（环境工程专业论文）以ao方式运行的膜生物反应器的运行试验研究.pdf

1 愀 m a s t e rd i s s e r t a t i o no fs u z h o u u n i v e r s i t y o f s c i e n c ea n dt e c h n o l o g y3 c l e n c ea n d l e c n n 0 1 0 9 v e x p e r i m e n t a ls t u d yo f a na n o x i c a e r o b i c 僵e m b r a n eb i o r e a c t o r m a s t e rc a n d i d a t e ：c h e n y _ u s u p e r v i s o r ： p r o fl iy o n g m 勾o r ： e n v i r o m e n t a le n g i n e e r i n g s u z h o uu n i v e r s i t ) ，o fs c i e n c ea n dt e c h n o l o g y s c h o o lo fe n v i r o 啪e n t a ls c i e n c ea n de n g i n e e r i n g j u n e ，2 0 l o 苏州科技学院学位论文独创性声明和使用授权书 独创性声明 本人郑重声明：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。除文中已经注明引用的内容外，本论文不含任何其他个 人或集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究作出重要贡献的个人和 集体，均已在文中以明确方式标明。本声明的法律结果由本人承担。 做储躲墨 眺也年月墨日 学位论文使用授权书 苏州科技学院、国家图书馆等国家有关部门或机构有权保留本人所送交论文的 复印件和电子文档，允许论文被查阅和借阅。本人完全了解苏州科技学院关于收 集、保存、使用学位论文的规定，即：按照学校要求提交学位论文的印刷本和电子 版本：学校有权保存学位论文的印刷本和电子版，并提供目录检索与阅览服务；学 校可以采用影印、缩印、数字化或其他复制手段保存汇编学位论文；同意学校在不 以赢利为目的的前提下，用不同方式在不同媒体上公布论文的部分或全部内容。 ( 保密论文在解密后遵守此规定) 论文作者签名：隆扛日期：坦年月近日 论文作者签名：班日期：趁年t 月上生日 苏州科技学院硕+ 学位论文摘要 摘要 膜生物反应器( m e m b r 咖b i o r e a c t o r ，m b r ) 技术具有传统方法所不及的许多优 点，现已广泛应用于生活污水及工业废水的处理中。本课题将缺氧好氧工艺与膜生 物反应器结合起来，考察了系统对生活污水以及人工配制的啤酒废水的处理情况。同 时，考察了不同硝化液回流比和不同进水容积负荷对污染物去除效果的影响。在系统 处理生活污水期间，系统对c o d 、氨氮、浊度的去除效果均很好，平均去除率分别 为8 6 5 、9 8 4 、9 9 1 4 ，且不受硝化液回流比的影响。随着硝化液回流比提高， 系统对t n 的去除效率升高。当硝化液回流比达到3 0 0 时，系统对t n 的去除效率 达到8 0 。在系统处理啤酒废水期间，系统对c o d 、氨氮、浊度去除效果均很好， 平均去除率为9 5 7 4 ，9 7 8 4 ，9 9 5 。同时，系统也具有良好的反硝化效果。进水 容积负荷的升高对污染物的去除效果影响不大。当进水c o d 容积负荷由1 5 k g c o d ( m 3 d ) 经过五个阶段逐步增加到3 7 5 k g c o d ( m 3 d ) ，出水始终都维持在 l o o m g l 以下。运行过程中，污泥负荷始终维持在0 4 5k g c o d ( k g m l s s d ) 以下，从 而保证了系统对有机物的去除效果，c o d 去除率均能维持在9 4 以上。缺氧区的硝 酸盐污泥负荷维持在o 1 3 1 5 5 k g n 0 3 - n ( k g m l s s d ) 之间，反硝化效率维持在9 0 以上，其负荷是传统工艺的1 5 2 0 倍，因此系统具有处理高负荷污水的能力。虽然 好氧区p h 值在5 8 7 1 之间，但系统仍能保持很好污染物去除效果。系统对污染物 的去除主要依靠生化作用和膜的强化作用，其中生化作用占主要地位。本系统将射流 曝气应用于分置式膜生物反应器中，大大提高了氧的传递速率和利用效率，使反应器 内溶解氧充足，射流曝气以及循环泵的剪切作用使得污泥被“切割”成细小颗粒，大大 提高了生化效能。对比新膜和旧膜对原水的处理效果，结果表明膜上滤饼层的作用大 于膜的机械隔滤作用，因此在工程应用中，可采用造价更低的膜组件，提高系统的经 济性。 