（环境工程专业论文）新型生物反应器处理印染废水的研究.pdf

摘耍 新型生物反应器处理印染废水的研究 摘要 本课题的研究目的就是通过自行设计的水解酸化预处理一复合式膜生物反应 器t 艺对印染废水的处理进行研究，从保证污染物去除效果和减缓膜污染的角度 出发，并考虑到经济上的因素，找出最经济有效的运行参数和操作条件，为该工 岂应用于实际印染废水的处理及回用提供理论依据，从而实现废水资源化。 试验考察了不同好氧段和水解酸化段h r t 条件下的污染物去除效果及稳定 性，表明该工艺具有很强的耐冲击负荷能力，不仅能保证出水水质，而且还可以 降低反应器的体积。尽管生物处理单元的污染物去除率随着h r t 的减少而降低， 但是由于膜的截翻作用，系统出水水质良好而且稳定，系统对c o d 的去除率都在 9 0 以上。膜剥氨氮及色度基本上不存在截留作用，因此，缺氧段h r t 的减少或 者不启动对氨氮的去除仍然有一定的影响，并且较短的水力停留时间对色度的去 除电是不利的。另外，还考察了生物处理单元对c o d 和氨氮的去除率受曝气强度 的影响情况，去除率随着曝气强度的增加而上升。 本试验对不同条件下附着相微生物的增殖特性及活性的变化及其影响因素进 行了分析，同时研究了混合液的特性变化。容积负荷增加时，附着相污泥增加， 且附着相生物量在总生物量所占的比例也随之增加。负荷较低时，微生物由于营 养不足而出现生物固体的自我消解，从而生物量出现降低的趋势。微生物的比耗 氧率活性与底物浓度及负荷率有关。过高或过低的污泥负荷都会导致附着相生物 的比耗氧率活性降低。另外，m b r 上清液的c o d 、浊度、粘度及蛋白质、多糖含 虽都呈现出了先增大后降低的趋势。 通过对运行过程中膜过滤压力的变化分析，说明膜过滤压力和膜总阻力与膜 通量有关，同时也与混合液中溶解性有机物的积累有关。对膜污染阻力进行的粗 略分析表明，膜的固有阻力r 。与膜污染阻力r e f 的值相当，凝胶极化阻力r d 约占 总阻力的一半左右，引起膜阻力增加的主要因素为凝胶极化阻力。另外，还分别 考察了抽吸时间、停抽时间、曝气量和水解酸化段h r t 对膜过滤压力上升速率的 影响，确定了最佳的运行参数和操作条件。 尔毕大学嘶r 十。学位沦文 结合膜污染电镜照片分析了膜污染情况，并对其清洗方式进行，研究。表明 腆污染主要集中在膜外表面，膜内部污染不明显。经过碱液浸泡以后，膜表面滤 饼层基本去除，膜表面结构基本恢复。 最后对该l 艺处理印染废水进行了经济分析，表明工程总投资和运行总处理 成本较常规q i 物一物化法要高，但是该工艺能减少大量的污泥处理和处置费用， 并日能节省大量水费。膜的费用和更换是i + 艮g + t j 其推广的主要原因。随着膜价格的 1 、降f i i 膜材料的改进，m b r 上艺应用于中小规模将会具有很大的竞争力。 总之，该新型工艺具有如下特点：膜材料价格便宜；采用复合式膜生物反应 器处理| = ；| j 染废水，目前辅关的研究 r 少；工艺不需要人工回流，具有很好的硝化 一反硝化条件；几乎不产牛剩余污泥，不仅有效减缓膜污染，而且免去了大量污 泥处置的费用。 关键词：新型生物反应器，复合式膜生物反应器，印染废水，水解酸化，附着生 长系统，膜污染 s t u d yo nd y e i n g w a s t e w a t e rt r e a t m e n tb y n e w t y p e b i o r e a c t o r a b s t r a c t t h et a s ko ft h i sr e s e a r c hs u b j e c ti st of i n do u tt h em o s te c o n o m i c a la n de f f e c t i v e o p e r a t i n gp a r a m e t e r s ，g u a l a n t e e i n g a g o o dp o l l u t a n tr e m o v a l ，s l o w i n g d o w nt h e m e m b r a n ef o u l i n gv e l o c i t y a n dc o n s i d e r i n gt h ee c o n o m i cf a c t o rt h r o u g ht h et r e a t m e n t e x p e r i m e n tf o rd y e i n gw a s t e w a t e rb yt h et e c h n i c o fh y d r o l i z a t i o na n da c i d i f i c a t i o n p r e t r e a t m e n t c o m p o u n dm e m b r a n eb i o r e a c t o r i ft h i st e c h n i cc a nb ea p p l i e di n t ot h e p r a c t i c eo fd y e i n gw a s t e w a t e rt r e a t m e n ta n dr e u s e ，t h er e s e