 9 85 4 , - , 2 6 1 北段 7 5 2 4 07 8 3 3 9 6 4 0 3 1 9 7 注；表中各单元格内第二行数据为平均值。 表1 2 典型的生活污水水质【3 i 1 2 高速公路服务区污水处理现状 1 2 1 高速公路服务区污水处理常用工艺 按照建设项目环境保护。三同时”的要求，高速公路各服务区均建有污水处理设施。目前，应 用于高速公路服务区污水处理的工艺主要有地埋式接触氧化、地埋式s b r 、m b r 等。 ( 1 ) 地埋式接触氧化 地埋式接触氧化工艺流程见图1 3 。 2 第一章绪论 图1 3 地埋式接触氧化工艺流程图 地埋式接触氧化工艺和普通活性污泥法( c a s ) 相比具有以下一些优点【4 】：体积负荷高，可 达3 - 6 k g b o d 5 ，m 3 填料d 抗冲击负荷能力强；剩余污泥产量少，只有活性污泥法的2 ，3 ； 不产生污泥膨胀。正是由于上述特点，地埋式接触氧化是目前服务区污水处理中应用最为广泛的工 艺 ( 2 ) 地埋式s b r 地埋式s b r 工艺( 序批式活性污泥法) 是一种将初沉、反应和二沉等工序放在同一反应器中交 替进行的间歇性活性污泥法工艺，对小水量、分散污染源的治理很有针对性。 图1 4 地埋式s b r 工艺流程图 地埋式s b r 工艺具有以下优点：集初沉池、曝气池、二沉池于一体，节省占地和造价；间 歇运行，对水质水量的变化有较强的适应性；可用于脱氮除磷，优化出水水质 ( 3 ) h 忸r m b r ( 膜生物反应器) 处理工艺是近年来技术日趋成熟、应用日益广泛的新型污水处理技术。 它将传统活性污泥法的生物降解与膜的高效分离集于一体，具有处理效果好、占地面积小、操作自 动化、耐冲击负荷等优点，能够适应服务区污水水质、水量的不断变化。 图1 5 膜生物反应器工艺流程图 1 2 2 高速公路服务区污水处理中存在的问题 虽然地埋式接触氧化、地埋式s b r 、m b r 工艺在服务区污水处理中都得到了应用，但服务区 污水处理的现状仍不容乐观。这主要和上述工艺的缺点有关。 地埋式接触氧化和地埋式s b r 设备按处理负荷的不同分为若干型号。在某一型号设备的正常处 理负荷能力内，接触氧化和s b r 工艺的优点才能体现，取得良好的污水处理效果。因此，采用地埋 式设备处理服务区污水的关键步骤在于选择合适的设备型号。而服务区污水水量变化较大，地埋式 设备不易选型，造成设备处理能力与实际污水量偏差较大，污水处理率和处理效果得不到长期保证。 m b r 工艺虽然可以保证稳定的出水水质，但受到膜污染的影响，膜通量会逐步下降，需要更换 膜片维持通量。当前市场上膜片的价格仍然较贵，加之m b r 工艺较大的动力消耗，因此m b r 工艺 处理服务区污水的成本较高，限制了该工艺的进一步推广应用。 东南大学硕士学位论文 1 3 高速公路服务区污水处理工艺的选择 综合服务区污水的特点及现有处理设施存在的问题，在选择服务区污水处理工艺时，应从以下 几点出发：处理效果良好，尤其具有较强的去除n h 3 - n 和s s 的能力；应能适应水质、水量的 较大幅度波动；占地不易过大；操作应易自动化，设备便于维修管理；具备较佳的经济可行 性。 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 ，简称d m b r ) 工艺是在m b r 工艺的基础上 发展起来的。动态膜生物反应器工艺保留了m b r 工艺设备紧凑、占地小、操作自动化的优点，同 时该工艺的成本较之m b r 工艺有了显著下降。上述优点为动态膜生物反应器工艺应用于高速公路 服务区污水处理奠定了基础。 