关键词：膜生物反应器，射流曝气，c o d 容积负荷，生活污水，啤酒废水 m a s t e rd i s s e 九a t a t i o no fs u z h o uu n i v e r s i t yo fs c i e n c ea n dt e c h n 0 1 0 9 ya b s t r a c t a b s t r a c t m e m b m eb i o - r e a c t o rt e c l l i l o l o g yh 嬲m 孤ya d v a i i t a g e s ，w i l i c ha r en o tp o s s e s s e db y n j a d i t i o n a lm e t l l o d sa n di th a st 1 1 ev e d rg o o da p p l i c a t i o np r o s p e c t ，a n dh a sb e e n 、惦d e l y u s e di nd o m e s t i cs e 、a g e 锄di n d u s t r i a lw 弱t ew a t e rt r e a n n e m t h es t u d yc o m b i n e dw i m a n o x i c a e r o b i cp r o c e s sa l l dm e m b r 觚eb i o r e a c t o r ，i n v e s t i g a t e dm e 吮a 衄e n te f f i c i e n c yo f p o l l u t 2 u f i t si i ld o m e s t i c 、v a g e 觚db r e w e 巧、a s t e w a t e r a n dm ei n n u e n c eo fi n t e m a l r e c y c l er a t i o 锄di n n u e n tl o a d so nt l l ep o l l u t a l l tr e m o v a l t h es y s t e mh 舔ab e t t e r 陀m o v a l e a e c to fc o d ，a m m o m an i 仃o g e n 锄dt u r b i d i 哆f o rd o m e s t i cs e w a g e t h ea v e r a g er e m o v a l m t e sw e r e8 6 5 、9 8 4 、9 9 1 4 ，觚dt l l er e m o v a le 腩c tw e r e n o ta 脏c t e db yi n t e n l a l r e c y c l er a t i o a si n t e m a lr e c y c l er a t i oi n c r e 硒e d ，m er e m o v a lr a t eo f1 ni n c r c 觞e d t h e r e m o v a lr a t ew 嬲8 0 、v h e nt 1 1 ei n t e m a lr e c y c l er a t i ow 私3 0 0 n 圮s y s t e mh 嬲ab e t t e r r e m o v a le f f e c to fc o d ，锄m o m ai l i 仃0 9 e n 锄dt u r b i d i t ) rf o rb r e w e 巧w 觞t e w a t e lt 1 l e a v e m g e 础n o v a lr a t e sw e r e9 5 7 4 ，9 7 8 4 ，9 9 5 t h ed e n i t r i f i c a t i o ne m c i e n c ya l s o w e mw e l li nt h es y s t e m t h e 陀m o v a le 腩c tw e r e n o t 盘c t e d b yi n n u e n tl o a d w h e nt h e i n n u e n tc o dv o l 啪e 仃i cl o a d i n g 舶m1 5 k g c o d ( m d ) t 03 7 5 k g c o d ( m d ) ，恤 e 御u e n ta j w a y sm a i n t a i n e db e l o wlo o m g l 1 1 1 es l u d g el o a d ，、) 幅c h 出w a y sm a j n t a i n e d b e l o wo 4 5 k g c o d ( k g m l s s d ) i nt h