（环境工程专业论文）膜吸收法与膜生物反应器组合系统处理高浓度氨氮废水的研究.pdf

独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本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，也不包含本人为获得江南大学或其它 教育机构的学位或让书而使用过的材料。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谢意。 签名：苤握生 日期：2 0 0 5 年l o 月2 0 日 关于论文使用授权的说明 本学位论文作者完全了解江南大学有关保留、使用学位论文的规 定：江南大学有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和 磁盘，允许论文被查阅和借阅，可以将学位论文的全部或部分内容编 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、 汇编学位论文，并且本人电子文档的内容和纸质论文的内容相一致。 保密的学位论文在解密后也遵守此规定。 日期：2 0 0 5 年1 0 月2 0 日 摘要 摘要 膜技术被称为2 1 世纪水处理技术的原因在于：膜技术与传统水处理技术相 比，具有节能、投资少、操作简便、处理效率高等特点。随着膜分离技术的日臻 完善，新的膜材料、膜结构及操作方式不断涌现，采用膜技术进行高浓度氨氮废 水的处理已逐步成为研究的热点。 本论文以气膜接触器( g a sm e m b r a j l ec o n t a c t o r ，g m c ) 和颗粒污泥膜生物 反应器( g r a i l u l a rs l u d g em e m b r a i l eb i o r e a c t o r ，g s m b r ) 为基本单元构建了用 于处理高浓度氨氦废水的组合式膜系统，先后对气膜接触器的传质特性、颗粒污 泥膜生物反应器的运行特征及组合系统的实际运行效果进行了重点研究，主要研 究内容如下： ( 1 ) 考察高浓度氨氮废水中的氨在气膜接触器中的传质特性。用膜吸收法 去除水溶液中易电离或缔合的易挥发性物质( 如氨) 时，宜用挥发性物质的平衡 浓度而非总浓度来计算总传质系数、膜通量和去除率。膜吸收过程中，料液的起 始p h 值越高，氮的传质效率、膜通量和氨氮去除率就越高。料液的p h 值不仅会 对膜传质系数有影响，对管侧传质系数也有影响。非缓冲溶液中料液p h 值及其 ，、 变化对氨传质的影响可由式土：f 上+ 上1 l 描述。在二个不同结构的膜接触 k l kr k 。口二； 器中，其预测值与实验值均能很好地吻合。挥发性物质浓度增加，溶液粘度值增 大。但无论溶液是否为缓冲体系，在5 0 m g l 。1 1 0 0 0 0 m g l 。1 浓度范围内，传质 、，、，r 、 系数的变化幅度均小于5 。式k = 二托”1 较式k = 二l n 更能合理地解释膜 aa tl 吸收过程中挥发性物质浓度对传质系数的影响。温度升高将使传质速率增大，有 利于挥发性物质的去除。 ( 2 ) 研究膜吸收过程中的伴生渗透蒸馏现象及其影响。尽管膜吸收过程中 的伴生渗透蒸馏现象对氨的传质无明显影响，但对产品浓缩、操作系统的运行效 率等影响较大。盐浓度差、温度差和料液流速等显著影响渗透蒸馏通量。通过增 加料液( 上游溶液) 的溶质( 盐) 浓度或增加膜两侧溶液温差的方法，可有效抑制或 消除伴生渗透蒸馏。 ( 3 ) 探讨膜吸收法处理实际高浓度氨氮废水的效果、膜污染及其清洗情况。 采用膜吸收法去除和回收焦化厂剩余氨水中的氨和苯酚，二者的去除效果均较 好。在相同实验条件( 流速约为o2 0 m s ，温度4 0 6 0 ) 下，氨的传质系数是 苯酚的1 13 倍。运行2 5m i n 时，氨的去除率为9 9 7 ，苯酚仅为5 27 。但两者在 吸收剂中的回收率均可达到9 95 。利用氨和苯酚酸碱性的差异和各自对p h 要求 的不同，能有效消除两者相互间的干扰，达到分别分离和回收的目的。先除氨后 江南大学博士学位论文 除苯酚，有利于后继的生化处理。通过采取适当的预过滤及采用2 n a 0 h 溶液 清洗可有效减轻膜吸收过程中的膜污染。经2 0 0 1 1 的连续运转，氨的传质系数仅下 降了1 2 1 。 ( 4 ) 探讨以厌氧颗粒污泥为接种污泥，在普通膜生物反应器( m e m b r a n e b i o r e a c t o r ，m b r ) 中培养好氧颗粒污泥的可行性。结果表明，以厌氧颗粒污泥 为接种污泥，在好氧及连续进水的条件下可以培养获得性能良好的好氧颗粒污 泥。培养前后颗粒污泥的外观、微观结构和物理性能均发生了较大变化。好氧颗 粒污泥的多层结构和内部较高的空隙率，为其创造了奋好氧条件下实现同步硝化 一反硝化的微观环境。 ( 5 ) 考察不同操作和基质条件对g s m b r 运行效果的影响、膜污染情况及其 清洗。g s m b r 用于模拟废水处理，在h r t 为6 1 1 、溶氧浓度为4 6 m g l 、c o d 的容积负荷为7 2 4k g 伽一- d _ 1 的条件下，c o d 的去除率在9 6 以上。