（市政工程专业论文）移动床生物膜反应器应用于制革废水深度处理的试验研究.pdf

摘要 移动床生物膜反应器应用于制革废水深度处理的试验研究 摘要 移动床生物膜反应器( m b b r ) 是一种结合了传统活性污泥法和膜法优点的新型复合处理工艺， 正日益受到人们的重视。本文采用移动床生物膜反应器对制革废水的二级生化出水进行深度处理， 研究移动床生物膜反应器运行所需的较优工况，试验分析m b b r 工艺的关键影响因素，确定出安能 国际悬浮填料的设计参数，并通过分析出水中污泥的沉降性能确定增加后续固液分离手段的必要性。 研究结果表明，由于制革废水中可溶解性难降解c o d c f 的存在( 约占进水总浓度值的 6 7 一1 3 3 ) ，使得c o d 。出水浓度值只能降解至2 0 0 m g l 左右；但是移动床生物膜反应器具有很 好的生物硝化效果，出水n h r n 值最低可降解至1 5 m g l 以下，且出水十分稳定。当填料填充率为 1 3 3 ，c o d 。填料表面负荷为1 9 c o d ( n 1 2 d ) ，氨氮填料表面负荷为0 4 9 n h 3 - n ( m 2 d ) ，t n 填料 表面负荷为0 7 9 t n ( m 2 d ) 时，c o d = ，n h 3 n 以及t n 的去除率分别达到2 7 4 ，7 9 1 和3 2 3 ， 为相对较优工况。 试验结果还表明，设计表面负荷( n a ) 对于c o d 。，n h 3 - n 以及t n 的处理效果影响最大，其 他的影响因素对出水水质影响较小；m b b r + 混凝沉淀+ 砂滤工艺可以稳定出水水质，并达到洗皮用 水要求。 关键词：移动床生物膜反应器( m b b r ) ；制革废水：深度处理；悬浮填料 a b s t r a c t s t u d y o nt h eu s eo f m o v i n g b e db i o - f i l mr e a c t o r t e c h n o l o g y f o rt a n n e r yw a s t e w a t e ra d v a n c e dt r e a t m e n t a b s t r a c t m o v i n gb e db i o - f i l mr e a c t o r ( m b b r ) i san o v e lc o m p o s i t ei r e a t m e n tp r o c e s sw h i c hc o m b i n e s a d v a n t a g e so f t r a d i f i o n a ja c t i v a t e ds l u d g ep r o c e s sa n dm e m b r a n eb i o l o g i c a lr e a c t o rp r o c e s s , a n dg a i n sm o r e a n dm o r ea t t e n t i o n i nt h i sc h a p t e r , m b b ri sa d o p t e df o ra d v a n c e dt r e a t m e n to fs e c o n d a r ye f f l u e n tf r o ma t a n n e r yw a s t e w a t e rt r e a t m e n tp l a n t t h i sp a p e ra l s os t u d i e so p t i m a lw o r k i n gc o n d i t i o nn e e d e db ym o v i n g b e db i o - f i l mr e a c t o ro p e r a t i o n , a n a l y z ei n f l u e n c e so fa l lf a c t o r st os y s t e me f f l u e n t , c o n f i r md e s i g n p a r a m e t e ro fa n o x k a l d n e ss u s p e n d i n gf i l l e r , a n de n s u r et h en e c e s s i t yo fs u c c e e d i n gl i q u i da n ds o l i d s e g r e g a t i v em e t h o db ya n a l y z i n gs e w a g es e t t l i n gp r o p e r t yo fe f f l u e n t t h er e s e a r c hs h o w st h a t , f o rt h e r ee x i s t ss o l u b l ea n dn o n - b i o d e g r a d a b l ec o d 口i nt