eo p e r a t i o np m c e s s ，t 0e n s u 陀m er e m o v a le 脏c to f p o l l u t 锄t s t h ec o d r e m o v a lr a t ea l w a y sm a i n t a j n e da b o v e9 4 i nt l l eo p e r a t i o np r o c e s s n l en i 仃a t e s l u d g el o a d i n g i i lt l l e锄o x i c a r e 如 w h i c hb e t 、e e n0 13锄d 1 5 5 k g n 0 3 - n ( k g m l s s d ) ，、懈1 5 2 0t i m e sl l i g l l e rt l l 锄血a t 明d e rc o n v e n t i o 砌 p r o c e s s a l t h o u g ht 1 1 ep hw 鹊5 8 7 1i i l r o b i ca r e 钆m es y s t e mh 硒b e n e rr e m o v a l e f r e c tf o rp o l l u t a i 】峪t h er e m o v mo fp o l l u t 锄t sm a i l l l yr e l yo nb i o c h e m i c a la c t i o n 锄d i n t e n s i f i e dr e m o v a lb yt i l em e m b r 觚e ，t l l ef 0 册e rp l a y sam 萄o rr o l e t h ej e t r a t i o n 、 u s e di nm em e m b l 锄eb i o r e a c t o ri i lo u rr e 沦a r c h o x y g e n 扛锄s f e r r i n gr a t e 锄du t i l i z a t i o n e 衢c i e n c y 、v 硒i m p r 0 v e d1 1 i g m yu s i n gj e t m t i o n 锄dd i s s o l v e do x y g e n ( d o ) w 私e n o u g l l s l u d g eg r a i nw 懿b m k ei n t op i e c e sb yj e t r a t i o n 锄ds h e 盯a c t i o no fc i r c u l 盯p 啪p ， i m p r 0 v i n gk g l l l yb i o l o g i c 酊e 历c i e n c y t h o u g hc o m p a r et h ep o l l u t 锄t sr e m o v a lb yn e w m e m b r 锄e 觚du s e dm e m b r 锄e ，t l l er e s u l ts h o w e dt 1 1 a tc a l ( el a y e rp l a ym o r ei m p o n 锄tr o l e t h a nf i l t r a t i o nb ym e m b r a n ef o rp o l l u t a n t sr e m o v a l t h e r e f o r e ，m o 舱c h e a p e rm e m b r 甜把 c a nb eu s e di ne n g i n e e r i n ga p p l i c a t i o n ，锄de c o n o m i c sc 锄b ei m p r 0 v e d k e y w o r d ：m e m b r a n eb i o - 豫a c t o r j e t r a t i o n ，c o dv o l 啪e 仃i cl o a d i n g ，d o m e s t i c s e 、v a g e ，b r e 、v e r yw 嬲t e 、v a t e r 苏州科技学院硕+ 学何论文目录 目录 摘要1 a b s t r a c t i i 目录i 第一章前言l 1 1 水污染概况1 1 1 1 水资源现状l 1 1 2 水污染技术的发展2 1 2 膜生物反应器技术3 1 2 1 膜生物反应器的历史3 1 2 2 膜生物反应器的特点5 1 2 3 膜生物反应器的研究现状6 1 2 4 膜生物反应器应用1 0 1 3 射流曝气技术。