本文将通过试验考察动态膜生物反应器工艺的运行特性、对服务区污水的处理效果，以期能为 高速公路服务区污水处理领域引进这一极具竞争力的新工艺。 1 4 动态膜生物反应器研究动态 1 4 i 动态膜概述 动态膜是指通过预涂剂或活性污泥在膜表面形成的能改进原有膜工作性能的新膜，也可称为次 生膜9 j 。动态膜一般可分为两种：自生动态膜和预涂动态膜。自生动态膜是指利用过滤时形成的滤 饼作为过滤材料( 新膜) ，这种动态膜的优点是高通量、易再生以及滤层材料的多样性。预涂动态膜 指利用多孔支撑材料，使之通过某种预涂剂溶液从而在多孔支撑材料表面涂上一层预涂剂，形成动 态膜组件。通常被用作预涂剂的材料有硅藻土、高岭土、h 恤鸥和加，等p i 。 最早对动态膜进行研究的是美国o a k r i d g e 国家原子能所实验室1 6 1 。1 9 6 5 年，该实验室在研究多 孔物质脱盐时。误用了z r o c l 2 ，而不是本应使用的n a c i ，结果发现能在多孔板上形成脱盐层，同 样具有反渗透效能。这层薄膜是在压力作用下微粒就地沉积在多孔载体上的，因此称为原位形成膜 ( f o r m e d - i np 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。此后动态膜在回收 蛋白质、果汁澄清及废水的生物处理等领域得到应用 现阶段动态膜的研究主要围绕两个方面进行：动态膜制备条件的优化和动态膜运行条件的优化。 后者主要研究运行条件对动态膜处理效果和运行稳定性的影响，这也是动态膜应用于水污染控制领 域所需要研究的重点。 1 4 2 动态膜生物反应器研究现状 动态膜连同动态膜的载体一起构成了动态膜组件。动态膜组件和活性污泥系统相结合就构成了 动态膜生物反应器动态膜生物反应器的。动态”有两个含义：基材表面的生物膜在线动态形成 的；生物膜的组成、厚度等都随着运行条件的改变而变化，运行过程是动态的。 国内外学者从处理效果、影响参数等方面对动态膜生物反应器进行了研究 1 4 2 1 动态膜生物反应器处理效果的研究 日本的y o s h i a k ik i s o 等”用尼龙网作为过滤材料制成有效面积为o 1 2 m 2 的动态膜组件，在体积 为2 5 l 的反应器内进行小试试验。试验结果表明：在连续运行的条件下，出水的s s 和b o d s 分别 小于1 5m g l 和5m e l ：在间歇曝气的条件下t n 的去除率可达8 0 ，但动态膜组件1 砣周后出现 堵塞；将该组件运用于a 2 o 工艺时，可以取得更高的t n 去除率，并且装置连续运行两个月未出现 4 第一章绪论 堵塞。 日本东京大学的m r a l a v im o g h a d d a m 等i s 用质地为多元酯、孔径为5 0 m n 一2 0 0 u m 、克重为 1 5 7 0 9 m 2 的非织造布制成动态膜组件，真空泵抽吸出水，在3 0 l 反应器内进行小试。试验结果表明： 在运行过程中出水s s 及浊度一直处于变化中，平均出水s s 为1 6m g l ，t o c 去除率为8 7 。 韩国c h a n g w o n 国立大学的c l t s e o 等9 l 用聚丙烯质地、克重分别为3 5g m 2 、5 0 g m 2 ，7 0g m 2 的非织造布制成动态膜组件，将l o 片矩形、总有效面积2 m 2 的膜片置于a o 工艺的曝气池中进行 小试，重力自流出水。试验结果表明：平均出水s s 为3 2m g l ，去除率为9 3 4 ；平均出水c o d 为1 3m g l ，去除率为9 1 6 ；在控制进水c n 比恒定的条件下t n 去除率达到6 6 ，t p 的去除率 只有2 3 ，相当于常规活性污泥法。 