a n n e r yw a s t e w a t e r ( a b o u t6 7 0 o - 13 3 o ft o t a lc o n c e n t r a t i o no ft h ei n f l u e n t ) s oc o d = c a nb eo n l yd e g r a d e dt oa b o u t 2 0 0 r a g l ；w h i l ef a v o r a b l ee f f e c to fb i o l o g i c a ln i t r i f i c a t i o nc a nb eo b t a i n e di nm b b r , a n dt h ee f f l u e n t n h 3 - nc a l lb ed e g r a d e db e l o w15 m g ls t e a d i l y t h er e m o v a le f f i c i e n c yo fc o d 口，n h 3 - na n dt nr e a c h 2 7 4 。7 9 1 a n d3 2 3 r e s p e c t i v e l yw h e nt h es u s p e n dp a c k i n gs t u f f i n gr a l e13 3 a n dt 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 = i slg ( 一。d ) ，f o ra m m o n i a - n i t r o g e ni s0 4 9 ( 一d ) a n d 妇 t ni s0 7 g ( m ? d ) w h i c hi st h er e l a t i v eo p t i m a lo p e r a t i n gc o n d i t i o nf o re x p e r i m e n t i ti sf o u n dt h a ti n f l u e n c e so f d e s i g na p p a r e n tl o a d i n gi n d e x ( n a ) t oc o d = ，n h 3 na n dt na r et h e g r e a t e s t a l t h o u g ht h e ma r eo t h e rf a c t o r sa l s oh a v ec e r t a i ne f f e c tt oe f f l u e n t , t h ei n f l u e n c ei sl i m i t t h e t e s t i n gi n d i c a t e st h a t ：m b b r + c o a g u l a t i o ns e d i m e n t a t i o n + s a n df i l t r a t i o np r o c e s sc a l ls t a b i l i z et h ew a t e r q u a l i t ya n da p p l i e di nf a c t o r yt a n n e r yp r o c e s s k e yw o r d s ：m o v i n gb e db i o - f i l mr e a e t o r ( m b b r ) ；t a n n e r yw a s t e w a t e r ；a d v a n c e dt r e a t m e n t ；s u s p e n d e d c a r r i e r i 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：塑：整 日 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：立) ：盎 导师签名： 舣旦期：蛐 第1 章绪论 1 1 制革工艺 第1 章绪论 近年来，我国在全球制革行业中占据的比重日趋增加，皮革年产量已位居全世界首位，一方面 给我国国民经济带来了巨大的贡献和促进作用，另一方面也凸显了传统制革行业的环境问题，使制 革成为我国污染问题严重的行业之一。除每年产生1 4 0 万t 的皮革固体废弃物外，我国制革工业每 年还排放达1 亿t 以上的废水，其中硫化物1 4 万t 、铬盐3 8 万t 、悬浮物2 l 万t 、c o d 。3 5 万t 、 b o d l 4 万t 。中国是一个人均占有水资源极低的国家，我国人均水资源量为2 1 7 3 m 3 ，仅为世界人均 量的1 4 ，水资源的严重匮乏成为制约国民经济发展的重要因素，而“水中捞金”的制革工业每年消 耗自然水近1 5 2 5 亿m j ，每i t 猪皮、牛皮、羊皮的耗水量分别为6 0 t 、1 0 0 t 、1 5 0 t ，而排放出的污 水使得更多的淡水资源不可使用，也带走了大量可以回用的资源如铬、无机盐等，这不仅使制革行 业的可持续性发展面临着巨大的环境压力和资源短缺危机，同时也造成了诸多不良的社会影响1 1 1 1 1 1 工艺流程 整个制革过程可以划分为三大工段，即准备、鞣制以及染整工段，也可划分为湿加工单元( 俗 称水场) 和干加工单元( 俗称干场) 两大单元。