1 3 1 3 1 射流曝气的特点1 4 1 3 2 射流曝气的应用现状1 4 1 4 课题的提出15 1 4 1 射流曝气与m b r 的结合1 5 1 4 2 前期研究总结1 6 1 4 3 研究目的和意义1 6 1 4 4 研究内容1 7 第二章试验装置与研究方法l8 2 1 实验装置1 8 2 2 试验用水1 9 2 2 1 生活用水水质1 9 2 2 2 啤酒废水水质1 9 2 3 监测项目与分析方法2 0 2 4 试验的运行与控制2 l 2 4 1 处理生活污水时的参数控制与研究方案2 l 2 4 2 处理啤酒废水时的参数控制与研究方案2 1 第三章系统处理生活污水的试验研究2 2 3 1 污泥培养2 2 苏州科技学院硕十学何论文目录 3 2 污泥浓度及其形态变化2 2 3 3 污染物去除效果2 4 3 3 1c o d 的去除效果2 4 3 3 2 氨氮的去除效果2 5 3 3 3t n 的去除效果2 7 3 3 4 浊度的去除效果2 8 3 4 膜对原水的去除效果2 9 3 4 1 膜对c o d 的去除效果。2 9 3 4 2 膜对氨氮去除效果3 0 3 5 试验结果分析与讨论31 3 5 1 硝化液回流与污染物去除效果的关系3 l 3 5 2 容积负荷对去除效果的影响3 2 3 4 本章小结3 4 第四章系统处理啤酒废水试验研究3 6 4 1 污泥培养驯化3 6 4 2 系统对污染物的处理效果3 7 4 2 1c o d 的去除效果3 7 4 2 2 氮的去除效果3 8 4 2 3 浊度的去除效果4 l 4 3 试验结果分析与与讨论4 1 4 3 1 容积负荷对污染物去除效果的影响4 l 4 3 2p h 对污染物去除效果的影响4 4 4 3 3 溶解氧对污染物去除效果的影响4 5 4 4 系统优势分析4 6 4 5 本章小结4 8 第五章结论与建议4 9 5 1 结论4 9 5 2 建议4 9 参考文献5l 致谢厶5 6 作者简历5 7 苏州科技学院硕十学位论文第一章前言 1 1 水污染概况 第一章前言 水是关系到人类生存和社会发展的基本物质条件，是一种有限的、不可替代 的宝贵资源，也是实现经济社会可持续发展的重要保证。在我国经济快速增长、 各项建设取得巨大成就的同时，我们也付出了巨大的资源和环境代价，经济发展 与资源环境的矛盾日趋尖锐，群众对环境污染问题反应强烈。这种状况与经济结 构不合理、增长方式粗放直接相关。如若不加快调整经济结构、转变增长方式， 则资源支撑不住，环境容纳不下，社会承受不起，经济发展将难以继续。只有坚 持可持续发展、清洁发展，才能实现经济又好又快发展。近期我国一系列的节能 减排工作，就是应对全球气候变化的迫切需要所做出的措施。水环境的污染也在 日趋加重，使本来就十分短缺的淡水资源更加紧张：加上水的利用不合理，使世 界正面临着水资源的危机，并威胁着人类的生存和发展。因此，合理开发利用和 保护水资源，节约用水，是二十一世纪人类面临的重要课题之一。因此保护地球 水的生态环境的良性循环，对确保可持续发展具有十分深刻的现实和深远意义。 1 1 1 水资源现状 随着现代工农业生产的迅猛发展及现代高科技的诞生和实施，使自然界中水 污染情况日趋严重。目前，世界上几乎没有洁净的自然水。据资料记载，目前全 球有近8 0 个国家约1 5 亿人口面临水源不足，其中有近2 9 个国家4 5 亿人口完 全生活在缺水环境中；由饮水而引起的疾病占所有人类疾病的8 0 ；由水来传 播的4 0 多种疾病在世界范围内仍未得到有效的控制：全世界每年约5 0 0 万人死 于与水有关的疾病，每年有2 5 0 0 万儿童因饮用受过污染的水而生病致死。水资 源严重不足和人口发展的矛盾，将使人类对水的需求矛盾日益突出。而人类对环 境的破坏、温室效应以及全球水资源中河流的地理配置和降雨时空分布的不均衡 性，使水资源分布向两极化过渡。全球经济化、工业化、城市化的发展所造成的 污染以及对现有水资源生态环境良性循环的破坏，将使越来越多的人口面临水危 机。 我国是一个干旱缺水严重的国家。虽然我国的淡水资源总量约2 8 0 0 0 亿m 3 ， 占全球的6 ，仅次于巴西、俄罗斯和加拿大，名列世界第四位，但是，我国的 人均水资源共享源总量不足2 3 0 0 m 3 ，仅为世界平均水平的1 4 ，是全球人均水资 的迅速发展和城市化进程的进一步加快，水资源供需矛盾进一步突出。 社会发展到今天，我国的国民经济得到了迅速发展，而水源水质却已经倒退 了很多，甚至达到了一类或两类，但是我们国家的多数城市对饮用的自来水的处 理仍然在使用1 0 0 多年的传统水处理工艺。因此，在现行的城市自来水厂采用常 规水处理技术和工艺的自来水中，仍有许多有毒、有害于人体健康的污染物，有 些甚至可以查出数百种。这些有害于人体健康的污染物虽然含量不是很高，但是 由于人们长期饮用而导致这些有害的异物在人体内积累，并产生协同效应，当达 到一定程度时，将会影响人们的生命与健康；经过科学研究证明，尤其是目前城 市自来水消毒所产生的副产物和微量有机污染物是众所周知的致癌、致畸和致突 变污染物，有些有机污染物还具有导致人体内分泌紊乱和导致人体不孕症的作 用，这些污染物将直接关系到人类能否延续生存的问题。