当n h 3 - n 的容 积负荷为0l7 k g m 一d 。时，n h 3 n 的去除率可达6 0 。稳定运行过程中，g s m b r 中好氧颗粒污泥的浓度( m l s s ) 基本维持在1 4 16m g 一。系统进水c o d n 在 1 8 1 1 0 之闻的变化对g s m b r 的c o d 及n h 3 一n 去除率基本没有影响。对比运行 g s m b r 与絮状污泥膜生物反应器( f l o cs l u d g em e m b r a n eb i o r e a c t o r ，f s m b r ) ， 1 6 天后前者的膜通量下降了4 4 ，5 ，而后者的膜通量则下降了8 2 4 ，g s m b r 的 下降速度明显比f s m b r 缓慢。另外，g s m b r 中污染的膜通过空气反冲或用水清 洗即可使腆通量基本恢复。 ( 6 ) 考察g m s g s m b r 组合膜系统处理实际废水的运行效果及可行性。所 构建的组合式膜系统用于处理化肥厂实际高浓度氨氮废水时，膜接触器在2 h 内就 能从废水中去除9 9 以上的氨氮。同时，g s m b r 也能稳定有效地降解膜接触器 出水中剩余的有机污染物和氨氮，c o d 的去除率稳定在9 0 以上，氨氮去除率为 5 0 左右。膜接触器和g s m b r 中的膜污染均较轻，采取空气反吹或清水冲洗即 可使膜通量基本恢复。膜吸收过程中的伴生渗透蒸馏可通过加赫或适当提高吸收 液的温度等措施加以搁】制或消除。 本论文所构建的组合式膜系统将膜接触器、好氧颗粒污泥和m b r 的特点很 好地结合起来，集水和污染物质的资源化、无害化于一身，能有效回收高氨氮废 水中的氨氮和水资源。 关键词：高浓度氨氮废水，气膜接触器，好氧颗粒污泥，膜生物反应器 组合系统 a b s t r a c t a b s t r a c t m e m b r a n e t e c 上1 i l o l o g y h a sb e e n r e g a r d e d a s2ls t c e n t u r ) r s w a t e rt r e a t i n e n t t e c h n o l o g ya r o u n dt h ew o r l d b e c a u s ei t h a ss o m ea d v a l l t a g e s ，s u c ha sl e s se n e r g y c o n s u m p t i o n ，l o wi n v e s t m e n t ，s i m p l eo p e r a t i o na 1 1 dh 培ht r e a t m e n te 街c i e n c y ，e t c ， 埘t hr e s p e c tt ot l ec o n v e n t i o n a lt e c h n o l o g i e s r e s e a r c h e r sh a v eg r a d u a l l yf o c u s e d m e m b r a n et e c l l l l o l o g yt ot r e a th i 曲c o n c e n t r a t i o na m m o n i aw a s t e w a t e r ，a sn o v e 】 m e m b r a l l em a t e r i a l s ，m e m b r a l l ec o n n g u r a t i o n sa n do p e r a t i n gm o d e sh a v eb e e n c e a s e l e s s l ya p p e a r e d an o v e li n t e g r a t e dm e m b r a n es y g 把m ，w h i c hc o n s t i t u t e dag a sm e m b r a n ec o n t a c t o r ( g m c ) a j l daf a f l u l a rs l u d g em e m b r a n eb i o r e a c t o r ( g s m b r ) ，w a sc o n s t m c t e da n d p r o p o s e dt ot r e a th i g hc o n c e n t r a t i o na r n m o n i aw a s t e w a t e ri n t h i sd i s s e n a t i o n t h e m a s s 缸锄s f e rc h a r a c t e r i s t i c so fg m c ，t h eo p e r a t i n gf e a t u r e so fg s m b ra n dt h e i r a p p l i c a t i o n st ot r e a tp m c t i c a lw a s t e w a t e rh a v eb e e ns y s t e m a t