所谓湿加工单元，是指在水溶液中进行操作的各工 序，亦即自原料皮投产开始直至干燥前的一系列工艺操作。例如，黄牛软鞋面革的湿加工单元包括： 浸水、水洗、去肉、复浸水( 或称二次浸水) 、浸灰脱毛、去肉、脱灰、软化、浸酸、铬鞣、挤水 伸展、剖层、削匀、称重、复鞣、中和、染色加脂、填充等操作。而干加工单元，则是指在干燥状 态下进行操作的各工序，亦即自干燥开始至成品检验为止的一系列操作1 2 j 。 1 1 2 工艺耗水量 水是运送化料的主要媒介，许多制革工序都需要使用大量的水，制革厂加工每千克原料皮约耗 水3 0 - - 4 0 l 。鞣前处理每千克原皮消耗1 5 2 0 l 水，鞣制工序处理每千克裸皮仅消耗l 2 l 水，鞣后 处理消耗2 4 l 水，而水洗约消耗1 1 5 1 3 l 水，由此可见，制革鞣前准备和鞣制工段的耗水量约占 总用水量的5 0 。各工序耗水的具体情况见表1 1 所示i 1 。 表1 1 各工序的废液排放量吨原皮 工序浸水浸灰脱灰浸酸铬鞣中和湿整理水洗 排放量 9 o 1 2 04 o 6 o1 5 2 01 啦1 51 m 乏01 肛1 51 伊乏o1 1 5 1 3 0 1 1 3 废水排放现状 据统计，中国每年排放约1 2 亿t 制革废水，占全国工业总排放量的0 5 , - 0 7 。排放的污染物 主要包括：铬3 5 0 0 t 、硫5 0 0 0 t 、悬浮物1 2 万t 、c o d l 5 万t 、b o d 8 万l 。 制革废水排放的污染物中硫和悬浮物主要来源于浸灰脱毛工序，浸灰脱毛工序排放的c o d 和 b o d ，占整个废水所生产c o d 、b o d 的4 5 * * 5 0 以上，浸灰废液中c o d 达1 0 0 0 0 - 3 5 0 0 0 m g l 以 上，b o d 含量高达5 0 0 0 - - 1 8 0 0 0 m g l ，硫化物浓度高达3 0 0 0 m g l 以上，悬浮物6 0 0 0 - - 1 8 0 0 0 m g l 。 铬的排放主要来源于鞣制工序，鞣制工序大多使用铬鞣剂，铬鞣废液中的铬含量大约在 10 0 0 3 0 0 0 m g l 1 5 l 。 1 2 深度处理及回用 1 2 1 深度处理 一方面，由于皮革废水组分复杂，污染物浓度高，色度大，有一定的毒性，因此，传统活性污 泥法处理皮革废水出水c o d 为6 0 0 m g l 左右，普通s b r 法出水c o d 为4 0 0 l i l i 扎左右1 6 j 。目前，我国制 革废水处理在处理率和达标率方面都存在许多问题，随着国家对环保问题的日益重视，排放标准将 更加严格，如氨氮指标已列为我国制革废水的排放标准，这使得制革行业面临更为严峻的环保问题 东南大学硕士学位论文 挑战l t i 。增加后续的深度处理来进一步降低出水中的污染物质将是一个不错的选择。 另一方面，我国是一个缺水大国，根据水利部( 2 1 世纪中国水供求分析，2 0 1 0 年我国工业、 农业、生活及生态环境总需水量在中等干旱年为6 9 8 8 亿m j ，供水总量6 6 7 0 亿m j ，缺水3 1 8 亿1 ) 。 这表明，2 0 1 0 年后我国将开始进入严重的缺水期。由于区域性或水质性缺水，我国大部分城市自来 水价格将有较大的提高，以通过价格杠杆加强公民的节水意测驯。水资源如此紧缺，推广污水资源 化利用技术是建立水资源循环型社会的根本措施。实施深度处理并进行中水回用可将治理与开发并 举，是一种立足本地水资源，解决水资源短缺的现实可行的有效措施。 1 2 2 中水回用 所谓中水是相对于上水( 自来水) 和下水( 污水) 而言的，是指生活污水经处理后，达到规定 的水质标准，可在一定范围内重复使用的非饮用水1 9 1 。这些经处理后的排放水主要回用于：农业灌 溉用水1 2 1 、工厂冷却水、地下水回灌1 1 3 1 、洗车用水、厕所冲洗1 1 4 1 、景观河湖15 1 、环境用水等方面。 王坤余等【1 6 】的研究结果表明：制革厂排放的中水完全可用于制革鞣前各工序，若能将中水回收 用于鞣前处理和车间清洗用水，可节约7 0 0 w - 8 0 的用水量。 ( 1 ) 中水水源 不同的中水原水、处理工艺与回用途径，可以组合成多种不同的中水回用模式。目前，中水回 用水源主要包括：城市污水、生活污水或杂排水、城市污水处理厂的二级处理出水、工业污废水以 及海水等等。其中，工业废水作为水源具有以下优点：水量大，排放有规律；容易分类处理， 污染较少的可以直接回用如冷却水；就地取材，不需要敷设长的输送管道；污染单一，可以有 针对性的设置处理工艺；可以回收工业原料，节约资源；工厂为了达到排放标准已有了一些处 理系统，只需要把处理系统再深化；不需要交纳水资源费。