据中国预防医学科学院 统计，目前我国全年排污量超过4 3 5 亿吨。其中8 0 以上未经任何处理就直接 排入天然水体。全国城市9 0 的水域受到污染。有7 亿人饮用水的大肠杆菌严 重超标，3 亿人饮用水含铁量超标，1 1 亿人饮用高硬度水，0 5 亿人饮用高硝酸 盐水，全国3 5 个重点城市只有2 3 的居民饮用水基本符合卫生标准。 2 0 世纪9 0 年代以来，中国工业化程度快速上升，国民经济以g d p 平均每 年8 5 的增幅进入持续高速增长阶段。但这种快速增长也给资源和环境带来了 巨大的压力，环境污染问题日趋严重。发达国家工业化百年来分阶段出现、分阶 段解决的环境问题，在我国仅短短2 0 年的发展便集中出现【2 】。例如，太湖的水 污染引起了全国乃至世界高度关注，实际上全国类似的水体污染状况远远不止太 湖，安徽的巢湖、云南的滇池等污染也非常严重。这些主要是由高浓度生活污水、 农药污染和工业废水污染引起的，危及着人们饮用水源的安全。其中主要的污染 物来自生活污水中的高浓度粪便污水、禽畜污水；工业废水中的印染废水、制药 废水、化工废水、造纸废水等，这些难降解废水以及高浓度生活污水重破坏了水 体的生态环境，使水体中具有自净能力的水生植物消失，从而加剧了水体污染的 恶化1 3 1 。 1 1 2 水污染技术的发展 国家环境保护“十一五”科技发展规划提出，今后我国水污染治理技术的研究 方向应该放在开发深度脱氮、脱硫、除磷、除盐的集成技术，解决重点行业工业 2 苏州科技学院硕十学位论文第一章前言 废水处理稳定达标与回收利用问题；开发污水污泥无害化处置与资源化利用关键 技术，以及高效、经济的污水处理与再利用技术等。 由此，我国的水污染治理技术开发重点将着眼于重工业行业难处理废水、高 浓度难降解有机废水的生物处理技术、高浓度含氮、含硫废水的物化处理技术、 适合高盐度、高浓度含混酸盐废水的物化处理技术。在废水生物处理技术领域中， 应攻克难降解有毒废水处理的微生物菌种分离选育、高效微生物菌株的固定方 法、高效脱氮菌剂分离与培育、高含氮有机废水的高负荷生物脱氮、优化脱氮除 磷组合工艺等技术关键。在废水物化处理与生物处理相结合的组合处理工艺技 术，也将成为废水处理技术发展的必然趋势。另外，随着污水资源化和废水回用 要求的提高，废水深度处理技术也将成为水治理技术比较活跃的领域1 4 j 。 1 2 膜生物反应器技术 1 2 1 膜生物反应器的历史 膜与生物处理工艺结合的膜生物反应器研究迄今已有4 0 年了，m b r 的商业 应用也有3 0 年的历史了。1 9 6 9 年，美国的s m 汕首次报道了美国的d o 仃- o l i v e r 公司把活性污泥法和超滤工艺结合处理城市污水的方法。该工艺最引人瞩目的是 用膜分离技术取代常规的活性污泥二沉池，用膜分离技术作为处理单元中富集生 物的手段，而不是采用常规的回流循环来增加曝气池中微生物的浓度。 d o 盯- o l i v e r 公司在6 0 年代还开发了另一种膜处理工艺m s t ( m e m b 砌es e w a g e t r e a t m e n t ) 。尽管这些工艺取得了良好的出水水质，但由于当时膜技术发展相对 落后，膜材料种类少，价格昂贵，使用寿命短，限制了该工艺的长期稳定运行， 污水膜生物反应器仍然处于初级研究阶段。 1 9 7 0 年膜生物反应器进入日本市场。8 0 年代以后，随着膜制造技术的发展， 膜分离工艺的完善、膜清洗方法的改进和污水处理厂出水水质要求的提高，m b r 开始在污水处理行业得到应用。1 9 8 0 年z e n o n 环境公司成立，并于9 0 年代初期 开发研制了z e n o g e mi m b r 工艺，1 9 9 3 年z e n o n 公司开发中心并购了t h e t f l o r d 。 与此同时，在日本由政府发起的“水再生计划”，促进了农业机械公司k u b o t a 平 板式微滤膜组件i m b r 技术的开发，随后于1 9 9 0 年和1 9 9 2 年分别在h i r o s h i m a 和s a l ( a i 黜n l ( a i 进行了中试研究，处理量分别为2 5 m 3 d 和1 1 0 m 3 d 。到1 9 9 6 年 底，k u b o t a 已在日本建成6 0 座粪便水、生活污水、工业废水处理厂，总安装容 量为5 5 0 0 m 3 d 。今天，日本已经有数家公司提供成套产品，应用于家庭污水处 3 苏州科技学院硕十学位论文第一章前言 理和回用以及废水中c o d 较高的工业领域。 2 0 世纪7 0 年代早期，美国执安州的t h e t f l o r d 系统公司( 现为z e n o n 环境公 司的一部分) 推出了自已的外置式膜分离系统c y c l c l e t 工艺用于家庭污水处理。 