i c a i l yi n v e s t i g a t e d t h e f o l i o w i l l g sw e r et 1 1 em a i nc o n t e n t so ft h i sd i s s e r t a t i o n ： ( 1 ) t h em a s st r a n s f e rc h a r a c t e r i s t i c so fa m m o n i ai nh i 曲一s t r e n 垂hw a s t e w a t e ri n g m cw a si n v e s t i g a t e d i tc o u l db em o r es u i t a b l et oe s t i m a t em a s st r a n s f e r c o e 伍c i e n t s ，r e m o v a le 铺c i e n c va n d 扪u xf o re a s i l vi o n i z e dv c s ，s u c ha sa m m o n i a a c c o r d i n gt ot h ee q u i l i b r i u mc o n c e n t r a t i o n so fv o l a t i l es u b s t a n c ei n s t e a do ft h et o t a l c o n c e n 订a 廿o n so fv c s b o t ht h er e s i s t a n c eo fm e m b r a l l ea n dt h er e s i s t a n c eo ff b e d s i d ew o u l db ea f f 色c t e db yt h ep ho ff e e d ，c o n s e q u e n t l yi n f l u e n c i n gt h eo v e r a l lm a s s t r a n s f e lt h ee 疗、e c to fp ho nt h er a t eo fm a s st r a n s f e rc o u l db ed e s c r i b e db ye q u a t i o n 上= f l + 上 三t h ep r e d i c t i o n sm a d eb yt h ee q u a t i o na n dt h ee x p e r i m e n t a l k l k fk 。j 口二， d a t am e tc l o s e l yf o rt h et w od i f ：f 毫r e n ts p e c m c a t i o n so fg m c s t h ev i s c o s i t yo ft l e f e e di n c r e a s e dw i t ht h ei n c r e a s eo ft h ec o n c e n t m t i o no ft h ev c s t h ev a r i a t i o no fk 血 t 1 1 ec o n c e n t r a t i o nr a n g eo f5 0 m g l 1 1o o o o m g l - 1w a sl e s st h a n5 w h e m e rm e f e e dw a sb u 疗e r e do rn o t t h er e l a t i o n s h i pb e t w e e nv i s c o s i t ya 1 1 dt h em a s st r a n s f e r c o e 伍c i e n tc o u l db ed e s c 曲e db ye q u a t i o n k = l ，- ( 甜3 n e e f 凳c to fc o n c e n t m t i o no f 、7 c so nt h er a t eo fm a s st r a n s f 色rc o u l db em o r es u i t a b l e a e s c r i e e ve a u a t i 。n k = 丢圮t n a nn ，叩a t i 。n k = 鼍- n 鲁me 胁e n c ， c o u l db eg a i n e di fi n i t i a lp hv a l u eo ft h ef e e ds 0 1 u t i o nw a so v e r1l ，h i g h e r1 e m p e r a t u r ew a s f a v o u r a b l ew h e ng m cw a su s e dt or e m o v ea m m o n i af 如m h i g h c o n c e n t r a t j o na m m o n i a 、 矾一仉 ，f，l 江南大学博：卜学位论文 w a s i e w a 【e l ( 2 ) t h ec o l l p l e do s n l o t i cd i s t i l