（环境工程专业论文）一体式膜生物反应器的运行研究.pdf

昆i 蝈理工人学硕士毕业论文 摘要 膜生物反应器是生物处理技术与膜技术的有机结合，以及对污染物的高效去 除、较少的剩余污泥产量和优质稳定的出水水质等优点，成为一种新型的污水处 理回用技术，所以对膜生物反应器工艺的基本理论和性能研究有利于这种工艺的 应用和推广。 本实验采用的一体式膜生物反应器主要是用活性污泥生物反应器与中空纤维 膜组件相结合，处理生活污水。实验研究表明，当污泥浓度为6 0 0 0 m g l ，d o 值 为3 m g l 以上，h r t 为6 h 时，膜生物反应器对c o d e r 、b o d 5 、s s 、n h 3 一n 、t n 、 t p 的去除效率分别达到9 5 9 8 、9 8 9 9 5 、1 0 0 、9 2 1 0 0 、6 0 8 4 、和3 4 6 4 。针对膜生物反应器除磷效果差的特点，在实验中选用铝盐 作为化学除磷剂，能获得较好的效果，在a 1 t p ( 摩尔比) = 1 5 2 0 时，系统除 磷效率可达7 2 8 6 。 在研究温度、p h 值、h r t 和d o 值对膜生物反应器处理效果的影响时发现， d o 为1 5 m g l 以上时，d o 值的变化对c o d e r 、b o d 5 、n h 3 一n 的去除效果影响不 大，但当d o 为o 5 m g l 时，系统对c o d e r 、b o d 5 、n h 3 n 的去除率迅速下降。 d o 值为1 5 m g l 时，系统对t n 的效率可达9 2 9 8 ，d o 为其他值时则去除 效率迅速下降。h r t 对系统处理效果的影响主要是水力停留时间过短会造成废水 与微生物来不及反应就从系统中排出，而当水力停留时间足够长的时候，h r t 对 系统去除率的影响不大，但对t p 的去除则随这h r t 的增加先增加后下降。温度 和p h 值的变化对系统处理效果无影响。 在研究同步硝化反硝化作用时发现，c n 、p h 值和温度对同步硝化反硝化作 用无影响，d o 是影响系统同步硝化反硝化的关键因素。在c n 为8 1 8 ，p h 值 为7 0 - - 8 5 ，温度为7 1 1 ，d o 值为1 5 m g l 对，同步硝化反硝化在系统中 起到了很好的作用，这一条件为同步硝化反硝化的最佳条件。通过对膜生物反应 器中同步硝化反硝化的机理分析发现，膜生物反应器中同步硝化反硝化的发生符 合反应器溶解氧分布不均理论以及缺氧微环境理论，系统反应器的结构以及系统 中污泥浓度也在一定程度上间接影响同步硝化反硝化的进行。 在研究膜污染时，实验采用膜抽吸压力的上升速率表征运行过程中膜过滤性 能的变化。正交实验结果表明，缩短抽吸时间或延长停抽时间和增加曝气量均有 利于减缓膜污染，但过短的抽吸时间、过长的停抽时间和过大的曝气量不能进一 摘要 步的减轻膜污染。因此应在确保一定产水率的前提下确定适宜的抽吸时间、停抽 时恻和曝气量。在污泥浓度为6 0 0 0 m g l 左右，通量恒定为5 l ( 1 1 1 2 d ) 的条件下， 最佳组合操作条件为抽吸时间1 0 m i n ，停抽时间4 m i n ，曝气量o 0 5 m 3 h 。三个因 素中抽吸时间对膜抽吸压力上升速率影响最大，曝气量次之，停抽时间最小。 关键词：膜生物反应器，生活污水，同步硝化反硝化，膜污染 n 垦塑型三查兰塑主兰些丝兰 a b s t r a c t m e m b r a n eb i o r e a c t o r ( m b r ) w a s ar e a s o n a b l ec o m b i n a t i o n o f b i o l o g i c a l t r e a t m e n tt e c h n o l o g ya n dm e m b r a n et e c h n o l o g yw i t hm a n ya d v a n t a g e ss u c ha sh i g h r e m o v a l e f f i c i e n c y o f p o l l u t a n t s ，l i t t l e s u r p l u ss l u d g e ，s t a b l e a n d h i g hq u a l i t y o f e f f l u e n t s oi tw a sb e c o m i n gan e wa n dr a q i dd e v e l o p i n gw a s t e w a t e rt r e a t m e n ta n d r e c l a m a t i o nt e c h n o l o g y ，s o t h er e s e a r c ho nt h eb a s i ct h e o r ya n dt h ep e r f o r m a n c eo f m b rw o u l db e n e f i tt ot h ea p p l i c