a r c hr e s u l t sw i l l o f f e rt h e t h e o r e t i c a lf o u n d a t i o n ，t h u st h ew a s t e w a t e rc a nb et u r n e di n t or e s o u r c e t h ec o n t a m i n a t i o nr e m o v a le f f e c ta n d t h e s y s t e ms t a b i l i t y u n d e rd i f i e r e n t c o n d i t i o no f h r to f a e r a t i o n p a r ta n da n o x i cp a r tw e r es t u d i e di nt h i sp a p e ri ti n d i c a t e d t h a tt h i st e c h n i ch a ss t r o n g a b i l i t y o fs h o c kl o a d i n gr e s i s t a n c ea n dc o u l dn o to n l y g u a r a n t e et h eg o o de 羽u e n tq u a l i t yb u ta l s or e d u c et h ev o l u i i l eo ft h er e a c t o rt h o u g h t h ec o n t a m i n a t i o nr e m o v a jr a t eo ft h eb i o l o g i c a lt r e a t m e n tu n i td e c r e a s e da sh r t r e d u c i n g b u tb e c a u s eo ft h ef u n c t i o no fh o l d i n gb a c ko ft h em e m b r a n e t h es y s t e m p r o d u c e de f f l u e n tw i t hg o o da n ds t a b l eq u a l i t y , a n dt h er e m o v a lr a t eo ft h es y s t e mt o c o dw e r ea l la b o v e9 0 t h em e m b r a n ec o u l dn o th o l db a c kn h 3 - na n dc h r o m as o h r t r e d u c i n go f a n o x i cp a r tw o u l dh a v ee f f e c to nn h 3 - nr e m o v a lt oac e r t a i ne x t e n t a n dt h es h o r th r tw o u l dh a v ea d v e r s ei m p a c tt oc h r o m ar e m o v a li na d d i t i o n t h e e f r e c to fa e r a t i o ni n t e n s i t yo nc o da n dn h l 一nr e m o v a lw e r ei n v e s t i g a t e di ts h o w e d t h a tt h er e m o v a lr a t ew o u l di n c r e a s ea st h ea e r a t i o ni n t e n s i t yr o s e t h e p r o l i f e r a t i o n c h a r a c t e r i s t i c sa n d a c t i v i t yv a r i a b i l i t y o fa r a c h e d g r o w t h m i c r o o r g a n i s m sw e r ea n a l y z e di nt h ee x p e r i m e n t a n dt h em i x e dl i q u o rc h a r a c t e r i s t i ci n m b rw a sa l s o i n v e s t i g a t e d t h ea t t a c h e dg r o w t h s l u d g e c o n c e n t r a t i o na n di t s p r o p o r t i o nt ot h et o t a ls l u d g ea m o u n ti n c r e a s e dw i t ho r g a n i cl o a d i n gw h e n t h eo r g a n i c l o a d i n gw a sa t al o wl e v e l ，t h em i c r o o r g a n i s m s e n d o g