l a t i o na n di t se f 琵c to nm e m b r a n ea d s o r p t i o np r o c e s s w e r es n l d i e d t h ec o l l p l e do s m o t i cd i s t i l l a i i o ni nm e m b r a n ea b s o r p t i o np r o c e s sc 叭l l d b es i g l l i 行c a n t l ya f f e c tt 1 1 ec o n c e n i r a t i o no f i h ea b s o r p t i o ns o l l i t i o na n di h ee m c i e n c y o ft 1 1 eo p e r a t i o ns y s t e m ，a l t h o l l g hi t 、v a sn o to b 、以o l i s l yi n m l e n c et h em a s st m n s f e ro f a m m o n i a t h en l i xo f1 1 1 e m b r a n eo s m o t i cd i s t “l a t i o n ( m o d ) c o u l db ev a “o u sw i t h t h es a l tc o n c e n t r a t i o n ，t e l n p e r a t u r ea n df l o wv e j o c “y t h ec o l l p l e do s m o “cd i s t ij j a “o n c o u i db er e s t r i c t e do re l i m i n a t e db yi n c r e a s i n gt h es a l tc o n c e n t r a t i o ni nf e e ds o l l l i i o n o re n l a r g i n gt h “e m p e r a n i r ed i f k r e l l c ea c r o s st h em e n l b r a n e ( 3 ) t h et r e a t m e n te m c i e n c yo fp r a c t i c a l1 1 i g h - s t r e n g t ha m m o n i aw a s t e w a t e rb y m e m b r a n ea d s o r p t i o np r o c e s s ，m e m b r a n ef o u l i n ga n di t s c l e a n i n gw e r ed i s c u s s e d t h e m e m b r a n ec o n t a c t o rw a su s e dt or e c o v e ra m m o n i aa n dp h e n o lf r o mt h er e s i d u a l a m m o n i aw a s l e 、v a l e ro fc o k i n gm 弧u n d e rm ev e 】o c “yo fo 2 0 m s - 。，t e m p e r a t l l r eo f 4 3 a n do p e r a i i o no f2 5 m i n ，t h em a s st r a n s f e rc o e m c i e n to fa m m o n i aw a s1 13 t i m e so v e rt 1 1 a to fp h e n o la n dt h er e m o v a ie f n c i e n c yo fa m m o l l i aa n dp h e n o lw e r e 9 9 7 a n d5 27 ，r e s p e c 【i 、，e 1 ) 7i i o w e v e r ，b o t l la m n l o n i aa n dp h e n o lc o u l db e r e c o v e r e do v e r9 95 i j ls i r i p p i n gs o l i i t i o n sb a s e do nt h ea c i ( 1 i t yd i f f e r e n c e sb e t 、v e e n a m m o l l i aa n ( 1p h e n o l ，b o i l lo ft h e mc o u l db er e m o v e da n dr e c o v e r e ds e p a r a t e l yb y c o n i r o l l i n gt 1 1 ei n i t i a lp ho ft h ef e e ds o l l i t i o n m o r e o v e r ，i tc o u l db eb e l t e r 向r 吼l b s e q l l