a t i o na n ds p r e a do f t h i sp r o c e s s t h ei n t e g r a t i v em e m b r a n eb i o r e a c t o rt h a tw a sm a k e du p o ft h ea c t i v a t e ds l u d g e b i o r e a c t o ra n dm e m b r a n et r e a t e dt h ed o m e s t i cw a s t e w a t e r i nt h ee x p e r i m e n t w h e nt h e c o n c e n t r a t i o no f s l u d g ew a s6 0 0 0 m g l ，t h ec o n c e n t r a t i o n o fd ow a s b e y o n d3 m g l ，a n d h r tw a s6h o u r si nt h e e x p e r i m e n t ，t h ec o d e r ，b o d 5 ，s s ，n h 3 - n ，t n ，t p r e m o v a l e f f i c i e n c i e sw e r e9 5 9 8 ，9 8 9 9 5 ，1 0 0 ，9 2 1 0 0 ，6 0 8 4 a n d3 4 6 4 r e s p e c t i v e l y w i t h av i e wt ot h eu n e o n s p i c u o u st pr e m o v a le f f i c i e n c y b y m e m b r a n eb i o r e a c t o r ，t pw a sr e m o v e d e f f i c i e n t l yb y c h e m i cm e d i c i n eo f a l u m i n a t e ，a n dw h e nt h e r a t eo fa 1a n dt p ( m 0 1 ) e q u a lt o 1 5 2 0 ，t h et pr e m o v a l e f f i c i e n c yw a s7 2 8 6 w i t ht h e s t u d y o f t e m p e r a t u r e ，p hv a l u e ，h r t a n d d o c o n c e n t r a t i o n ，i tw a s t h e r e f o r ef o u n dt h a ti tw a sn o to b v i o u st ot h ei n f l u e n c eo fd oc o n c e n t r a t i o no nt h e c o d e r ，b o d sa n dn h 3 一nr e m o v a le f f i c i e n c i e sw h e nt h ec o n c e n t r a t i o no fd ow a s b e y o n d1 5 m g l ，a n d t h ei n f l u e n c ew a s l a r g e w h e nt h ec o n c e n t r a t i o no fd ow a s 0 5 m g l w h e n t h ec o n c e n t r a t i o no fd ow a s 1 5 m g l ，t h e i n f l u e n c eo fd o c o n c e n t r a t i o no nt h et nr e m o v a le f f i c i e n c yw a s9 2 9 8 o t h e r w i s et h et n r e m o v a l e f f i c i e n c yd e c l i n e t h ei n f l u e n c eo fh r t o nt h es y s t e mr e m o v a le f f i c i e n c yw a st h a t m i c r o b eh a v e n tt h es u f f i c i e n t r e a c t i v i n gt i m ew i t hw a s t e w a t e rw h i c hw a se x p e l l e d f r o mt h es y s t e m ，a n di tw a s n to b v i o u sw h e nh r tw a s e n o u g h a l o n gw i t hi n c r e a s i n g o fh r t t h ei n f l u e n c eo fh r to nt pr e m o v a l e f f i c i