英国c r a n f i e l d 大学的g a n d e rm a 等”q ，采用廉价的无纺材料一喷融法聚丙烯膜制成一体式膜 生物反应器处理生活污水，并将其与其他微滤膜构成的膜生物反应器进行比较。进行试验的无纺材 料、疏水聚丙烯膜、聚砜膜的孔径分别为5 u m 、0 5 u r n 、0 4 r a n 。除了疏水聚丙烯膜由于疏水性在试 验操作压力下没有通量外，另两种装置对有机物和浊度的去除率均达9 2 以上。 国内清华大学、同济大学等单位也对动态膜进行了研究。清华大学的范彬、黄霞【l ”等人用孔径 为1 0 0 u m 左右的普通筛绢制作动态膜组件，在有效容积1 4 0 l 的反应器内放置最大过滤面积为2 7 m 2 的网膜进行小试试验。试验结果表明：动态膜对s s 具有良好的截留能力，s s 检出值最大为4 0 5 m g l ， 多数情况下未检出s s ：出水c o d 一般情况下均小于5 0m g l ，去除率基本上大于8 0 ；在供氧充 足的条件下，n h 3 - n 的去除率可达到9 6 以上。 1 4 2 2 动态膜生物反应器影响参数的研究 动态膜生物反应器的处理效果和运行稳定性受到膜基材孔径、初始通量、曝气强度等诸多参数 的影响。 日本的y o s h i a k ik i s o 等 7 1 用孔径分别为1 0 0 m n ，2 0 0 u m ，5 0 0 u m 的尼龙网作为过滤材料制成动 态膜组件进行小试试验的结果表明：孔径为1 0 0 u m 的尼龙网在较低的压力下( 5 1 0 m m h 2 0 ) 能有 效的分离活性污泥。运行4 0 m i n 后出水s s 降至5 m g l ；2 0 0 u r n 和5 0 0 u m 的尼龙网在整个过程中出 水s s 始终较高，1 h 后s s 仍大于s 0 m g l 。y o s h i a k ik i s o 等还认为大强度的曝气对应较大的出水浊 度，会影响动态膜的形成；膜面错流速度为3 - - 1 0 c m s 时可以使出水通量稳定；2 0 - - 4 0 c m s 的膜面错 流速度则适用于膜的清洗。 日本东京大学的m r a l a v im o g h a d d a m 等嗍用非织造布动态膜组件分别进行了s r t 为1 0 d 、3 0 d 和7 5 d 的试验试验中发现水头差越大，初始通量越大，会引起更多的污泥泄漏。从而导致初始阶 段出水水质越差；曝气强度对出水s s 和浊度的影响很少；s r t 对出水水质有一定的影响，s r t 为 1 0 d 和3 0 d 时出水可以接受，在s r t 为7 5 d 时出水水质明显恶化。 清华大学的吴盈禧【j q 考察了不同的微网组件和材料对混合液的过滤性能，采用1 0 0 、2 0 0 、3 5 0 目聚酯筛绢进行对比试验，为进一步研究动态膜生物反应器选择合适的组件和材料。通过对比试验 发现2 0 0 目聚酯筛绢的效果较好，并用此材料进行了长期运行试验，出水水质达到回用水标准，c o d 和n i - 1 3 - n 的平均去除率分别达到7 0 和8 0 以上。吴盈禧”h 还考察了动态膜生物反应器在4 0 l m 2 h 的较高通量下的运行特性。结果表明：反应器稳定运行3 3 d 后动态膜的过滤压差从零上升到2 a 5 p a ； 系统对c o d 和n h 3 - n 的平均去除率分别为7 8 和9 1 。 同济大学的商松1 1 4 1 等人用2 0 0 目、孔径为8 0 u m 的不锈钢丝网为基材制成膜组件在有效容积 4 0 0 l 的反应器内进行试验。在混合液悬浮固体浓度( m l s s ) 为2 2 0 0 4 - 2 0 0m g l ，采用自流出水的情 况下考察了不同水头及初始通量对出水流量和s s 的影响。