e n tb i o t r e a t m e n tifa m m o l l i ar e m o v e dp r i o rt ot h a to fp h e n 0 1 t 1 1 em e m b r a n e f o u l i l l gm a i n l yc a l l s e db yt h ec o e x i s f e do r g a n i cc o m p o u n d sc o l i l db ee f k c t i v e l y c o n t r o l i e db yp r e - n l t e ra n dr e 融“a rr i n s i n gw i t h2 n a o h 1 1 1t 1 1 a tc a s e ，t h em a s s t r a n s f e rc o e m c i e n to fa m m o n i aw a so n l vd e c r e a s e dl2 i a f t e r2 0 0 hc o n t i l l u o l l s o p e r a t i o n ( 4 ) t h ef e a s i b i l i t yo fa e r o b i cs l i l d g eg r a n u l a r sd o m e s t i c a t e df r o ma n a e r o b i cs l u d g e g r a n u l a r si nt r a d i l i o n a lm e n l b r a n eb i o r e a c t o r ( m b r ) w a st e s l e da n a e r o b i c 譬r a n u l a r s l l l d g ei n o 吼1 1 a 【e di n l o1 1 1 et r a d i f i o n a lm b rw a sa e r o h i c a l l y 虬1 1 【l l l e da n da e r o b i c g r a n u l a rs l l l d g e 、v a so b i a i n e dt 1 1 en l a t u r e da e l o b i cg r a l ll 1 1 a rs h l ( 1 9 ea n dt h ei n o c l i l a i e d s l u d g ew e r ed i f 诧r e n tb o t hi nt h ep 1 1 y s i c a lp l o p e r t i e sa n dt h em i c r o c o s m i cs c r u c t u r e s t h ef o l m er 1 1 a dn 1 l i l t i p l a y e ra n dg o c1 1 i g hi 1 1 l e r i o ri n t e r s p a c e s 、v 1 1 i c hp r o v i ( 1 e daf a 、，o r n l i c r o c i r d l l l l s t a n c e si os i j l l l l l t a n e o l l sn il r j n c a l i o na n dd e n i t r i n c a t i o n ( 5 ) t h ee f 伦c i so fd ij 、f e r e l l to p e l a c m ga n ( 11 1 l l t “e n i sc o n d i t i o l l so nt 1 1 et r e a t n l e n t e m c i e n c yo fg s m b r ，m e m b r a l l ef o u l j n ga n ( 1 i l s c l e a n i n gw e r ei n s p e c t e d c o d r e m o v a ir a t ec o l l l db er e a c h e do v e r9 6 u n d e r i l l ec o n d i c i o n so f6 hi - i r t 4 6 m 2 - l 。o d 0a n ( 1o f7 2 4k g n 1 _ j d “c o dv o l l i m e i r i cl o a di ng s m b r w h e n1 1 1 ev o l l l m e t r i c 4 a b s t r a c t l o a do fn h 3 - nw a so 17k g m 一d ，t h er e m o v a lr a t eo fn h 3 一nw a sa b o u t6 0 d u r i n gt h es t a b l eo p e r a t i o np r o c e s s ，m l s so ft 1 1 e r e a c t o rw a sa sh 追ha s14 16 m g l t h ev a r i a t i o n so f t h ec o d nr “oi nt h er a i 】g eo f5 0 1o o o om g 。