缺点是：有的污染物去除困难，造 成处理成本很高：有时只用工厂废水无法满足水量，需要补充水1 1 7 1 。 ( 2 ) 中水回用技术研究进展 中水回用处理方法目前较成熟和已被采用的方法大致可分为4 类i 埔l ： 生物处理法：主要是利用水中微生物的吸附、氧化分解污水中的有机物从而达到去除污水 中溶解性有机物的目的。包括好氧和厌氧微生物处理，一般好氧处理居多。 物理化学处理法：以混凝沉淀( 气浮) 技术及活性炭吸附相结合为基本方式，与传统的二级 处理相比，提高了水质，但运行费用较高。 膜处理法：采用超滤( 微滤) 或反渗透膜处理，其优点是s s 去除率很高，占地面积与传统的 二级处理相比，减少了很多。 组合工艺：是对生物处理法、物理化学处理法及膜处理法的组合，使出水水质更稳定，并能 够有效的控制出水中所含的微生物量，保证回用水的安全。 表1 2 列出了近年来国内外部分中水回用技术的情况。 2 第l 章绪论 表1 2 国内外中水回用技术 处理方法回用水源出水水质要求时间参考文献 c a s s 小区污水绿化、冲洗车辆 2 0 0 l 1 1 9 m r 小区优质杂排水景观用水2 0 0 6 【2 0 l s m b r 石化废水一般回用2 0 0 7 1 2 l l 生物 中药废水一般回用 2 0 0 7 1 2 2 l 处理 v s m b r 市政废水 韩国及w h o 的饮用水标准 2 0 0 7 1 2 3 l m b b r 浴池及部分洗衣房排水草坪日常护理2 0 0 5 【2 4 1 法 人工湿地 三级生物处理废水一般回用 2 0 0 8 1 2 5 1 市政废水环境用水 2 0 0 7 1 2 6 1 蚯蚓微生物生态 滤池 养猪废水冲洗饲料等 2 0 0 8 1 2 7 1 b a f 混凝沉淀 物化 过滤 污水处理厂二级出水循环冷却水2 0 0 7 1 2 8 1 处理 d y n a s a n d 活性 污水处理厂二沉池出水城市杂用水2 0 0 6 1 2 9 1 砂过滤器 法 地下渗滤生活污水 一般回用 1 9 9 8 【3 0 l 电化学氧化纺织废水部分染色工艺2 0 0 7 1 3 i i 活性污泥法处理后的某 u f 部分纺织工艺 2 0 0 8 1 3 2 】 棉纺厂纺织废水 膜处r o 牛奶场工业废水加热、清洗和冷却 2 0 0 8 【3 3 l 理法 i m s + m f + i t o 污水处理厂二级废水灌溉，但要达到饮用水标准 2 0 0 7 1 1 2 l e l - n i l e 厂预处理过的某 1 3 4 1 n f + r o 部分食品产业工艺 2 0 0 7 食品i j n - r 产业排放废水 组合 皿e x + s m b r 生物处理后的排放废水一般回用 2 0 0 8 1 3 5 l 活性污泥甘晒纺织废水部分纺织工艺2 0 0 8 1 3 6 l 工艺 生物处理+ 亚滤纺织废水印刷及染色工艺 2 0 0 8 【3 7 1 从表中可以看出，一方面，生物处理方法由于其独特的优势，仍然是人们关注的重点，国内外 的研究人员也一直致力于研究开发新的生物处理方法，来满足各种处理及回用的要求：另一方面， 人们越来越重视回用水的安全问题，由于生物处理出水中不可避免的会残留有各种微生物病原体， 因此，研究各种新型的组合工艺来控制水中的微生物病原体从而增强回用水的安全性能成为新的热 门话题i j 叫，而其中，又以生物处理法与膜处理法的组合工艺居多。因此，研究更加安全可靠的生 物处理方法显得尤为重要。 1 3 移动床生物膜反应器 移动床生物膜反应器( m o v i n gb e db i o f f l mr e a c t o r ，简称m a b r ) 是一种集活性污泥法与生物膜法 两者优点于一身的新型复合处理工艺，是2 0 世纪8 0 年代后期出现的一种新型生物膜反应器。 1 3 1 研究背景 污水的生物处理大体上可分为活性污泥法和生物膜法两大类。大量的废水处理工程实践证明， 活性污泥法是较为成熟的废水处理工艺，在大大小小的城市污水处理厂中已得到了广泛的应用，但 是，这一工艺存在着污泥沉淀性差、易膨胀，反应器的体积大、污水处理厂占地面积大，污泥易流 失、需回流，承受有机负荷和水力负荷冲击的能力较差，运行不稳定等问题，对一些小的污水处理 厂来讲，活性污泥法工艺操作起来较为困难。于是，滴滤池、生物转盘、生物滤池、生物流化床等 生物膜法工艺曾一度受到废水处理界的青睐。与活性污泥法相比，生物膜法具有稳定性好、承受有 3 东南大学硕士学位论文 机负荷和水力负荷冲击的能力强、无污泥膨胀、回流，对有机物等的去除率高，反应器的体积小、 污水处理厂占地面积小等优点，但生物膜法也存在许多缺陷，如生物滤池中的滤料易堵塞，需周期 性反冲洗，同时固定填料以及填料下曝气设备的更换较困难，生物流化床反应器中的载体颗粒只有 在流化状态下才能发挥作用，工艺的稳定性较差。 随着废水排放标准的不断提高，研究和开发新型高效的复合处理工艺势在必行。同时用活性污 泥法和生物滤池、生物转盘等传统固定生物膜工艺设计出的许多污水处理厂需要升级改造。