结果表明：水头和初始通量对动态膜的 形成具有关键作用，但同时对膜堵塞也有相当大的影响；各个水头下流量均有迅速的衰减，但3 0 r a i n 后的通量则差别不大；减小初始通量有助于流量的稳定，但流量减小有一边界值，初始通量过小则 在短时间内无法有效形成动态膜。 东南大学硕士学位论文 1 4 2 3 小结 动态膜技术现仍处于室验室研究阶段。尚没有被大规模推广应用。目前在污水处理领域对动态 膜的研究主要集中在以下几点：动态膜基材的优选；动态膜过滤机理的探究；动态膜运行方式和操 作参数的优选。 动态膜具备了m b r 优点的同时膜组件成本大大降低，能耗也有所降低。因此可以预见到：在 目前应用l v l s r 的领域，未来动态膜生物反应器都将有用武之地。 6 第二章试验概况 2 1 膜基材的选择 第二章试验概况 动态膜生物反应器需要用大孔径基材作为膜的载体和支撑材料，可用于制作动态膜的大孔径基 材有非织造布、滤布、筛网等。 非织造布是一种纤维结构物，是由纤维不经纺纱和织造而构成的纤维制品i l ”。非织造布中纤维 无规则分布，具有独特的三维立体网状结构，因此其过滤作用体现在两个方面：扩散、惯性力、重 力等作用使小粒径物质吸附于非织造布表面，起到表面过滤的作用；非织造布内部的三维立体网状 结构对小粒径物质起到深层过滤作用。 除了截留效率高之外，和滤布等经纬编织物及筛网相比，非织造布还具有易挂膜、出水水质好、 通量大、易清洗和廉价等优点【l “，因此本文采用聚酯非织造布为基材，制成动态膜生物反应器应用 于高速公路服务区污水的处理。 2 2 试验装置 试验装置流程如图2 1 所示。 图2 1d m b r 试验装置流程图 水 试验装置主要由高位水箱、溢流装置、动态膜生物反应器、蠕动泵和曝气装置组成。污水由高 位水箱经溢流装置流入动态膜生物反应器，反应器内混合液透过组件表面的动态膜经由组件内部空 腔通过蠕动泵抽吸出水。在非织造布组件下方设置两根穿孔曝气管，除了供氧、搅拌混合之外还可 形成错流延缓膜污染。 7 东南大学硕士学位论文 图2 2 d m b r 装置正面图 图2 3 非织造布膜组件 ” 表层聚酯非织造布内层开孔t n w c 板空腔 进水出水 图2 4 非织造布膜组件示意图 d m b r 尺寸： 长，宽、高分别为5 0 c m 、2 0 c m 、4 5 c m ，有效容积为4 0 l 。 非织造布膜组件参数： 非织造布孔径约为5 0 u r n ，厚2 m m ，垂直渗透系数为i 3 5 c m s ； u p v c 板开孔率1 9 6 ，微孔孔径5 m m ； u p v c 板间空腔厚度约5 m m ； 过滤面积为两侧面积之和，0 0 6 x 2 = 0 1 2 m 2 。 穿孔管参数： 穿孔管直径为1 6 m m ； 在管壁两侧向下相隔4 5 。角，间距2 0 r a m 开曝气孔； 曝气孔径为l m m 。 2 3 试验水质 近。 一 试验采用人工配水模拟服务区污水，配水方案见表2 1 ，配水水质见表2 2 。 通过和沪宁高速公路黄栗墅服务区污水水质的对比表明：试验配水水质与该服务区污水水质相 表2 1 配水方案 组成 浓度( m g l ) 组成 浓度( r a g l ) 葡萄糖 淀粉 2 7 8 n a h c 0 3 2 7 8 c a c l 2 8 1 1 1 6 囊扫 第二章试验概况 蛋白胨 尿素 m g s 0 4 7 1 4 2 0 2 8 1 6 7 6 6 f e s 0 4 7 h 2 0 k h 2 p 0 4 m n s 0 4 7 h 2 0 0 5 4 9 2 6 4 6 2 4 试验方法 接种污泥取自南京市锁金村污水处理厂曝气池。m l s s 为1 5 0 0 m g l ，s v 为3 0 0 , 6 。 