e n c ye n h a n c e df i r s t l ya n dt h e n d e c l i n e d i tw a s n to b v i o u st ot h ei n f l u e n c eo f t e m p e r a t u r ea n dp hv a l u eo nt h e c o n t a m i n a t i o nr e m o v a le f f i c i e n c y w h e n s t u d y i n g s i m u l t a n e o u sn i t r i f i c a t i o na n d d e n i t r i f i c a t i o ni nm e m b r a n e i i i 摘要 b i o r e a c t o r ，i tw a sf o u dt h a tt h ec o n c e n t r a t i o no fd ow a sak e yf a c t o ra n dt h ei n f l u e n c e o f c n ，p h v a l u ea n d t e m p e r a t u r e w e r e u n c o n s p i c u o u s w h e nc n ，p hv a l u e ， t e m p e r a t u r e a n dd oc o n c e n t r a t i o nw e r e8 1 8 ，7 0 8 s ，7 1 3 a n d 1 5 m g l ， s i m u l t a n e o u sn i t r i f i c a t i o na n dd e n i t r i f i c a t i o nm i g h tp r o c e e ds m o o t h l ya n dt h i sw a st h e o p t i m a lc o n d i t i o n w i t ha n a l y s i n gt h em e c h a n i s m o fs i m u l t a n e o u sn i t r i f i c a t i o na n d d e n i t r i f i c a t i o n ，i tw a sf o u n d e dt h a ti tw a sr e l a t e dw i t ht h et h e o r yo f d oo d d si nr e a c t o r a n dm i c r o - e v i r o n m e n t ，a n di tw a se f f e t e di n d i r e c t l yb yt h ec o n f i g u r a t i o no fr e a c t o ra n d s l u d g ec o n c e n t r a t i o nt h a ts i m u l t a n e o u sn i t r i f i c a t i o na n dd e n i t r i f i c a t i o nm i g h tp r o c e e d w h e ns t u d y i n gm e m b r a n e f o u l i n g ，t h ei n c r e a s i n g r a t eo fs u c t i o n p r e s s u r e o f m e m b r a n ew a su s e dt oe v a l u a t et h em e m b r a n ef i l t r a t i o nc h a r a c t e r i s t i c so fm e m b r a n e b i o r e a c t o rp r o c e s s t h r o u g hag r o u po ft e s tb ym e a n so fo r t h o g o n a lt a b l e ，i n f l u e n c eo f s u c t i o nt i m e ，s u c t i o ns u s p e n d e dt i m ea n da e r a t i o nr a t e 0 nm e m b r a n ef i l t r a t i o nw a s i n v e s t i g a t e d s h o r t e r s u c t i o nt i m e ，l o n g e rs u c t i o ns u s p e n d e dt i m ea n dl a r g e ra e r a t i o n r a t ec o u l da l l e v i a t em e m b r a n ef o u l i n g ，w h i c hi n f l u e n c e da c c u m