从2 0 世 纪7 0 年代起，欧洲的一些公司、大学等开始研究现在称之为移动床生物膜反应器( m o v i n gb e db i o f i l m r e a c t o r , 简称为m b b r ) 的污水处理新工艺，该工艺集活性污泥法和生物膜法的特点于一体，其中较 为典型的是l i n p o r i 艺和k a d l n e s i 艺。 2 0 世纪7 0 年代中期，由德国的l i n d ea k t i e n g e s l l s c h a f l 公司研究开发了旨在改进传统活性污泥法的 l i n p o r i 艺，即载体活性污泥法。该工艺利用高孔隙的聚氨酯塑料泡沫块作为载体，将其放入活性 污泥池中，有助于微生物的附着和生长，以便提高活性污泥法的生物量。1 9 8 4 年在德国的f r e i s i n g 建 起了第一座以l m p o r i 艺运行的污水处理厂。当海绵块的体积约为活性污泥池体积的1 0 - 3 0 ， l i n p o r 系统中的污泥总量要比传统活性污泥法高出2 3 倍。2 0 世纪8 0 年代，由挪威的k a l d n e s m i l j o t e k n o l o g i 公司( k m t ) 与挪威科技大学( n t n u ) 和挪威研究所( s i n t e f ) 合作开发了新的工 艺( 简称k a l d n e s m b b r ) 。与l m p o r i 艺有所不同的是，该填料是刚性的，而不是软性的，填料的 形状呈空心圆柱体，柱体内部有十字支撑，柱的外壁带竖条状鳍翅，形似齿轮，在水中的流动性好， 而且填料的比表面积相对较大。1 9 9 0 年，在挪威的s t e i n s h o l t 新建了生产性的污水处理厂。此后，m b b r 开始被人们所熟悉，同时，在后来的研究和应用中，m b b r _ e 艺得到了不断的改进，并相继开发出 一些成本较低的填料，如f l o e o r 填料等。据o d e g a a r d 等人的资料，移动床生物膜反应器在1 7 个国家的 1 0 0 余个工厂中得到应用。在我国，m b b r 的研究和应用仍处在起步阶段1 4 0 l 。 1 3 2 工艺特点 作为悬浮生长的活性污泥法和附着生长的生物膜法相结合的一种工艺，m b b r 法兼具两者的优 点 4 1 , 4 2 l ： ( 1 ) m b b r i 艺占地面积少，在相同的负荷条件下它只需要普通氧化池2 0 的容积。 ( 2 ) 由于生物膜上的微生物没有受到强烈的曝气搅拌冲击，生物膜为微生物的繁衍、增殖创造 了良好的条件，使微生物多样化，而且量多，一般污泥浓度可达普通活性污泥法污泥浓度的5 1 0 倍， 曝气池活性污泥质量浓度可高达3 0 - - 4 0 9 l ，在填料上可以形成从细菌一原生动物_ 后生动物的食物 链，生物的食物链长，能存活世代时间较长的微生物，处理能力大，净化功效显著。 ( 3 ) 生物膜上脱落下来的生物污泥含动物成分多，密度大，污泥颗粒大，沉降性能好，易于固 液分离，并且剩余污泥产量少。减少了污泥处理费用。 ( 4 ) 有机负荷高，耐冲击负荷能力强，因此对水质和水量变动的适应性强，出水水质稳定。 ( 5 ) 水头损失小，不易阻塞，无需反复冲洗，不需要回流，载体分布均匀，运行可靠，操作简 单。流化过程中增大了生物膜与污水及气泡问的传质面积，增加了传质速率，不仅强化了相问的传 质过程，也提高了氧的利用率。 ( 6 ) 在这个生物生态系统中同时具有好氧和厌氧代谢活性。而且对毒性以及其他不利于生物处 理的环境因素的敏感度低，适应性强。 1 3 3 悬浮填料 ( 1 ) 填料的特点 在m b b r 法中，悬浮填料是其核心部分，具有独特的优点1 4 3 1 ： 悬浮填料在不曝气时浮于水的表面，无须固定支架支撑，这使反应池的安装和维修变得很方 便；当曝气时，生长了生物膜的填料密度因与水接近，其流化所需的动力消耗也并不很高，一般满 足供氧的气量，即能起到良好的搅拌作用，这不仅使污水与填料上的生物膜广泛而频繁地接触，而 且填料在流化过程中切割分散气泡，使布气趋于均匀，氧利用率也得到了提高，由此产生的固、液、 4 第1 章绪论 气三相的充分接触混合和碰撞，增大了传质面积，提高了传质速率，强化了传质过程，因此，在达 到一定污染物去除率情况下，污水在池内的停留时间更短，同时，即使有冲击负荷，也可以很快地 恢复处理效果。另外，悬浮填料受到气流、水流的冲刷，老化的膜能自动脱落，保证了膜的活性， 促进了新陈代谢，而且在反应池中随水流化，在填料上还可能大量生长丝状菌，既可利用丝状菌高 效降解有机物的功能，使出水改善，又无污泥膨胀之虞。 维护管理方便。由于填料比重与水相近，只需很小的气量即可使其均匀悬浮于水中。使用时 无需填料支架，只需在曝气池出水处设置栅网拦截，靠曝气水流将其回流至池前端，可节省投资， 且投配、更新更方便。另外，操作者不用象管理活性污泥法系统那样，担心污泥回流比、排除剩余 污泥量及污泥膨胀等问题，因此，操作简单，工作量也较少。 填充率易选择。