e n o u sr e s p i r a t i o nw o u l dh a p p e n f o rl a c ko fn u t r i t i o n s ot h ea m o u n to ft h em i c r o o r g a n i s m sw o u l dr e d u c et h es o u r a c t i v i t yo fm i c r o o r g a n i s mw a sr e l a t e dt oo r g a n i cc o n c e n t r a t i o na n dl o a d i n gf a c t o r a c c o r d i n gt o t h er e s u l t s 、e x o r b i t a n to rl e a s t s l u d g el o a d i n gw o u l d1 e n d s o u rt o d e c r e a s ei na d d i t i o n t h ec o n c e n t r a t i o no f s u p e r n a t a n tc o d t u r b i d i t y , v i s c i d i t y , p r o t e i n a n d p o l y s a c c h a r i d ei n i t i a l l yi n c r e a s e dw i t ht i m et h e n d e c l i n e d t h ev a r i e t yo ft h et r a n s m e m b r a n ep r e s s u r ed u r i n gt h el o n g t e r mr u n n i n gt e s tw a s a n a l y z e d t h er e s u l t ss h o w e dt h a tt h et r a n s m e m b r a n ep r e s s u r ea n dr e s i s t a n c ew e r e r e l a t e dt of l u xa n da c c u m u l a t e dd e g r e eo fs o l u b l eo r g a n i ci nt h em b rab r i e fa n a l y s i s o fm e m b r a n ef o u l i n gr e s i s t a n c ei n d i c a t e dt h a tt h em e m b r a n ei n h e r e n tr e s i s t a n c ew a s e q u i v a l e n tt ot h ef o u l i n gr e s i s t a n c e ，a n dt h ep o l a r i z a t i o nl a y e rr e s i s t a n c ea c c o u n t e df o r a b o u th a i fo ft o t a lr e s i s t a n c e ，s ot h em a i nf a c t o rc a u s i n gt o t a lr e s i s t a n c et oi n c r e a s ew a s t h ep o l a r i z a t i o nl a y e rr e s i s t a n c et h e ne f f e c t so f p u m pp e r i o d ，a e r a t i o ni n t e n s i t y , h r t o fa n o x i cp a r to nt h ei n c r e a s i n gr a t eo ft h et r a n s m e m b r a n ep r e s s u r ew e r ei n v e s t i g a t e d a n dt h eo p t i m a lo p e r a t i o n a lp a r a m e t e r sw e r ed e f i n e d t h em e m b r a n ef o u l i n gw a sv i s u a l i z e db ys c a n n i n ge l e c t r o nm i c r o s c o p ea n dt h e m e m b r a n ec l e a n i n gw a y sw e r ei n v e s t i g a t e di tw a sf o u n dt h a tt h em e m b r a n ef o u l i n g w a sc o n c e n t r a t e do nt h es u r f a c em a i n l y 、a n dt h ei n t e r n a lf o u l i n gw a sn o to b v i o u sa f t e r s o a k i n gb yt h