u l a t i o na n db a c k t r a n s p o r t a t i o n o fp o l l u t a n t sa na n df r o mm e m b r a n es u r f a c e t h eo p t i m u mo p e r a t i o n p a r a m e t e r sw e r e 10m i n u t e so fs u c t i o nt i m e ，4m i n u t e so fs u c t i o ns u s p e n d e dt i ma n d a e r a t i o nr a t eo fo 0 5 m 3 hu n d e rt h ec o n d i t i o no fs l u d g ec o n c e n t r a t i o n6 0 0 0 m g la n d f l u xo fm e m b r a n e5 l ( m 2 h 、s u c t i o nt i m ew a st h ek e yf a c t o ra m o n gt h e s et h r e e f a c t 0 1s ，a n ds u c t i o ns u s p e n d e dt i m eh a dt h el e a s ti m p a c to nm e m b r a n ef o u l i n g k e y w o r d s ：m e m b r a n eb i o r e a c t o r ，d o m e s t i cw a s t e w a t e r ，s i m u l t a n e o u sn i t r i f i c a t i o n a n d d e n i t r i f i c a t i o n ，m e m b r a n ef o u l i n g i v 昆明理工大学学位论文原创性声明 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。对本文的研究做 出重要贡献的个人和集体，均已在论文中作了明确的说明并表示了谢 意。本声明的法律结果由本人承担。 学位论文作者签名：纠志、缂 日 期：2 1 t 0 4 - 年4 - 月，5 日 关于论文使用授权的说明 本人完全了解昆明理工大学有关保留、使用学位论文的规定，即： 学校有权保留、送交论文的复印件，允许论文被查阅，学校可以公布 论文的全部或部分内容，可以采用影印或其他复制手段保存论文。 导师签名：壁垒红主论文作者签名：壹i 耋：望 日 期：弛生生丝臼 旦 昆明理工大学硕士毕业论义 11 研究课题的提出 第一章绪论 以活性污泥为代表的传统好氧生物处理工艺长期以来在生活污水以及工业废 水处理中得到了广泛的应用。但由于采用重力式沉淀池作为处理水和微生物的固 液分离手段，由此带来以下几个方面的问题：( 1 ) 由于受二沉池对污泥沉降特性 要求的影响，当生物处理达到一定程度时，要继续提高系统的去除效率很难，往 往需要延长很长的水力停留时间也只能少量的提高总的去除率；( 2 ) 处理出水水 质不够理想且不稳定；( 3 ) 传氧效率低：( 4 ) 剩余污泥产量大；( 5 ) 管理操作复 杂：( 6 ) 污泥易膨胀；( 7 ) 系统受进水冲击负荷影响大。 近年来，随着社会经济的发展和人民生活水平的提高，人们对水环境质量的 要求越来越高。传统的生物处理工艺出水难以满足越来越严格的污水排放标准的 要求。另一方面，经济的发展所带来的水资源的目益短缺也迫切要求开发合适的 污水资源化技术，以缓解水资源的供需矛盾。 在这种背景下，各种新型、改良的高效废水生物处理技术应运而生，而其中 弓人注目的是用膜分离技术代替传统的重力式沉淀池，构成了新型的水处理技术， 膜生物反应器组合_ t 艺。膜生物反应器将膜的高效截留作用和生物反应器结合起 来产生良好的水处理效果，其主要特点】是：( 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r 实现了污水资源化。( 2 ) 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 r t ) 和污泥龄( s t r ) 的完全分离，使运行控 制更加灵活稳定。( 3 ) 反应器内的微生物浓度高，耐冲击负荷。( 4 ) 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 改变办可有脱氮和除磷功能。( 5 ) 泥龄长。膜分离使污水中的大分子难降解成分， 在体积有限的生物反应器内有足够的停留时间，大大提高了难降解有机物的降解 敬率。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 ) 系统采用p l c 控制，可实现全程自动化控制。( 7 ) 占地面积小， 工艺设各集中。 