王学江采用了同济大学的专利产品悬浮填料，在填充率为0 、1 0 、3 0 、5 0 ( 体积比) 时试验，根据充氧能力试验的结果，最多采用5 0 的投配率，这时填料在曝气池中流化 良好。在l o u k i d 0 u 的研究中用了约l c m 3 的立方体，其填充率为5 0 。h t d d e g a a r d 采用了ki ( 长为 7 m m ，直径为1 5 r a m 的圆柱体) 和ki i ( 长度和直径均为1 5 r a m ) 2 种填料，建议为了保证填料能够自 由悬浮，填充率( 填料的填充率是填料堆积体积占曝气池有效体积的百分比) 要低于7 0 并对2 种填 料的单位内表面积的去除率进行了研究，发现两者很接近。所以对于悬浮填料只要充氧能力许可并 保证其自由悬浮，可以根据需要选择填充率。 ( 2 ) 国内外的填料 填料是m b b r 的核心。填料的性能好坏，直接影响到挂膜的难易程度、反应器中生物量的多少、 反应器处理效果的好坏。而m b b r 所使用的填料多为聚乙烯或聚丙烯塑料填料，形状似小圆柱体( 直 径与高约为1 0 5 0 m m 不等) 。圆柱体中心有十字支撑，外侧沿不同径向伸展许多尾翅。载体密度略 低于水( 0 9 2 - - - 0 9 7 9 c m 3 ) ，填料比表面积大( 1 6 0 5 0 0 m 2 一) 。表面易于生物膜附着生长，而且 巧妙的结构设计使填料在使用时不结团、不堵塞，始终具有理想的空隙率，并具有良好的通气、过 水性能。国内外几种常见的m b b r 填料的性能分别见表1 3 和表1 4 所示1 4 4 i 。 表1 3 几种国外移动床生物膜反应器填料性能 填料k n i t 填料( k 1 )k m t 填料( k 2 )a w t 填料a n o x 填料 填料量( 个l ) 1 0 3 01 5 9 2 0 3 2 4 总比表面积( m 2 m 3 ) 6 9 05 5 04 5 02 4 0 有效比表面积( m 2 m 3 ) 5 0 03 1 53 1 01 9 0 表l - 4 几种国内移动床生物膜反应器填料性能 空心圆柱圆柱体 壁厚 内比表总比表单个质 堆积密度 空隙 型号材料体外径 高度 ( m m ) 面积面积填料量 ( k g m 3 ) 率 ( n l m )( m m )( m 2 m 3 )( m 2 m 3 ) 重量 比( ) c l s 1 1聚乙烯l o1 0o 92 6 35 2 70 3 8 9o 9 21 2 0 08 3 0 3 c l s 1 2聚乙烯 2 5 1 5o 62 8 9 4 1 0 1 6 9 9o 9 51 1 9 78 7 5 4 c l s i l l聚丙烯2 5 ( 内径) 2 5 0 6 4 1 0 1 6 9 9o 9 6 5 4 0 0 反应器中生物膜比表面积由载体投加数量来控制，装填容积可高达空床反应器容积的7 0 0 ，相 应地反应器内生物膜比表面积可高达4 0 0 , - - 5 0 0 m 2 m 3 。但由于填料外侧表面比免受强烈水力冲刷的 内表面生物膜量少得多，实际可供微生物生长的最大比表面积约为3 5 0 m 2 m 3 。 1 3 4 研究和应用 徐斌等1 4 习为了考察移动床生物膜反应器( m b b r ) 对黄浦江微污染水的预处理效果而进行了中 试，结果表明：m b b r 工艺具有良好的生物硝化效果，最大氨氮填料表面负荷可达0 0 7 2g ( m 2 h ) ； 在温度为2 4 9 c 、进水氨氮浓度为3 m g l 左右、停留时间为1h 、填料填充率为5 0 0 的条件下，氨氮去 除率可达n 7 7 6 ：对c o d m 的平均去除率为5 ；水温、进水氨氮浓度及停留时间对硝化有一定的 影响：进水浊度、气水比对氨氮和c o e i m n 去除效果影响不大。 5 东南大学硕士学位论文 李锋等1 4 6 i 采用m b b r 法处理桃浦工业区废水，同原有的s b r 法相比无论在有机物的去除效果上 还是对有机物的耐冲击负荷上都更优越。试验结果表明，当h r t 为6 1 5 h 时，m b b r 法对c o d 的平 均去除率大于7 5 * , 。 饶雪峰等1 4 7 1 采用移动床生物膜反应器( m b b r ) 处理三河市城市污水，实践证明，在填料填充 率为3 0 ( 体积比) ，水力停留时间6 5 h 的条件下，反应器运行稳定且处理效果良好。系统稳定运行 时，出水c o d o 、b o d s 及s s 的去除率分别为8 0 7 、8 4 2 以及8 8 9 ，达到城镇污水处理厂污染 物排放标准( g b1 8 9 1 8 2 0 0 2 ) 二级标准。 孙玲玲等1 4 嘲通过现场中试考察了a b r m b b r 组合工艺处理草浆中段废水的效果。结果表明，当 a b r 进水c o d 为1 3 3 9 - 2 9 4 8m g l 、h r t 为2 4 4 8 h 时，其对c o d 的去除率约为5 0 ；a b r 出水流入 m b b r ，当m b b r 的h r t 为6 1 2h 时，其对c o d 的去除率约为6 0 ，m b b r 出水c o d 稳定在3 5 0m g l 左右。