该系统采用两级污泥好氧缺氧流程，外置管式超滤膜来处理污水。出水经过u v 消毒后用于冲厕。1 9 7 4 1 9 8 2 年间，t h e t f 0 r d 系统公司安装了2 7 套c y c l c - l c t 工艺产品。1 9 8 2 年，d o 盯_ o l i v e r 公司应用膜厌氧反应器系统( m a r s ) 来处理高 浓度食品废水。该工艺采用外部循环超滤膜，总负荷8 k g c o d “m 3 d ) ，c o d 去除 率达9 9 。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，其概 念在南非得以进一步发展而形成厌氧消化超滤工艺( a d u f ) 。a d u f 系统采用 管式超滤聚砜膜。 2 0 世纪8 0 年代末期，日本和美国同时开发了基于中空纤维( h o l l o w 舶r e ，h f ) 超滤膜的浸没式m b r 工艺，在日本该工艺的开创者是k a z u 0y 觚l 锄o t 0 及其合 作者。9 0 年代初期，z e n o g e m 工艺获得了专利，其在北美的总安装容量达到 2 8 0 0 m 3 d 。1 9 9 3 年，z e n o n 公司引入了首个浸没式z e e w r e e d 中空纤维膜组件 z w l 4 5 ，随后又很快新增了z w l 3 0 和z w l 5 0 膜组件。1 9 9 7 年，z w 5 0 0 系列及 时取代了以上膜组件。之后又于1 9 9 9 年、2 0 0 0 年和2 0 0 3 年相继研发了z w 5 0 0 b 、 c 和d 膜组件，2 0 0 0 年z e n o n 公司将设计思路转为工艺的整体运行效率及循环曝 气。在此期间，k u b o t a 公司也开发一些产品以提高整体能源效率。表1 1 表示了 m b r 的发展及商业化的概况。 表1 1m b r 的发展及商业化概况1 5 l 时间事件 2 0 世纪6 0 年 代后期 2 0 世纪7 0 年 代初期 2 0 世纪8 0 年 代初期 2 0 世纪8 0 年 代中期 d o m o l i v e r 公司开发分置式f sm b r t h e 仃0 r d 公司推出了多管式分置c y c l e 胁工艺，用于美国的污水回用项目 t e c h s e p 公司( 即r h o n e p o u i e n c ，后改为n o v 硒e po 他l i s ) 推出了分置式f s p l e i a d e 工艺，用于日本污水回用项目 n i t t o d e n l ( o 公司在日本申请浸没式f sm b r 专利 东京大学进行浸没式中空纤维m b r 的试验研究 4 表1 1m b r 的发展及商业化概况【5 j ( 续表) 时间事件 2 0 世纪9 0 年代初k u b o t a 公司在日本推出了浸没式f sm b r 期至中期w ；e i re n v i g 公司基于“m e m b r a l o x 膜推出了分置式a d u f 系统 z e n o n 公司在北美和欧洲推出垂直浸没式中空纤维膜组件z e e w e e d 技 术，于1 9 9 3 年并购了t h e 仃0 r d 公司 w 色h r l e 公司推出了分置式多管m b r 系统 m i t s u b i s h ir a y o n 公司推出了基于浸没式中空纤维膜s t e i i a p o 陀刑的m b r 工艺，水平安装 2 1 世纪初期u s f 公司推出了垂直浸没式中空纤维“m e i l l j e t 系统 h u b e r 公司推出了旋转f sm b r n o r i tx f l o w 公司开发了分置式气提多管膜系统 p u r o n 公司( 垂直浸没式中空纤维膜) 上市，被k 0 c h 公司并购 k o l o n 和p 躲缸k o t e a ) 公司引入了垂直浸没式中空纤维m b r t 0 r a y 公司引入f sm b r m i t s r b i s h ir a y o n 公司推出了垂直浸没式中空纤维m b r a s a h ik a s e i 公司推出了垂直浸没式中空纤维m b r 膜生物反应器于是2 0 世纪9 0 年代中期进入中国，近十多年来，许多高等学校、 科研院所和公司企业等单位对m b r 污水处理工艺开展了大量的研究，取得了令 人瞩目的成绩。同时，因m b r 具有出水水质良好、可直接回用、设备紧凑、运 行管理方便、污泥产量少等特点，在城市( 生活) 污水和工业废水处理中的应用也 逐渐得到重视在水资源紧缺日益严峻和污水排放标准愈加严格的形势下，m b r 污水处理新工艺呈现出了明显的。 1 2 2 膜生物反应器的特点 典型的m b r 工艺是将传统活性污泥工艺与膜分离相结合，其中膜分离用于 截留微生物。