l - 。c o u 】d n o ta f 艳c tt h er e m o v a lo fc o da n dn h 3 一n t h ef l u xr e d u c t i o no fg s m b ra n dt h e n o c c u l a rs l u d g em b r ( f s m b r ) w e r e4 4 5 a n d8 2 4 ，r e s p e c t i v e l y ，a r e r1 6d a y s o p e r a t i o n m o r e o v e r ，t h em e m b r a n ep e n n e a b i l i t yo fg s m b rc o u l db er e g a i n e d s i n l p l yb yb a c k w a s h i n g w i t ha i ro rw a t e r ( 6 ) t h eo p e r a t i n ge 艏c i e n c ya n df e a s i b i l i t yo ft h ei n t e g r a t e dm e m b r a l l es v s t e mt o t r e a tp m c t i c a lw a s t e w a t e rw e r ei n v e s t i g a t e d t h ec o n s t m c t e di n t e g r a t e dm e m b r a n e s y s t e mw a sa p p l i e dt o t r e a tr e a lh i g hc o n c e n t r a t i o n 煳o n i aw a s t e w a t e r 矗o m f e r t i l i z e rf a c t o r ye x p e r i m e n t a lr e s u l t ss h o w e dt h a tt 王1 em e m b r a n ec o n t a c t o rc o u l d r e m o v em o r et l a l l9 9 o fa m m o n i aw i t h i n2ha j l dg s m b rc o u l dd e g r a d eo r g a n i c p o l l u t a n t se f f e c t i v e l y t h er e m o v a lr a t eo fc o da 1 1 d 舢o n i aw e r eo v e r9 0 a i l d 5 0 ，r e s p e c t i v e i yd u r i n gt h eo p e r a t i o np r o c e s s ，t h em e m b r a n ef o u l i n gw a sl i 曲ta 1 1 d 恤日u xc o u l dn e a r l yb er e n e w e ds i m p l yb yb a c k w a s k n gw i t ha i ro rw a t e t t h e c o u p l e do s m o t i cd i s t i l l a t i o nc o u l db ec o n t r o l i e do re l i m i n a t e db yi n c r e a s i n gt h es a l t c o n c e m r a t i o ni nf e e ds o l u t i o no rr a i s i n gt h et e m p e r a t u r eo fs t r i p p i n gs o l u t i o nb o t h a m m o n i aa 1 1 dw a t e rc o u l db er e u s e da r e rt r e a t i n gt h ew a s t e w a t e rw i t ht h ei n t e g r a t e d m e m b r a i l es y s t e m t h ei m e g r a t e dm e m b r a n es y s t e mc o n s t n l c t e di nt h ed i s s e r t a t i o nc o u l dw e l lc o m b i n e m ec h a m c t e f i s t i c so fg m c ，a e r o b i cf a n u l a rs l u d g ea 1 1 dm b r m o r e o v e r ，i tc o u l d e f n c i e n t l yr e u s eb o t la m m o n i aa n d w a t e rf r o mp r a c t i c a lh i 曲c o n c e n t r a t i o