在f e 2 ( s 0 4 ) 3 投量为1 2 5 0 1 7 5 0m g l 的情况下，经混凝、沉淀处理后出水c o d 1 0 0 m g l 。 s h e n gc h e n 等1 4 9 1 研究了厌氧好氧移动床生物膜反应器( m b b r ) 系统同时去除垃圾渗滤液中的 c o d 和氨氮的性能。结果发现厌氧m b b r 反应器主要承担了去除c o d 的角色，而好氧m b b r 反应器 主要完成了c o d 的进一步去除以及氨氮的去除步骤。厌氧m b b r 反应器去除了达9 1 的c o d ，有机 负荷( o l r ) 为4 0 8 k g c o d ( m 3 d ) ，而当负荷增加到1 5 7 0 k g c o d ( m 3 d ) 时去除率逐渐降低至8 6 。因 为好氧反应器的补足，尽管o l r 从4 0 8 k g c o d ( m 3 d ) 增加到1 5 7 0 k g c o d ( m 3 d ) ，但是总的c o d 去除 率仅有小幅度的下降，从9 4 下降到9 2 。水力停留时间( h r t ) 对于n h + 4 - n 的去除有很大的意义； 当好氧m b b r 的h r t 在1 2 5 d 以上时，n f f 4 - n 的去除率可以达虱j 9 7 以上。厌氧好氧系统具有很强的 耐冲击负荷的能力。当c o d 负荷增加了四倍，c o d 的去除率仅仅只减少了7 ，并且该震动仅仅维持 了2 4 h ，系统在3 d 内重新恢复了其最初的去除率。 另外，s h e n gc h e n 等1 5 0 还应用f e n t o n 絮凝+ m b b r 工艺处理了杀虫剂废水。这种废水含有很高 的化学需氧量( c o d ) 值但是可生化性却很差，f e n m n 絮凝工艺能够首先减少c o d 值，提高可生 化性，然后再接后续的生物处理工艺。对于f e r a o n 工艺的最佳实验工况定为初始p h 为3 ，f e 肿浓度 为4 0 m m o i l ，i - 1 2 0 2 剂量为9 7 m m o l l 时。对于后续的生物处理，投加了3 2 9 l 的c a ( o h h 来调节 p h 并且进一步混凝沉淀去除污染物。c o d 值明显的从3 3 7 0 0 m g l 减少至9 3 0 0 m g l ，并且废水的 b c 比通过f e n m n 的氧化和絮凝提高到了0 4 7 。预处理后的污水由移动床生物膜反应器( m b b r ) 来进行生物氧化，当生物填料的体积超过2 0 ，c o d 的去除率可以达到8 5 以上；而当填充率小于 1 0 的时候，c o d 的去除率出现了明显的下降，只有7 2 。由于使用f e n t o n 预处理提高了废水的可 生化性，同时也归功于使用了流态化的填料之后的高生物量以及高生物活性，才能够即使在c o d 负 荷高达3 7 5 9 c o d ( m 2 时还能一直维持较高的去除率和稳定的运行效果。 1 4 研究目的、意义和内容 1 4 1 研究目的和意义 移动床生物膜反应器( m b b r ) 是介于活性污泥法与固定生物膜法之间的一种高效、新型的复 合工艺，具有占地省、应用灵活、运行成本低、管理运行简单、无需反冲洗和污泥回流、处理能力 强、出水水质稳定等优点。在国内，还没有出现应用m b b r 工艺进行制革废水深度处理的相关报道。 试验目的主要包括： ( 1 ) 取得m b b r 的基本设计参数 ( 2 ) 检测m b b r 的处理出水水质并得出较优运行工况 ( 3 ) 确定m b b r 工艺的关键影响因素 ( 4 ) 选择合适的固液分离方法并进行试验 ( 5 ) 分析最终处理出水的回用途径及经济性 1 4 2 研究内容 研究的主要内容如下： 6 第l 章绪论 ( 1 ) 确定m b b r 的最佳运行工况 采用不同的填料设计表面负荷、d o 浓度、填料填充率以及温度值，试验研究不同工况对m b b r 处理效果的影响，并确定出相对较优运行工况。 ( 2 ) 确定m b b r 工艺的关键影响因素 具体分析各影响因素对出水水质的影响能力，确定出对出水水质相对影响较大的关键因素。 ( 3 ) 选择后续的固液分离方法并进行试验 通过污泥沉降性能分析，对比混凝沉淀和混凝沉淀+ 砂滤的出水效果，确定出相对适合的固液分 离方法。 ( 4 ) 分析最终处理出水的回用途径及经济性 为最终的处理出水寻找合适的回用途径，并对其经济性进行分析，判断回用的可行性。 7 车南大学砜学位论文 第2 章挂膜启动试验 2 1 试验目的与内容 准备试验器材，反应装置，进行挂膜启动试验。对进出水水质进行相关的检测，检测内容包括 c 0 d 。n i - i j - n ，p h ，以及d o 等。挂膜完成后，便可进行后续的各项试验内容。 