但我国对膜生物反应器的研究才刚刚起步，目前国内应用膜生物反应器处理 生活污水的处理厂还很少。 为此，针对膜生物反应器技术发展，通过对膜生物反应器处理生活污水的分 抬一章绪论 析，通过对各项工艺运行参数的测试和相关数据分析，探求适宜的工艺运行参数， 以指导于工程实践，比如：( 1 ) 现有的城市污水处理厂的更新升级和小规模的污 水处理厂的应用，特别是出水水质难以达标或处理流量剧增而占地面积无法扩大 的情况。( 2 ) 应用于无排水管网系统的地区，如小居民点、度假区、旅游风景区 等。( 3 ) 应用于有污水回用需求的地区或场所，如宾馆、洗车业、客机、流动公 厕等充分发挥膜生物反应器占地面积小、设备紧凑、自动控制的特点。 1 2 膜生物反应器的研究进展 1 2 1 国外膜生物反应器的研究进展 在国外膜分离生物反应器的应用中，9 8 以上是好氧膜生物反应器，其中5 5 以上是一体式膜生物反应器。好氧膜生物反应器主要是针对城市废水及生活污 水的处理，厌氧膜生物反应器主要是针对高浓度有机废水的处理1 2 】。h r t ( 水力停 留时间) 、s r t ( 污泥龄) 和污泥负荷对好氧膜生物反应器去除城市和工业废水的 c o d c r 和b o d s 影响不大，但污泥龄和污泥负荷对硝化效率有明显的影响。好氧膜 生物反应器处理城市污水，曝气分别占分体式和一体式m b r 总能耗的2 0 5 0 和8 0 1 0 0 。污泥浓度、污泥负荷和水力停留时间对m b r 的c o d c r 去除效 果影响不明显。污泥产率和污泥活性随着污泥龄的降低而增加，但污泥降解污染 物的能力不太受污泥龄变化的影响【3 】。同常规活性污泥法中的污泥相比，好氧膜生 物反应器中的污泥颗粒小，粘度高，泡沫多，结构疏松，活性低，并且污泥的沉 降和脱水性能差 4 5 , 6 , 7 , 8 1 ，在常规活性污泥法中较长的污泥龄有助于高一级微型动 物( 原生和后生动物) 的产生，但现有的研究表明，当膜生物反应器长时间不排泥时， 污泥中很少或没有原后生动物出现8 ，9 1 0 ，j 1 , 1 2 , 1 3 遗憾的是至今并不清楚为什么会 出现这种现象。采用荧光原位杂交( f i s h ，f l u o r e s c e n ti n s i t uh y b r i d i z a t i o n ) 对膜生 物反应器中的污泥进行分析，结果表明：膜生物反应器中微生物群落含有的细菌 细胞远少于常规活性污泥法，并且膜生物反应器的低污泥产率来自于微生物的内 源呼吸而不是生物捕食l b 】。 在膜污染的研究方面，根据国际纯粹和应用化学协会( i u p a c ，i n t e r n a t i o n a l u n i o no f p u r ea n d a p p l i e d c h e m i s t r y ) 的定义，由于悬浮物或可溶性物质沉积在膜的 表面、孔隙和孔隙内壁，从而造成膜通量降低的过程称为膜污染【1 4 】。根据该定义， 膜污染可划分为如下过程：膜孔内壁的吸附、膜孔的堵塞、膜表面泥饼层的压实 和形成、浓差极化【15 1 。污泥混合悬浮液中的胶体和可溶性物质是膜生物反应器膜 污染的主要影响因素【1 6 , 1 7 , 1 8 。一体式中空纤维膜生物反应器的试验表明，曝气是 2 昆叫理工大学 叭士毕业论文 影响膜通量和膜污染的一个主要因素，但只对膜外部污染( 颗粒沉积和浓差极北) 有效，而对膜内部污染没有效果【”】。不过，提高曝气速率 从1 2 m 3 ( m 2 h ) 提 高到3 6 m 3 ( m 2 h ) ) ，可大幅降低膜的水力阻力，从而增加膜通量。在给定的曝 气条件下，定期反冲洗可大大减轻膜污染 1 6 , 2 0 。分体式和一体式膜生物反应器的 试验表明，通过曝气在中空纤维膜内形成活塞流，可大大减轻膜污染，从而可提 高膜通量2 4 倍】。 1 2 2 国内膜生物反应器的研究进展 我国对膜生物反应器污水处理工艺的研究起步较晚，目前多处于实验室的研 究阶段，工程应用仍较少。研究主要集中在城市废水及生活污水的回用。同时也 开始涉及工业废水处理研究，其中主要是高浓度有机废水及难降解废水的研究， 主要是采用膜生物反应器处理巴西基酸生产废水【2 2 1 、造纸废水 2 3 2 4 】、石油化工污 水 25 j 、调味品厂高浓度有机废水2 6 1 、中药废水【2 7 。 我国膜生物反应器对城市废水及生活污水的研究主要是探索不同生物处理工 艺与膜分离单元的组合形式，生物处理工艺从活性污泥法扩展到接触氧化法、生 物膜法、活性污泥法和生物膜相结合的复合式工艺。刘锐【2 鄙等在研究膜生物反应 器与传统活性污泥工艺进行比较后发现，在运行条件一致的情况下，膜生物反应 器有更强的去除能力。陈卫文【29 】等研究膜生物反应器对各分子质量区间内有机物 的去除规律发现，物理截留作用可完全截留粒径 o 2 2 9 m 的有机物，而活性污泥 的降解作用以及膜表面滤饼层和凝胶层的共同作用可去除大部分o 2 2 9 m 以下的有 机物。