el y e ，t h ec a k el a y e ro nt h em e m b r a n e s u r f a c ew a sr e m o v e d b a s i c a l l y t h ee c o n o m i ca n a l y s i so f d y e i n gw a s t e w a t e rt r e a t m e n tb yt h i s t e c h n i ci n d i c a t e d t h a tt h ep r o j e c tg r o s si n v e s t m e n ta n dr u n n i n gc o s tw e r e h i g h e rt h a nt h o s eo f t h en o r m a l b i o l o g i c a l ，p h y s i c a l a n dc h e m i c a lt r e a t m e n tm e t h o d ，b u tt h i st e c h n i cc o u l dn o to n l y r e d u c et h ee x p e n s eo f s l u d g et r e a t m e n ta n dd i s p o s i t i o n ，b u ta l s os a v eal a r g ea m o u n to f w a t e rc o s tm e m b r a n ee x p e n s ea n d c h a n g i n g c o s tw e r et h em o s tr e a s o n st h a tt h e m e m b r a n et e c h n o l o g yc a nn o tb eu s e dw i d e l yw i t ht h ed e c l i n eo ft h em e m b r a n e p r i c e a n dt h ei m p r o v e m e n to ft h em e m b r a n em a t e r i a l ，t h es m a l l s c a l em b rt e c h n i cw o u l d h a v ev e r yg r e a tc o m p e t i t i v e n e s s 1 1 1aw o r d ，t h i sn e w t y p et e c h n o l o g yh a st h ef o l l o w i n gc h a r a c t e r i s t i c s ：m e m b r a n e m a t e r i a li s c h e a p ；s t u d y o n d y e i n gw a s t e w a t e rt r e a t m e n tb yc o m p o u n dm e m b r a n e b i o r e a c t o ri san e wf i e l d ；t h i st e c h n i cd o e s n tn e e d f l o w i n g b a c ka n dh a s g o o d c o n d i t i o n so fn i t r a t i o na n dd e n i t r i f i c a t i o n ；i th a r d l yp r o d u c e se x c e s ss l u d g ea n dc a r ln o t o n l ys t o wd o w n t h em e m b r a n e f o u l i n ge f f e c t i v e l yb u ta l s od i s p e n s ew i t h t h ee x p e n s eo f s l u d g et r e a t m e n ta n dd i s p o s i t i o n w a n gc h u n l i n g ( e n v i r o n m e n t a le n g i n e e r i n g ) s u p e r v i s e db y x id a n l i k e yw o r d s ：n e w - t y p eb i o r e a c t o r , c o m p o u n dm e m b r a n eb i o r e a c t o r , d y e i n gw a s t e w a t e r h y d r o l i z a t i o na n da c i d i f i c a t i o n ，a t t a c h e dg r o w t hs y s t e m ， m e m b r a n e f o u l i n g 东华大学学位论文原创- 性声明 本几郊币声明：我恪守学术道德，祟尚严谨学风。所呈交的学位论文，是本人在导师的 指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除文中已明确注明和引用的内容外，本论文不包 含任何h 他个人或集体已经发表或撰写过的作晶及成果的内容。