2 工试验材料与方法 2 2 1 试验材料 ( i ) 反应器 如图2 - i 所示，试验用移动床生物胰反应器( m b b r ) 是一个直径3 0 c m ，高2 1 1 1 的有机玻璃桶。 由于试验所在场地及试验所用有机玻璃桶材质的限制，反应桶有效水深为1 5 m ，有效窖积i o s l ；而 在一般情况下，如无其他特殊要求，设计水深一般为缶m 。这样能更好的保证传氧效率。 m b b r 反应器采用穿孔管曝气，共设置5 根穿孔曝气管，均匀分布在桶底。试验时栖底曝气均 匀，使得填料在整个反应器内悬浮并上下翻滚。 圈2 - i 试验用m b b r 反应装置 ( 2 ) 悬浮填料 a n o x k a d n e s g l o b a l ( 安能国际) 悬浮填料具有如下优点：不受红虫侵扰： 6 啦8 0 的硝化 发生在生物膜上； 生物膜厚度很薄； 硝化菌连续不断地动态脱落井对活性污泥进行硝化菌接 种； 生物膜活件较强： 基本没有填料的损耗等。 镕2 $ 挂膜自动试验 图2 - 2 安能国际悬浮填科k l ，l ( 2 以厦k 的样式( 从左往右) 试验所采用的就是由a n o x k 灿e s g l o m 提供的k l 型( 图2 - 2 ) 悬浮填料( 直径9 l m m ，高72 m m 填料的比重界于0 9 6 1 2 0 之问，比表面积4 5 0 m z m 3 中国专利z l 9 5 1 9 2 7 6 12 ) 。 ( 3 ) 试验用水 本试验是在某皮革集控区的污水处理厂内进行的，该厂的污水主要来自皮革集控区内9 家皮革 厂的制革废水以及各厂排放的生活污水( 比倒约为9 ：1 ) 。挂膜期问为加快启动进程，进水采用该 皮革污水处理厂的初沉池出承，其进水水质：c o d 平均值3 0 0 0 m v l ，氨氮平均值为2 5 0 m g l m b b r 启动时水温较低( 约1 5 ) 。在反应器内接种污泥，接种污泥为诙污水处理厂的初沉污泥和剩余污 泥的混合污泥。 具体的运行参数见表2 - 1 。 表2 - t m b b r 反应器运行参数 22 2 试验方法 ( 1 ) 工艺流程 来自初沉池的出水泵至调节桶内( 1 0 0 0 l ) ，起均化水质的作用；通过蠕动泵控制进水水量将 调节桶内的污水泵至m b b r 反应器中。反应器为连续进水、连续出水装置，井采用穿孔曝气管底部 曝气。出水溢流至厂区下水管中。 ( 2 ) 取样方法 每天早晨8 点左右取样，进水样为调节桶内混合均匀后的水样出水样为m b b r 反应器出水沉 淀曲后的水样。 地结果与分析 参考其它载体挂膜启动过程，试验采用c o d 。和氨氮去除率两项指标作为判断挂膜成功与否的 标准，同时辅以微生物镜检以检验生物膜是否成熟”“。 2 31 生物膜的生长 在填料表面生物膜培养初期，不雌气的情况下，填料浮于桶内污水表面。在生物膜培养成熟后， 填料比重略大于水在桶内呈悬浮态曝气时能在全池流化( 见图2 - 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棍台，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一 方面使氧的利用率、水中有机污染物的传质效率等丈为提高，另一方面使老化的生物膜易于从填科 表面脱落，便于膜的更新，使膜保持活性。同时由于填科自身的运动，水流的冲刷以及相互问碰撞 等作用的髟响，致使填科的表面很难生长生物膜，而是主要生长于填料的内部结构中，如图2 4 所 示。 东南大学硕 位论i 矗j 叠 圈2 - 3m b b r 反应器内的填料 圈2 4 挂膜后的填科 2 3 2 出水水质分析 挂膜启动试验运行约一个月后，进出水水质逐渐趋于稳定稳定后的进出水浓度值及去脒率曲 线如图2 - 5 和2 q s 所示。 斛： v + c 口啪木镕度值 ? ： 、 j 、r 、r 。 莲 井 媾 o12345678 91 0 1 2 天数月 图2 - 5c o n 。进出水浓度值及去除率曲线 从图2 - 5 中看出，c o d = 的进术浓度值基本稳定在s 0 0 0 m g l 左右，出水浓度值维持在1 0 0 0 m g 几 左右，平均去除率为6 2 粕， 墓g著避璇ooou 第2 章挂膜启动试验 3 0 0 2 7 5 一 高 邑2 5 0 捌 蔗 隧2 2 5 辜2 0 0 z 1 7 5 1 5 0 图2 6n h 3 - n 进出水浓度值及去除率曲线 从图2 - 6 中看出，n h 3 - n 的进水浓度值基本稳定在2 7 0 m g l 左右，出水浓度值维持在17 0 m g l 左右，平均去除率为3 5 9 0 , 4 。 运行一个月后，m b b r 进出水水质已逐渐趋于稳定，对c o d = 的去除率能够稳定在6 0 0 , 4 以上， 对氨氮的去除率则稳定在3 0 * 4 以上，挂膜阶段基本完成。 2 3 3 水中微生物 通过显微镜观察发现，累枝虫属等原生动物的量有明显的增加，微生物种群分布进一步完善， 生物膜生长进入相对稳定期。此时，由于受水力剪切作用和营养底物