m b r 具有许多其他生物片理工艺无法比拟的明显优势，主要有以 下几点。 ( 1 ) 能够高效地进行固液分离，分离效果远好于传统的沉淀池，出水水质良 好，出水悬浮物和浊度接近于零，可直接回用，实现了污水资源化。 ( 2 ) 由于膜的高效截留作用，使微生物完全截留在反应器内，实现了反应器 水力停留时间( h i 玎) 与污泥停留时间( s i 汀) 的完全分离，运行控制更加灵活 5 苏州科技学院硕十学何论文第一章前言 稳定。 ( 3 ) 反应器内微生物浓度高，抗冲击负荷能力强。 ( 4 ) 泥龄长，有利于增殖缓慢的硝化细菌的截留、生长和繁殖，系统硝化效 率得以提高。通过运行方式的改变亦可有脱氮和除磷的功能。 ( 5 ) 膜分离使污水的大分子难降解成分，在体积有限的生物反应器内是足够 的停留时间，大大提高了难降解有机物的降解效率。反应器在高容积负荷、低污 泥负荷、长泥龄下运行，可以实现基本无剩余污泥排放。 ( 6 ) 对总大肠杆菌，粪便大肠杆菌，甚至噬菌体都能达到连续高效的去除效果。 因此，m b r 被广泛应用于污水回用技术【6 1 。 ( 7 ) 占地面积小，工艺设备集中。 1 2 3 膜生物反应器的研究现状 我国膜生物反应器污水处理新工艺的研究始于2 0 世纪9 0 年代的中期。近十 多年来，许多高等学院，科研院所和公司企业对m b r 污水处理工艺开展了大量 的研究，取得了令人瞩目的成绩【7 1 。近年，国内外学者在m b r 工艺，微生物种 类，以及对难降解工业废水处理方面进行大量的研究，并取得新的进展。 1 ) 好氧颗粒污泥m b r 工艺 好氧颗粒污泥是在好氧条件下自发形成的细胞固定化颗粒，因其具有良好的 沉降性能、较高的生物量和在高容积负荷下降解高浓度有机废水的良好生物活 性，可以形成具有同步硝化反硝化能力的微环境等特点而倍受关注。j i n g f e n g w a n g 【8 j 等研究表明，好氧颗粒污泥膜生物反应器( a g m b r ) 对人工合成废水具 有良好的有机物去除效果及同步硝化反硝化的能力。系统对总有机碳、氨氮、总 氮的去除率分别为8 5 4 9 1 9 、8 5 4 9 9 7 、4 1 7 7 8 4 。研究还表明， 同步硝化反硝化能力受污泥颗粒的影响，颗粒粒径的增加使得反硝化的速率及总 氮的去除能力增强。a g m b r 对高容积负荷的污水也有良好的去除，a g m b r 比 普通好氧颗粒工艺( a g ) 具有更高的稳定及生物多样性，能够长期稳定地去除 高负荷的有机污染物。当c o d 容积负荷在1 7 k g c o d ( m 3 d ) 1 6 7 k g c o d ( m 3 d ) ，a g m b r 均能达到良好的去除效果，c o d 平均去除率为8 4 【9 j 。颗粒 污泥m b r 的膜通量衰减速度下降5 0 以上，且通过空气反冲或用水清洗即可基 本恢复膜通量1 1 0 j 。但是，目前对于好氧颗粒污泥m b r 的研究均是小试规模，在 更大规模的试验中如何保持颗粒污泥的稳定性和颗粒污泥m b r 的优势有待于 今后进一步研究和验证。 6 苏州科技学院硕+ 学何论文 2 ) m b r 强化脱氮除磷的工艺 对于一般好氧m b r 工艺对有机物的去除均能达到较高的去除率，然而其在 脱氮除磷方面受到限制，因此为了能使m b r 工艺能够应用更加广泛，几乎所有 的传统脱氮除磷工艺均被应用到m b r 中，以强化其脱氮除磷的效果，并取得良 好的效果。由于膜的高效截留作用，膜将大量的世代期较长硝化细菌截留至反应 器内，使其充分生长繁殖，防止了硝化细菌的流失，因此m b r 自身的特征就使 其具有了良好的硝化效果。为了提高其脱氮除磷效果，许多研究者将m b r 与各 种脱氮除磷工艺相结合，并取得了良好的脱氮效果。如将o 工艺与m b r 相结 合，能达到很好的脱氮效果，由于缺氧区的设置给反硝化提供了充足的有机物和 反应场所，避免了由于硝酸盐和亚硝酸盐的积累对硝化的限制，同时在t n 的去 除方面也高于传统o 法【1 1 1 。研究表明，处理进水t n 浓度为6 0 m g l 、氨氮为 6 0 m g l 的中浓度模拟城市污水时，o 工艺m b r 可维持高效的硝化作用，系统 稳定行后硝态氮和亚硝态氮可维持在1 5 m g l 、5 m g l 左右，t n 的去除率达到 8 5 以上，氨氮去除率达到9 5 以上，具有良好的脱氮特性【1 2 】。尚海涛等应用 o m b r 处理回用城市生活污水，系统对c o d ，氨氮，t n 的去除率分别为9 4 ， 9 8 9 6 ，7 4 。潘懿等【1 3 】同样用o m b r 处理城市污水也达到了很好的去除效 果，c o d ，氨氮，t n 的去除率分别为：9 5 9 ，9 8 2 ，7 6 1 。