论文为本人亲自撰写我别 所。弓的内容负责，并完全意识到本声明的法律结果出本人承担。 学位论文作者签名：王者於 日期： 动哆年担月哆日 东华大学学位论文版权使用授权书 学侍论文作暂完全了解一校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有 关部门或机构送交论文的复口什和电子版，允许论文被查阅或借阅。本人授权东华大学可以 将奉学何论文的争部或部分冈容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复 制手段保存和汇编本学何论文。 保密u ，在年解密后适用本版权书。 术学位论文属十 ， 不保密回 学位论文作者签名：王冬套 口期： o ；年l 月易日 指导教师签名 夏，f , s - 口期：a 叼年明哆曰 第一章绪论 1 1 课题来源 第一章绪论 水是人类赖以生存的特殊资源。没有水就没有生命，当然更谈不上什么文明 和发展。随着世界人口的增加、城市化进程的加快和社会经济的快速发展，全球 范围内持续加剧的水资源短缺和水污染问题，已成为人类2 1 世纪所面i 临的最紧迫 的环境问题。而我国的缺水形势尤其严峻。根据2 0 0 2 年中国环境状况公报公 布，七大江河水系均受到不同程度的污染，仅不足三分之一的监测断面满足i i i 类 水质要求。目前在6 4 0 多个城市中，全国缺水城市已达3 0 0 多个，其中严重缺水 城市达1 0 8 个。 印染工业每年需消耗近亿吨的工艺用软化水，是化学工业中环境污染极为严 重的产业之一。尽管很多印染厂在生产过程中排放的废水经处理后可以达到排放 标准要求而进行排放，但是，在水资源比较短缺的地方，由于供应的新鲜用水总 量受到限制，使企业产品产量的增加或生产规模的扩大受到制约，企业生产发展 受到限制，因此必须实现开源节流来满足生产过程中增加的用水量。 从现代化角度分析，印染废水也是一种潜在的资源，这种废水可以处理到符 合达标排放要求后，还可以根据生产过程中不同工序的要求，处理到生产用水标 准再回用于生产过程中。纺织印染企业废水资源化，可以采用生产过程中不同生 产工序排放的废水通过处理后再回用于本工序，也可将全部废水集中处理后，全 部回用或部分达标排放，部分回用于初次漂洗水、设备清洗水等，或作为企业绿 化用水、企业内部地面或路面冲洗用水，企业内厕所冲洗用水等【”。 因此，基于水资源短缺的现状，进行污水深度处理及其回用是一个必然的方 向口j 。近年来随着膜生产技术的提高和生产成本的降低，膜生物反应器( m b r ) 组合工艺已经引起了学术界和商业界越来越大的兴趣。该工艺与传统废水生物处 理工艺相比，具有出水水质良好、出水可直接回用、设备占地面积小、便于自控、 活性污泥浓度高和剩余污泥产量低等优点【3 1 。 目前，有关分置式和一体式膜生物反应器应用于污水处理领域的研究和实例 较多，但是对复合式膜生物反应器，尤其是该工艺应用于印染废水处理的研究却 很少。然而，复合式膜生物反应器工艺将膜分离技术与生物附着生长系统相结合， 尔华大学硕士学他论文 是一种既能保证污染物去除效果又能有效控制膜污染的工艺方法，如果该工艺可 行的话，将会带来一定的经济效益和环境效益。 1 2 膜生物反应器技术 1 2 1 膜生物反应器的类型 把膜技术与处理污水的生物反应器结合起来的工艺已经发展成为r 三种类型 的膜生物反应器( m b r s ) 【3 】：用于固体的分离与截留、用于在反应器中进行无泡 曝气和从工业污水中萃取优先污染物。膜与生物工艺的结合通常大多是用来取代 沉淀池的，例如用来分离微生物，见图1 一l ( a ) 。这类系统已经有详细的文献叙 述( b r i n d l e 和s t e p h e n s o n ，1 9 9 6 ) 。但是膜也可以采用其它两种方式与生物工艺结 合来处理污水。第一种：膜可以用于进行气体的传质( 这类系统不应与“膜曝气 器( m e m b r a n ea e r a t o r s ) ”混淆，膜曝气器这一术语已经应用于一些细泡布气器) ， 一般是指好氧工艺中的氧气，见图1 1 ( b ) 。第二种：膜可以用来控制营养物质 向生物反应器中的传输或者从污水中萃取污染物质，而这些污染物质采用常规生 物工艺则无法进行处理，见图1 一l ( c ) ，然后这些目标污染物在一个反应器中被 去除，反应器中的环境适于采用生物处理方法对之进行处理。 i ： 木 ) 嚆一蕞分囊囊( b ) 氯气传蕊袋生静赢瘴嚣奉翻所幂为( c ) 擎瓢威生韵 生蛔厦应鼍辩着生长生物摸帕单掇中空鲆雒的静撮最成嚣( e l m l l ) 图l 一1 三种m b r 工艺的示意图 微生物分离膜生物反应器是m b r 中最常见的一种形式。它是把悬浮生长反应 器和膜过滤装置组合到了一个单元工艺中。根据膜组件与生物反应器的组合方式 可以分为分置式膜生物反应器、一体式膜生物反应器和复合式膜生物反应器，见 第一章绪论 图1 2 ( a ) ，( b ) ，( c ) 。 