污水由高位水箱自流经溢流装置进入反应器，再经非织造布膜组件由蠕动泵抽吸出水蠕动泵 每运行1 2 分钟停3 分钟，间歇出水。 在d i v i b r 工艺特性试验阶段为延缓膜污染，每天空曝气3 0 m i n 。试验过程中，每次取水样均在 空曝气前1 小时进行。上清液由污泥混合液经滤纸过滤得到。 试验期间通过测定进水、出水，上清液的水质来考察d m b r 的处理效果和非织造布在其中所起 到的效用。 ， 除取适量混合液测m l s s 外，试验中未专门排泥。 2 5 测试项目和方法 表2 3 测试项目和方法0 1 7 1 测试项目方法 重铬酸钾法 稀释与接种法 纳氏试剂分光光度法 碱性过硫酸钾分光光度法 酚二磺酸分光光度法 钼锑抗分光光度法 重量法 便携式溶氧仪法 便携式p h 计法 便携式浊度计法 2 6 试验设备和测试仪器 表2 4 试验设备和测试仪器一览表 9 仰眺一什娼州溅 东南大学硕士学位论文 4 手提式压力蒸汽灭菌器 y x q s g 4 1 2 8 0 上海华线医用核子仪器有限公司 5phj汁ph340w t w 6电子磁力搅拌器h 1 3 1 4 n d h a n n a 7 电热鼓风干燥箱 8 超纯水器 9 恒温水浴锅 l o 浊度计 1 l d o 测定仪 d g f 3 0 1 4 a u p w - - 1 0 n h h 一8 m o n i t e k 2 1 p e o x i 3 4 0 南京实验仪器厂 北京普析通用仪器技贸公司 江苏金坛新航仪器厂 m o n i t e k w 2 7 试验主要内容 本试验的主要内容包括： 通过变化工况考察水力停留时间和气水比对c o d 、n h r n 、t n 、t p 去除效果的影响； 通过对比上清液和出水水质考察非织造布在d m b r 处理污水过程中的效用； 测定d m b r 在具体工况下的临界通量； 在次临界通量的工况下，考察d m b r 系统长期运行的稳定性和阻力变化情况； 考察d m b r 装置处理服务区实际污水的效果。 l o 第三章d m b r - r 艺特性试验 第三章d m b r 工艺特性试验 3 1d m b r 对污染物的去除效果 d m b r 工艺特性试验分两个阶段，第一个阶段从2 0 0 6 年5 月1 6 日至5 月2 7 日，主要进行试 验装置的调试、改进和污泥驯化等工作；第二阶段从2 0 0 6 年5 月2 8 日至9 月1 2 日，主要进行不同 工况下处理效果的比较以及非织造布所起的效用的试验分析。 在污水处理系统的设计中，水力停留时间是一个重要的参数。合适的水力停留时间，应是在确 保污染物得到有效去除的基础上，尽可能减小反应器容积，节省占地和投资。曝气量( 气水比) 是 另一个重要参数。在d m b r 中曝气除了给污泥混合液供氧外，还起到形成错流冲刷膜表面以延缓膜 污染的作用。因此d m b r 中的曝气量要远大于普通活性污泥法中的曝气量，使得动力消耗相对而言 比较大，适宜的气水比应在提供充足的氧源和有效的膜面剪切力的同时尽可能减小动力消耗。 ( 1 ) 水力停留时间的选取： 根据以往的研究l ，d i v t b r 具有通量大的优势，稳定运行时膜通量可达4 0l ( m 2 h ) 试验中 当通量范围选为2 0i ( m 2 h n 5 0l ( m 2 h ) 时，相应的h r t 范围为8 3 h 2 0 8 h 。 因此试验中h r t 分别选取8 h 、1 2 h 、1 6 h 。 ( 2 ) 气水比的选取： 在m b r 中气水比一般取为2 0 ：1 3 0 ：1 ，在此基础上试验中气水比分别选取1 5 ：1 、3 0 ：1 、6 0 ：1 。 