k y u n g g u e ns o n g 等【1 4 j 研究了序批式缺氧厌氧膜生物反应器( s a m ) 的脱氮除磷效能，通过控制 缺氧厌氧的时间比来考察系统脱氮除磷的效能，研究表明：随着缺氧厌氧时间 比提高，脱氮效率升高，而除磷效率降低。由于m b r 泥龄长，实际上是不利于 磷的去除的。张志超等【”】研究了一种b n p r m b r 系统来强化脱氮除磷效果，系 统是由厌氧区，缺氧一区，缺氧二区，好氧区( 膜区) 组成。研究表明：缺氧区 有明显的反硝化聚磷的现象，在没有溶解氧的条件下，上清液中的t p 的减量与 硝酸盐的减量同步发生，由于膜面形成的相对致密的凝胶层，使得膜对胶体形态 磷的去除有一定的贡献，该工艺取得了较好且稳定的除磷效果，总磷的平均去除 率为9 2 o 。 3 ) m b r 中微生物种类的研究 为了进一步了解m b r 去除污染物的过程，近年对m b r 系统内微生物种类 的研究也逐渐增多。与常规生物处理工艺相比，膜生物反应器( m b r ) 系统由于污 泥停留时间长、污泥浓度高等特点，因此反应器内微生物种群结构呈现不同的特 点。相比于c a s ，m b r 的群落结构变化更大更快，说明m b r 具有更强的抗环 境因素变化的能力。从戴丝系数来看，尽管群落相似性越来越高，但群落始终处 于变化状态，这说明环境的微小变化( 进水水质、环境温度等) 都会引起生物群 7 苏州科技学院硕+ 学佗论文 第一章前言 落的变化l l 酬。在反应器的运行期间，既存在始终保持稳定的优势菌群，也有对 新环境适应能力较弱的原始优势种群以及适应能力较强的次级种群。微生物的结 构随反应器内不同时期环境的变化而做出改变，从而保证对污水处理效果的稳定 性【l7 1 。膜生物反应器中微生物种属之间通过协同和竞争作用，在长期稳定运行 形成了各自特有的生态群落结构；不同的m b r 中既有共同的优势种群也有各自 特有的种群；相同的微生物种群在不同的反应器中的优势地位不同。在操作工艺 相似的条件下，进水水质对总体微生物群落多样性有着较大的决定作用，当进水 中含有的可利用底物较为丰富时可以形成较多的优势种群。不同的m b r 中主要 优势种群都以胁阳d 6 口c 胞，妇纲和肋c f 淞为主。 氨氧化菌在系统中的相对数量不占优势。进水水质对氨氧化菌群影响较小， 不同的m b r 中，氨氮降解起主要作用的细菌群落属于相同的种属，且都处于顶 级地位，研究结果表明反应器中存在着多种氨氧化菌属，其中以亚硝化单胞菌属 最为普遍，并且鉴定出2 种反硝化菌属。说明在m b r 中除了传统的硝化途径外， 还同时有多种好氧反硝化反应存在于氨氮的去除过程中【1 8 l 。张洪军等【1 2 】利用荧 光原位杂交技术( f i s h ) 对m b r 中的细菌进行检测，结果表明，在o m b r 处理 生活污水的系统中，硝化作用的优势菌种为氨氧化菌和亚硝酸氧化菌。氨氧化菌 从系统运行初期到最后，始终占硝化菌的2 5 左右，亚硝酸氧化菌从系统运行 初期的3 5 增长到运行后期的5 5 左右。 与相同污泥龄的t o d 系统相比，m b r 系统中的生物相有明显不同，m b r 系统中原生动物的种类、数量均低于t o d 。长期不排泥是m b r 系统原生动物 群落多样性较低的重要原因；随着污泥龄的缩短，系统中原生动物的种类与数量 呈上升趋势【1 9 】。b a i l e y 等【2 0 】早期研究表明，在普通活性污泥法的污泥中有菌胶团 及原、后生动物，而在膜生物反应器的污泥中仅发现大量菌胶团，并无原、后生 动物的存在，这是由于在膜生物反应器中，活性污泥在生物反应器和膜组件之间 循环流动，并以较高流速通过膜表面，循环泵的水力剪切作用对几何尺寸较大的 原生、后生动物影响较大，使其难以生存。但这并不影响膜生物反应器对污染物 的高效去除。 4 ) m b r 处理工业废水及难降解废水的研究 近年来，膜生物反应器在工业废水方面的应用也日益广泛。自1 9 9 1 年后， 北美就开始大量报道m b r 在工业废水的研究成果。膜生物反应器能够处理传统 方法难以处理的一些工业废水，例如食品、饮料制造废水，化学生产过程废水， 汽车制造过程废水等1 2 。同时，对于一些难降解的废水也有较好的处理效果， 例如垃圾渗滤液的处理。 8 苏州科技学院硕十学位论文第一章前肓 日常的工业废水由于b o d 5 t l 洲高，用传统的好氧方法很难处理。仇- h y u n b 掣2 2 】将s b r 与m b r 相结合处理日常工业废水，研究表明：系统对b o d 5 处理率高达到了9 7 9 8 。由于m b r 中m l s s 高，尽管进水b o d 5 高，也能 得到低f m ，由于氮含量较其它污染物少，主要用于新细胞的生长。t kc h e n 等【2 3 】研究了o m b r 处理含高负荷有机氮的光电废水，进水中有机氮的含量占 总氮的