辩】i c 出摩圬柬 ( a ) 分置式膜生物反应器( b ) 一体式膜生物反应器 l 囊耩饧 ( c ) 复合式膜生物反应器 图1 2 微生物分离膜生物反应器 在分置式系统中，膜完全独立于生物反应器，见图1 2 ( a ) ，进水进入含有 微生物的生物反应器之中，混合液被泵送入环路中的膜单元，渗透液被带走，截 留液又回到反应池中。分置式膜生物反应器的特点是运行稳定可靠；易于膜的清 洗、更换及增设；而且膜通量普遍较大。分置式膜生物反应器因为在较高的压力 一卜运行，所以比一体式膜生物反应器的实际膜通量要大，但是其比膜通量较小。 较大的压力下需要较大的膜表面液体剪切速率来控制膜的污染，致使水流循环量 增大、动力费用增高( y a m a m o t oc ta l ，1 9 8 9 ) ，并且泵的高速旋转产生的剪切力会 使某些微生物菌体产生失活现象( b r o c k m a n n a n d s e y f r i e d ，1 9 9 7 ) 4 1 o 一体式膜生物反应器把膜组件置于生物反应器内部，如图1 2 ( b ) 所示。进 水进入膜生物反应器后，其中的大部分污染物被混合液中的活性污泥分解，再在 压差作用下由膜过滤出水1 5 l 。这种形式的膜生物反应器由于省去了混合液循环系 统，并且靠抽吸出水，能耗相对较低；占地较分置式更为紧凑，近年来在水处理 领域受到了特别关注。但是其膜通量相对较低，容易发生污染，不容易清洗和更 换膜组件。 复合式膜生物反应器在形式上也属于一体式膜生物反应器，所不同的是在生 物反应器中加装填料，从而改变了膜生物反应器的某些性状，见图卜一2 ( c ) 。加 裟填料可以提高处理系统的抗冲击负荷能力，填料表面附着的生物量大大提高了 女、华天学俩1 学位论史 反应器内总的污泥浓度，但混合液q ，进入膜分离的悬浮物量保持较低，可减少对 膜通透能力的影u m 减小膜污染的烈度，保证较高的膜通量i 。 1 2 2 膜生物反应器的特乓 膜生物反应器中的膜组件相当 生物处理系统的二沉池，利用膜组件进行固 液分离，截留的污泥回流至生物反应器中，通过膜过滤产生澄清的出水。 膜生物反应器具有许多其他生物处理工艺无法比拟的明显优势i 引，主要是： ( 1 ) 对污染物去除效率高，出水水质稳定，出水中没有悬浮物，无需消毒； ( 2 ) 实现了，反应器水力停留时间( 盯) 和污泥龄( s r t ) 的彻底分离，设 计、操作大大简化； ( 3 ) 膜的机械截留作用避免r 微生物的流失，可以保持高的污泥浓度，有效 的提高了容积负荷，降低了污泥负荷，减少了占地面积； ( 4 ) 膜生物反应器工艺中s r t 自j 。以很长，允许世代周期长的微生物充分生长， 有利于某些难降解有机物的生物降解； ( 5 ) 剩余污泥量少，可大大削减污泥处置费用。事实上由于s r t 很长，生 物反应器起到了污泥好氧消化池的作用，从而显著减少污泥产量； ( 6 ) 膜生物反应器工艺可以容易地控制s r t ，以适应硝化细菌生长需要，提 高硝化能力； ( 7 ) 膜生物反应器工艺结构紧凑，易于一体化自动控制，运行管理方便。 但是膜生物反应器也存在一些不足，主要表现在以下几个方面： ( 1 ) 膜造价较高，使得膜生物反应器的基建投资较高； ( 2 ) 容易出现膜污染，给操作管理带来不便，使运行费用提高。 1 2 3 膜生物反应器应用于废水处理的发展概况 s m i t h 等人( 1 9 6 9 ) 首次报道了在活性污泥法工艺中采用超滤取代二次沉淀池 的方法n 另个早期的报道是h a r d t 等人【9 1 ( 1 9 7 0 ) ，用一个1 0 l 的好氧生物反 应器处理合成废水，流程中用一个死端超滤膜来实现泥水分离。d o r r - o l i v e r 公司1 3 1 1 1 _ l 12 0 世纪6 0 年代还开发了另一种膜处理工艺m s t ( m e m b r a n e s e w a g e t r e a t m e n t ) ， 在陔系统巾，污水先通过一一个旋转的鼓形筛网，进入悬浮生长的生物反应器中， 第一章绪论 并通过超滤膜组件的抽吸作用连续出水。 2 0 世纪7 0 年代，d o t t ：o l i v e r 公司和s a n k i 公司达成协议，使得该_ _ l = 艺首次进 入日夺市场。l j 此同时，t h e t f o r ds y s t e m s 公司( 现为z e n o n e n v i r o n m e n t a l 公司的 一部分) 推出j - 自己的外霞式膜生物分离系统c y c l e l e t 工艺，用丁家庭污水的厌 氧处理。在8 0 年代末到9 0 年代初，z e n o n 环境公司继续了d o r o l i v e r 公司早期 在i ：业踱水处理领域的研究工作，研制成功了两个注册产品( t o n e l l i 和c a n n i n g ， 1 9 9 3 ：t o n e l l i 和b e h m a n n ，1 9 9 6 ) 。z e n o n 环境公司商业化的产品系统- - z e n o n g e m 也随之存1 9 8 2 年进入r 丁场。同刚，d o r r - o l i v e r 公司推出了膜厌氧反应器系统 ( m a r s ) 米处理高浓度食品废水。