综上所述，在本试验中以h r t 、气水比为变化因子，选取了以下五种工况进行试验： 表3 1 试验工况 序号、变量h r t ( h ) 气水比 l1 2 3 0 ：1 果。 2 83 0 ：1 3 0 ：l 1 5 ：1 6 0 ：1 工况l 、2 、3 控制气水比为3 0 ：1 ，h r t 分别为1 2 h 、s h 、1 6 h ，考察不同h r t 时的处理效果。 工况l 、4 ，5 控制h r t 为1 2 h ，气水比分别为3 0 ：1 、1 5 ：1 、6 0 ：i ，考察不同气水比时的处理效 3 1 1 有机物的去除 图3 1 反映了各工况下d m b r 系统对c o d 的去除效果，表3 2 反映了各工况下c o d 的进、出 水值及去除率情况。 结合图3 1 、表3 2 可以看出，工况1 初始阶段的c o d 去除率维持在7 8 左右，此后逐步提高， 第8 d 时c o d 去除率达到9 3 ，其它工况c o d 去除率较工况l 稳定；工况l 、2 、3 、4 、5 进水c o d 平均浓度分别为3 0 1 m g l 、2 8 3 m g l 、3 0 8 m g l 、2 8 1 m g l 、2 9 5 m g l ，出水c o d 平均浓度分别为 2 9 4 m g l 、3 3 4 m g l 、2 7 6 m e i 一、3 1 5 r a g t , 、2 1 9 m g i ，相应的c o d 平均去除率分别为8 9 、8 8 2 、 9 0 8 、8 8 7 、9 2 ；整个试验期间进水c o d 浓度介于1 7 3 m g 几一5 0 6 m g l 之间，出水c o d 浓度 为8m g n 一5 4m e i 。c o d 总的平均去除率为8 8 2 。 l l m ! 眩 3 4 5 东南大学硕士学位论文 工况1 248 8 1 01 2 1 4 1 6 1 82 0 运行时问，d 工况3 246 81 01 2 1 41 6 1 82 0 运行时间d 蕃 藉 8 o 工况5 工况2 246 81 0 1 21 41 6 1 82 0 运行时间，d 工况4 246 81 01 2 1 41 6 1 82 0 运行时闻埘 248 81 01 2 1 41 6 1 82 0 运行时问朋 图3 1d m b r 对c o d 的去除效果 室! ：! 查三翌1 2 2 垄：堂查笪墨查堕兰 工况 进水c o d ( m g l )出水c o d ( m g l ) c o d 去除率 范围平均值范围平均值范围 平均值 1 1 9 6 - , 4 3 83 0 18 - - 5 42 9 47 7 2 母7 8 8 9 22 4 2 - 3 3 62 8 32 1 w3 3 48 4 5 - - 9 1 9 8 8 2 32 1 8 - 4 4 83 0 81 2 4 2 12 7 68 5 7 - 9 6 9 e , 4 9 0 8 42 1 4 3 2 52 8 12 2 8 - - 4 4 3 1 58 4 7 - 9 1 3 8 8 7 51 7 3 - - 5 0 62 9 59 3 l2 1 98 6 7 - 9 7 1 9 2 工况1 初始阶段c o d 去除率相对较低，说明污泥尚未脱离适应期。随着试验的进行，污泥浓度 1 2 芝哥逝求oou 协o看枷枷蛳季|抛抛伽mo -1口，凸oo 毒*笾书ooo 伯阳5寻o 吾|伽枷季|蓦|抛|言伽伽o 芝瞥逝稍ooo 仲加柏o啪珊椭季|看瑚狮伽伽o 伯加o喜兰卿枷|善；渤枷伽伽5耋。 芒哥逝咐ooo 伯妄ol|l|珊枷i|；|5枷伽伽oo 1auj、oou 第三章d m b r 工艺特性试验 和污泥活性逐步增加，因此c o d 去除率也相应增加。 