n 蛐m o n i a w a s t e w a t e r t h e r e f o r e ， t h e i n t e 伊a t e d m e m b r a n e s y s t e ms h o u l d h a 、，e p o t e n t i a l p m c t i c a l i t y k e ) w o r d s ：h i g h c o n c e n t r a t i o n 跗m o l l i aw a s t e w a t e r ， g a s m e m b r a n ec o m a c t o r ( g m c ) ，a e r o b i cg r a n u l a rs l u d g e ，m e m b r a n eb i o r e a c t o r ( m b r ) ，i n t e 笋a t e dm e m b r a l l e s v s t e m 江南大学博士学位论文 1 1 研究背景 第1 章绪论 1 1 1 概述 随着人口的增加和城市化进程的加快，世界范围内，特别是发展中国家( 如 中国) ，用水量激增和水污染加剧使有限的水资源日趋紧张，己对人类生存和社 会经济的可持续发展构成越来越严重地威胁l 】“。 我国水资源短缺现象非常严重，人均淡水占有量不到世界平均值的四分之 一，同时水体污染也目益严重。水污染的主要来源是生活污水、农业和工业废水， 其中高氨氮废水的排放是引起水质富营养化的重要原因【3 】。 污水处理是减轻水污染、实现水资源持续利用的重要手段。目前，针列各类 废水的特点，国内外环境科学家竞相丌发众多新型废水处理技术、工艺和设备， 以适应越来越严格的排放标准和废水回用要求。而经济、高效和无害化、资源化 的处理技术是人们孜孜追求的首要目标1 4 _ 8 l 1 1 2 高浓度氨氮废水的来源及危害 2 1 高浓度氨氮废水的来源 焦化废水焦化厂煤高温裂解和荒煤气冷却过程中产生的所谓“剩余氨水” 是主要的高氨氮废水源。剩余氨水中氨和苯酚的含量分别高达3 0 0 0 5 0 0 01 1 1 9 一 和l5 0 0 3 0 0 0m gl ，c o d 含量在5 0 0 0 io 0 0 0n l gl 。之间”。 化肥废水 化肥厂脱硫和碳化过程中产生的洗涤水中氨氮含量可达5 0 0 0 2 0 0 0 0 m g - i 。一，而c o d 仅为2 0 0 5 0 0 m g - i 。i ，为典型的高氨氮和低碳氮比废水。 味精废水味精生产过程中使用大量液氨，因此，其排放废水中氨氮含量很 高，如在离予交换提取谷氨酸后排出的谷氨酸母液中，氨氮浓度在5 0 0 0 6 0 0 0 m - 一左右。 垃圾渗滤液垃圾渗滤液的成分棚当复杂，不仅含有高浓度的有机物、碱和 重金属，而且还含有高浓度的氨氮。并且随着垃圾填埋时间的延长，氨氮浓度不 断增加，可达1o o o 2 0 0 0 m 州。“1 。 养殖废水养魑废水经厌氧处理后，大部分可降解的有机物被去除，但氨氮 浓度仍高达7 0 0 8 0 0 m 2 l l ，c n 质量比仅为02 o3 j 。 化工废水一些： 业将氨用作比学原荆，所产生的废水中氨氮含量非常高。 例如，氨是制造磨砂玻璃所用消光液的主要成分之一。因氨的使用，香兰素生产 废水中氨氮浓度高达6 7 1 0 4 m g m 。 此外，在钢铁、石油、制药和食品工业等排放的废水中也含有大量的氮氮。 第1 章绪论 1 1 2 2 高浓度氨氮废水的危害 氮在废水中以四种形态存在：有机氮、氨氮、亚硝态氮和硝态氮。水体中氮 的存在主要引起如下问题1 9 1 ： ( 1 ) 造成和加速水体的富营养化。氮与磷并存时，刺激藻类和其它水生植 物的生长繁殖，最终导致水体富营养化。在进行此类水的处理过程中，大量藻类 易堵塞滤池，使水处理成本增加。 ( 2 ) 生成有毒物质。据报道，水体中游离氨浓度大于o 0 2 m g l 。时，就对鱼 类有毒害作用。同时，进入水体的氨在微生物的作用下，会发生硝化反应，生成 n 0 2 一和n 0 3 一。这不仅要消耗水中的溶解氧( 氧化1 m g 一的n h 4 + 一n 需消耗47 m g - 一 的0 2 ) ，而且生成的n 0 2 。是致癌、致突变和致畸物质，n 0 3 则会阻碍血液的吸氧 功能，长期饮用高n o ，浓度的水可能患变性血色蛋白症，引起大脑中枢神经系统 功能的紊乱，导致抽搐、昏迷。 ( 3 ) 滋生有害水生物。因水中溶解氧的大量消耗导致水体缺氧，滋生有害 水生物，并使鱼类和其它水生动物中毒。 ( 4 ) 给水体杀菌消毒和工业循环水处理带来困难。当对含较高氨氮的水进 行氯消毒时，氨氮会与氯气反应生成氯胺，明显降低氯的消毒效率，同时大大增 加其投加量。 ( 5 ) 在管道或设备中形成生物垢。当污水回用时，再生水中氨氮可以促进 输水管道和用水设备中微生物的繁殖，形成生物垢，堵塞管道和用水设备，使换 热效率降低。 因此，如何经济高效地处理高浓度氨氮废水，实现污染物( 氨氮) 和水的资 源化正成为当前环保研究工作的重要课题之一。 1 2 高浓度氨氮废水处理技术研究现状及发展趋势 1 2 1 高浓度氨氮废水处理技术研究现状 目前，国内外处理高浓度氨氮废水的方法主要可分为：物理法、化学法和生 物法三大类。 