与此同时，英国采用超滤膜和微滤膜研制了两 套污水处理系统( c h o a t e 等，1 9 8 3 ；a n d e r s o n 等，1 9 8 6 ) ，其概念在南非得以进 步发展而形成厌氧消化超滤工艺。 1 9 8 9 年，日本政府联合许多大公司共同投资，希望研制一种节省占地面积， 出水水质好，适于污水回用的一r ：艺。k u b o t a 作为参与其中的公司之一，研制了平 板式浸没m b r i l o 】( c h u r c h o u s e 和w i l d g o o s e ，1 9 9 9 ) 。 好氧m b r 工艺的实际商业应用最早出现在2 0 世纪7 0 年代末期的北美，紧接 着出现在8 0 年代早期的日本。同时，厌氧m b r 工艺在南非进入了工业废水处理 市场。而在欧洲，好氧m b r 工艺直到8 0 年代中期才第一次出现。 目前在世界范围内，实际运行的m b r 系统已经超过5 0 0 套，同时许多工程正 在计划或者建设中。m b r 在日本的商业应用发展很快，世界上约有6 6 的工程在 r 本。其余的m b r j 程主要在北美和欧洲。这些工程中9 8 以上是膜分离工艺 与好氧生物反应器而非厌氧生物反应器相结合。约5 5 是膜浸没于生物反应器中， 其余则是膜组件置于生物反应器之外。 好氧m b r 工艺已经成功应用于下列行业的工业废水处理：化妆品、医药、金 属制造、纺织、屠宰场、乳制品、食品、饮料、造纸与纸浆、炼油工业与化工厂。 垃圾填埋场渗滤液的好氧m b r 处理厂也已经开始在欧洲兴建。 对于所有的好氧m b r 工艺而言，获得非常高质量的出水水质是很平常的。已 安装的商业化m b r 均运行良好、维护简单、占地面积小、出水水质高、出水适于 回用。尤其是最近一段时间，由于膜组件价格的下降、膜寿命的延长、m b r 工艺 的被接受和认可，以及工艺设计和运行方面的进展，m b r 工艺已经开始在污水 处理领域得到广泛应用。 虽然分离膜牛物反应器已经f 1 泛应用于实际工程中，但是膜曝气生物反应器 ( m a b r s ) 利苹取膜生物反应器( e m b r s ) 还仅仅处于巾试阶段，尚未进入商业 、立用阶段。 1 3 膜生物反应器的研究现状 f | 期的m b r 主要局限于生活污水和城市污水的处理。8 0 年代末以来，m b r 处理的埘象拓宽到工业废水、石化废水、发酵废水甚至堆肥、填埋场沥滤液等废 水处理方面。综合国内外对膜生物反应器的研究现状，分别从以下几个方面阐述。 1 3 1 污染物去除效果 1 有机物 尽管m b r 许多工艺的负荷率与活性污泥法相似，但是其去除率更高。文献 报道c o d 去除率在9 0 - - 9 8 之间，相应的出水c o d 通常为4 0 m g l ，与m b r 同样低的污泥负荷率下运行的活性污泥法工艺，相应去除率是7 5 - - 8 5 ( d o r a u 等，2 0 0 0 ) 。h r t 值在2 2 4 h 之间时，相对来讲系统的运行特性与h r t 关系不大， 而去除率却是非常的高。采用的泥龄为5 - - 3 5 0 0 ( 有效排泥率为o ) 天时，泥龄对 j 二出水水质的影响也不大。对于报道过的系统进行比较后发现，在3 0 d 的范围内， 随着泥龄的增加去除率略有增加，3 0 d 以上则没有什么变化。 日本的三井石化公司1 用膜生物反应器处理大楼生活污水，在进水b o d ，为 3 3 0 7 1 0 m g l 时，出水b o d 5 仅为1 5 m g l ，可以作为楼房中水道用水、草地喷 水和汽车冲洗水等，达到了污水回用的目的。用膜生物反应器处理粪便污水，在 进水b o d 5 和c o d m 。分别高达8 1 0 0 m g l 和9 0 4 0 m g l 时，出水的相应值可分别小 于1 0 m g l 和2 4 0 m g l 。 樊耀波研究了膜生物反应器在石油化工污水净化中的应用“】，对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 ；出水中c o d 、b o d 5 、s s 、浊度、石油类分别为1 58 6 86 m g l 、 2 4 78 r a g l 、12 6 9 r a g l 、01 卜一o6 1 n t u 、o 0 4 1 07 0 m g l 。膜生物反应器 “5 水浊度低，山水水质稳定，宜于回用。 第一章绪论 2 氨氮 9 0 年代初，m b r 开始应用下废水的脱氮除磷研究，h i d e k i 与h i d e n o r i 分别进 行j m b r 的高效氨氮硝化与工业废水去除磷酸盐的研究i ”】。1 9 9 2 年法同c h a n g j 等人将m b r 应用丁- 给水处理【1 4 】，开展了微污染饮用水脱氨的研究，出水的氮浓 度在01 2 0 m g l 。 膜对微生物的完全截留为特殊微生物如亚硝酸菌和硝酸菌的增长提供了有利 条件。m b r 中泥龄对硝化反应有影响，报道【1 5 】说当泥龄从1 0 d 增长到5 0 d 时，氨 氮去除率从8 0 增加到9 9 ( c o t e 等，1 9 9 7 ) 。i v i b r 中硝化菌与活性污泥法中的 相似，有报道说当污泥负荷较低时，两种流程的氨氧化量均为02 m m o l n ( g m l s s h 1 左右( m u l l e r 等，1 9 9 5 ) 1 1 6 1 。