试验期间c o d 平均去除率在9 0 左右，表明d m b r 对c o d 具有很好的去除效果。由进水c o d 浓度和水力停留时间可知试验期间c o d 容积负荷介于0 3 2 7 k g ( ，d ) 一1 0 1 2 k g ( n ，d ) 之润， 相应的出水c o d 浓度除了两次分别为5 2m g l 、5 4m g l 外均低于5 0 m g l ，说明d m b r 对有机物 具备较高去除率的同时具有很好的耐有机物冲击负荷能力。 3 1 2n 也州的去除 工况1 2 4 6 8 1 01 21 41 6 82 0 运行时间，d 工况3 2 4 6 8 1 01 21 41 61 82 0 运行时间，d l 舀 z 圭 z 工况5 1 - 况2 2 4 6 81 01 21 41 61 82 0 运行时间棚 工况4 2 4 6 8 1 01 21 41 61 82 0 运行时间埘 2 4 6 8 1 01 21 41 61 82 0 运行时间，d 图3 2d m b r 对n h r n 的去除效果 图3 2 反映了各工况下d m b r 系统对n n r s 的去除效果，各工况下n i - 1 3 - n 的进、出水值及去 除率情况见表3 3 。 ，哥逝稍z芏z 铀加寻o寻仲o 毒静雠玳葺士z 竹加寻竹o加柏蓦；寻伯o 6山予士z 连哥逝悄z圭z 协阳昌；们os；柏竹o 船逝悄军z 们5；阳柏仲o 加o 1_6山，zn工z 述瞥逝稍z壬z 加伯0弓竹0 -1-6z生z 东南大学硕士学位论文 表3 3 各工况n i 3 - n 进出水值及去除率 由图3 2 、表3 3 可以看出，和c o d 去除率变化情况类似，工况l 初始阶段的n i l 3 - n 去除率逐 步提高，第2 d 测得的n i l 3 - n 去除率为7 7 1 ，第1 0 d 测得的n i l 3 - n 去除率为9 8 5 ；工况l 、2 、3 、 4 、5 进水n h 3 - n 的平均浓度分别为6 0 7 m g l 、5 6 o m g 几、5 8 0 m g l 、5 4 2 m g l 、5 7 o m g l ，出水 n i - 1 3 - n 的平均浓度分别为5 , 6 m g l 、5 5 r a g i , 、4 9 1 1 1 9 ，l 、6 4 m g l 、4 6 m g l ，相应的n h 3 - n 平均去 除率分别为9 0 3 、9 0 1 、9 1 8 、8 8 4 、9 1 9 ；整个试验期间进水n i l 3 - n 的浓度介于3 6 9m g l 一7 9 1 m g i , 之间，出水n h 3 - n 浓度为0 8 m g l i 3 7 m g l ，n i l 3 - n 总的平均去除率为9 0 5 。 工况1 初始阶段n h ，- n 去除率有逐步提高的过程。这是因为n h 3 - n 的去除主要依靠硝化菌完成， 而硝化菌的世代时间较长，增殖速率较慢，试验中体现为n h 3 - 1 4 去除率的逐步提高。 d m b r 具有泥龄较长的特点，硝化菌可以在反应器内大量繁殖，所以d m b r 对n i - 1 3 - n 有着很 好的处理效果，平均去除率维持在9 0 左右 3 1 3t n 的去除 e z l 舀 差 z t - 2 4 681 0 1 21 41 61 82 0 运行时甸脚 工况3 24681 0 1 21 41 61 8 2 0 运行时间坩 芝 * 髓 相 z 葶 祷 照 稍 z 1 4 一进水t n 工搬 2468 ，o1 2 1 61 8 加 运行时间埘 工况4 一进水t n 24681 01 21 41 61 82 0 运行时间射 手 静 逝 粕 z 4