1 2 1 1 物理法 吹脱法和汽提法 吹脱法和汽提法均是将废水和气体接触，使氨氮从液相转移到气相进而去除 的方法。具有流程简单、处理效果稳定、对高浓度氨氮的去除率可达9 0 以上等 优点。但处理后的废水中氨氮浓度仍旧不能达标、能耗大、处理成本高、需要在 高p h 条件下运行、设备容易结垢、易导致大气二次污染等。因此吹脱、汽提法 主要用做高浓度氨氮废水的预处理i l4 。”j 。 江南大学博士学位论文 离子交换法 离子交换法是根据交换树脂( 天然沸石或合成大孑l 分子筛) 对非离子氨的选 择性吸附作用和与离子氨的选择性离子交换作用去除水中的氨。此法工艺简单、 操作较为方便。但由于受到树脂交换容量的限制及水中其它共存阳离子和有机物 的吸附竞争，该法只适用于中低浓度的氨氮废水( 9 3 3 0 0 0 分置式 分置式 2 1 6 3 2 79 56 一体式 3 0 09 8 2 0 0 0 3 1 4 15 1 7 1 0 0 9 1 02 9 9 8 8 】 1 96 9 5 3 8 9 】 3 0 5 0 f 9 0 】 ， 9 1 】 9 7 9 2 1 45 9 11 8 6 9 3 2 0 1 2 0 +6 1 8 + 【9 4 2 0 4 69 8 【9 5 】 2 1 6 9 0 【9 6 5 28 【9 7 1 3 4 +7 9 + 9 8 】 2 9 7 9 l6 + 【9 9 】 4 7l + 18 5 8 7 9 3 1 0 0 合成废水 聚砜分置式 2 5 0 5 0 0 9 07 0 +9 0 + 【10 1 总氮去除率 值得注意的是，c h o o 等1 ”q 的研究表明，膜污染与污泥颗粒的尺寸大小密切 相关，污泥颗粒尺寸越小，向膜面的净迁移速度越大，颗粒越容易在膜面沉积， 膜污染越严重。但到目前为止，m b r 中所用的活性污泥都是絮状污泥，平均粒 径仅为2 8 3 7 9 4u m “。 好氧颗粒污泥的粒径较大( 通常为o 5 4 3m m ) ，具有良好的沉降性能， 在废水生物处理中能迅速实现固液分离，减少反应器占地面积，减少投资；具有 很高的污泥负荷，因此引发了研究者的浓厚兴趣”“。 5 江南大学博 ，学位论文 目前，有关好氧颗粒污泥的研究大多在间歇式反应器( 如s b rs e q u e n c i n g b a t c hr e a c l 0 1 ) 中进行，其接种污泥一般为普通的絮状活性污泥i ”2 钔，也可直接 采用厌氧颗粒污泥进行驯化1 1 2 5 l l 。m o 唱e n r o t h 等! 对s b r 反应器中好氧颗粒污 泥的自凝聚及其性能进行了研究，发现在稳定运行阶段，反应器中主要为颗粒污 泥和絮状污泥的混合物。p e n g 等 ”2 j 以醋酸钠为碳源，在低溶解氧( d o0 7 1 o m g l 1 ) 条件下培养获得具有良好生物学性能的好氧颗粒污泥，并认为好氧颗粒 污泥的形成有利于在低溶解氧时保持较高的降解能力，提高处理效率。b e u n 等l l 圳 指出，在s b r 反应器中，沉淀时间的控制是影响好氧颗粒污泥形成的主要因素， 较短的水力停留时间有助于形成好氧颗粒污泥，并在相同负荷、气体表面速率和 操作周期条件下，比较了s b r 反应器和s b a r ( s e 小i e n c i n gb a t c ha i r 】i f tr e a c t o r ) 反 应器中的好氧颗粒污泥，在s b a r 反应器中发现同时存在硝化和反硝化过程| j ”j 。 在国内，竺建荣等1 瞳。让4 l 利用厌一好氧交替工艺研究生物脱磷过程中，发现了好氧 颗粒污泥的自凝聚现象，研究了好氧颗粒污泥的培养和理化特性，指出好氧颗粒 污泥具有较高的好氧速率和代谢活性。卢然超等【】”j 以厌氧颗粒污泥为接种污泥， 在厌好氧交替工艺中，研究了不同操作条件对好氧污泥颗粒化和生物除磷效果 的影响。杨麒等l ”l 采用人工配制f i 模拟生活污水，通过调节进水碳源培养获得 了具有同步硝化反硝化能力的好氧颗粒污泥。王强等叫】以葡萄糖为底物，通 过控制反应器的c o d 负荷和沉降时间以造成选择压，促使絮状污泥的颗粒化。 可见，好氧颗粒污泥研究已取得明显进展，同时，好氧颗粒污泥在脱氮方面 具有明显优势。 综合上述研究应用现状，本课题欲将好氧污泥的颗粒化技术应用到普通 m b r 中，构建颗粒污泥膜生物反应器( g l a l ll l l a rs h l d 2 em e n l b r a n eb i o r e a c i o r ， g s m b r ) ，目的在于综合普通m b r 和好氧颗粒污泥在脱氮方面的优势，同时絮 状污泥的颗粒化会在定程度上减轻膜污染，理论上二者的集成存在明显优势。 但实际效果如何，有待实验验证。 1 2 3 废水处理的发展趋势 由于废水的来源和陛质不同，且各种废水处理技术都有其各自的优势与不 足，因此不可能用某种技术就能处理所有类型的废水。为此，集二种或二利，以 上处理技术之长而形成新的组合式废水处理技术正同益受到研究者重视，高氨氮 废水处理技术的研究也不例外。 1 2 3 j 组合式生物处理技术 s h a r