但是也有人证明m b r 的平均硝化反应程度比相应的 活性污泥法高两倍以上，z h a n g 等( 1 9 9 7 ) 报道 1 7 1 的m b r 工艺为 2 2 8 9 n i - t 4 一n ( k g m l s s h ) ，而传统工艺为0 9 6g n q - 1 4 - n ( k g m l s s h ) 。这些作者后 来都汪明了硝化速率与微生物菌胶团的平均颗粒大小直接有关，m b r 中菌胶团的颗 粒尺寸越小，硝化速率越高。 在m b r 系统中，通常采用增加一个厌氧区来去除总氮。运行通常包含一个单 独的池体( c o t e 等，1 9 9 7 ；g h y o o t 等，1 9 9 9 ) 。有时也采用间歇曝气系统。在常 规生物处理工艺中，己经证明问歇曝气效果与厌氧和好氧时问之比以及b o d t n 比 有关，宗宫功等( 1 9 9 6 ) 指出，停止曝气的时间不能太短，以保证该阶段生物反 应器中的溶解氧达到较低水平，从而有利于提高反硝化效率。当b o d r n 比从 2 减 小到 1 时，总氮去除率从8 0 降到了5 0 ( n a h 等，2 0 0 0 ) 。s u w a 等人【18 i ( 1 9 9 2 ) 研究厂反硝化速率和b o d 负荷之间的关系，发现在0 4 3 8 9 ( l - d ) 的负荷下，反硝 化不会发生，而超过此值后则随着负荷率的增长而线性增长。外加碳源的类型和 污泥剪切力也有影响。 3 细菌和病毒 m b r 具有去除大量细菌和病毒的能力，这一特性已经引起重视。尽管膜孔直 径可能大与微生物尺寸，但是去除率往往大于预期效果。c h i e m c h a i s r i 等人1 1 9 1 ( 1 9 9 2 ) 把孔径为o0 3p m 和0lu m 的膜过滤出水进行比较，发现膜孔径的大小 埘j 二病毒的去除情况显得f ；是很重要，二者出水中的病毒浓度在同一个数量级上， 运行稳定时病毒含量都在1 0 p f u m l 以下，并且观察到当凝胶层在膜表面形成后， 病毒：除率就会提高。与此形成对比，c o t e 等人( 1 9 9 7 ) 报告说，在反应器中m l s s 浓度i ，噬菌体的去除率就高，噬诺f 体吸附丁固体之卜。通过对于细菌的物理分 t i i 3 t ，肯定了凝胶层的彤成可以减小膜的有效截留分子量( t i l l 等人，1 9 9 8 ) 。 u e d a 平h o r a n 但o 0 0 1 认为膜污染造成的有效孔径的减d 、在噬菌体去除中扮有极其 熏要的角色。 1 3 2 运干：j ：条什刈膜生物反麻器的影q 桂萍( 19 9 9 ) 用膜生物反应器处珲生活污水，发现当污泥龄变化于5 8 0 d 之间叫，整个系统对c o d 和氨氮的去除效率始终保持在9 0 以上。c h i e m e h a i s r i 和y a i n a m o t o ( 1 9 9 4 ) 用一体式膜生物反应器处理生活污水2 1 1 ，发现短期的温度降 低使异养菌的活性显著下降，但异养菌的数目基本不发生变化，有机物的去除效 果也没有受到影响；而当温度低于lo 时，严格好氧的硝化细菌的数目由于氧传 质速率下降而大幅度减少，硝化作川受到限制，氮去除率显著降低。 7 f f f i 园【2 2 ( 1 9 9 7 ) 根据微牛物反应动力学与物料甲衡原理，推导了分离式膜 牛物反应器水力停留时间公式t = 二l1 ( 1 ，一1 肛。+ l ) x 。分析并讨论了膜生物 反应器的影响凶素。结果表明，影响膜生物反应器的因素从大n d , 依次为：底物 最大比解决速度常数k ，饱和常数k s ，维持常数m ，真产率系数y 。，最大比增殖 速率，z 。 邢传宏等人【2 3 1 ( 1 9 9 7 ) 通过研究研究其生物动力学参数，推导了c m b r 稳态 运行时的生物浓度计算公式，进而求得表观产率因数y g 为o6 5 ，衰减常数k d 为 0l d 。 邢传宏等2 4 探讨了污泥粘度n 与污泥浓度m l s s 以及给定临界雷诺数时最小 膜向流速v m i n 与污泥浓度m l s s 之间的关系。孟耀斌( 2 0 0 0 ) 对分离式膜生物反 应器的体积负荷进行推导表明：浓编区的存在是该工艺处理能力较大的原因，可 通过增加浓缩的体积和调整循环流量来控制分离式膜生物反应器的处理能力”1 。 杨造燕( 1 9 9 9 ) 从维持微生物基本爿i 命活动的物质转化概念和污泥产生的平衡出 发，提出，确定维持微生物基本生命活动的物质转化系数的方法，从理论和实验 f ：证实厂膜生物反应器无剩余污泥排放的可能性2 6 1 。 第一章绪论 1 3 3 复合式膜生物反应器的研究现状 膜生物反应器系统尽管在污水处理上有定程度的进展，但南于系统中生物 处理单儿多采用传统的活性污泥法，受其工艺制约，仍存在着动力消耗人、膜易 r 堵塞、污泥活性下降( 循环加压泵引起) 等缺陷，进而影响到m b r 系统在污水 处理l 卜| 的推1 。、i 用。国内已有将采用高效生物接触氧化法取代传统的活性污泥法 作为m b r 系统的生物反应单元处理污水的研