张西旺p0 】等在研究一体式膜生物反应器处理高氨氮小区生活污水的中试实 验中发现，通过增设泥水回流和缺氧区可将氨氮去除率从6 0 提高到9 5 以上。 周建仁【3 【| 等在研究膜生物反应器处理高浓度生活污水的实验中发现，在进水 c o d e r 为1 2 5 0 1 3 5 0 0 m g 1 时，去除率可高达9 4 1 9 8 6 ，b o d 5 的去除率可 达9 8 以上。同时，国内的学者也开始研究膜生物反应器中运行参数的数学模型， 主要为最佳水力停留时间 3 2 1 最佳排泥时剐3 3 1 以及最佳反冲洗周期【3 4 ，并通过实 验得到验证。 在膜生物反应器的研究中，膜污染是制约其发展的主要因素之一，目前国内 学者对膜污裟的控制做了大量的工作，现在对膜污染研究的热点主要集中在减缓 膜污染r 从而增加膜组件的实际使用寿命方面。污泥去除负荷、系统运行稳定状 况和反应器流态时影响膜清洗周期的重要因素【3 5 1 ，而膜内表面微生物的滋生和膜 外表面污泥层的附着是造成膜污染的重要因素【3 6 1 。膜污染的外表面是微生物污染、 有机污染和无机污染相互作用而形成的，内表面以微生物污染为主【3 ”。通过停止 进出水维持空曝气、降低反应器内污泥浓度或延长膜的停抽时间可以使沉积在膜 表面的悬浮污泥脱离膜表面，从而使膜过滤能力得到很好的恢复1 3 。当抽吸时间 和抽停时间比分别为1 5 m i n 和3 8 时，膜通透性较高，同时增加曝气量，对膜通 透性有一定的改善【3 。国内学者 4 0 1 通过比较活性污泥反应器、生物膜反应器和复 合式反应器分别与膜分离相结合时的运行特性发现，膜一复合式反应器膜通透量 最大。常规物理清洗可使滤饼层大部分脱落，碱液清洗对膜过滤性能的恢复作用 显著，与超声波结合的化学清洗效果更好”“。碱洗能去除大部分的微生物和有机 污染物对膜内外表面的清洗效果显著；而酸洗对膜表面的无机垢体清除效果较 为显著【”】。高浓度盐水对膜表面形成的胶体层和凝胶层进行清洗，能收到良好的 效果( 4 ”。在膜生物反应器中投加粉末活性炭不会造成膜过滤阻力的增加，而粉末 活性炭投加量越多，膜过滤阻力也越小1 4 3 1 。 1 3 研究课题的主要内容 研究采用生物膜反应器与超滤膜的组合工艺处理生活污水，主要研究内容如 下： ( 1 ) 通过分析c o d c r 、b o d 5 、s s 和d o 、h r t 、p h 、水温，研究本工艺在 有机物和悬浮物方面的去除能力及环境因素对系统去除效果的影响。 ( 2 ) 通过分析n h 3 - - n 、t n 、t p 和d o 、h r t 、p h 、水温，研究本工艺在氨 氮、总氮和总磷方面的去除能力及环境因素对去除效果的影响，同时初步探讨了 体式膜生物反应器同步硝化反硝化的机理。 ( 3 ) 在超滤膜部分，通过对抽吸压力变化情况的考察，研究膜污染问题。控 制膜生物反应器的操作条件，研究抽吸时间、停抽时间、曝气强度对抽吸压力平 均上升速率的影响；针对抽吸压力平均上升速率寻求适宜的操作条件，以期能最 大限度地减缓膜污染，延长膜的使用寿命。 1 4 实验研究的目的 通过对一体式膜生物反应器的实验研究，探求膜生物反应器对生活污水的处 理效果和域缳膜污染的方式，预期获得以下结果： ( 1 ) 获得膜生物反应器处理生活污水中特征污染物( c o d c r 、b o d 5 、s s ) 的 处理效果及环境因素( 温度、p h 值、d o 值、h r t ) 对其的影响，找出膜生物反 应器运行的最佳条件。 昆明理工大学硕士毕业论文 ( 2 ) 获得膜生物反应器处理生活污水中n h 3 一n 、t n 的去除效果及环境因素 ( 温度、p h 值、d o 值、h r t ) 对其的影响，寻求膜生物反应器同步硝化反硝化 发生条件，探求膜生物反应器中同步硝化反硝化的发生机理。 ( 3 ) 获得膜生物反应器生物除磷及化学除磷的优化操作条件。 ( 4 ) 获得减缓膜污染的最优化运行方式。 第二章实验方案的选择及系统的启动 2 1 实验方案 第二章实验方案的选择及系统的启动 膜生物反应器是膜组件和生物处理结合的一种新型污水处理技术，按照膜组 件在系统中的设置位置，可分为分置加压式和一体抽吸式两类 4 4 , 4 5 ，一体式膜生 物反应器装置占地省，能耗少，近年来有关它的研究在国内外受到广泛关注 4 6 , 4 7 , 4 8 1 。在实验研究中，选用膜组件和活性污泥法的组合工艺处理生活污水，把 取来的生活污水先经预处理( 除去其中对活性污泥和膜过滤有影响的粗大颗粒) ， 预处理后的水进入膜生物反应器中处理，在反应器中废水先经反应器中的活性污 泥吸附降解，后通过泵的抽吸作用，经中空纤维膜组件出水。在实验过程中，采 用连续进水、连续出水、连续曝气的运行方式。选用的实验方案如图2 一l 所示。 生活污 图2 1 膜生物反应器方案图 f i g 2 1t h es c h e m eo f m e m b r a n eb i o r e a c t o r 2 2 实验装置及分析方法 2 2 1 实验用水 出水 本实验主要是针对生活污水的处理。实验用水取自昆明理工大学( 莲华校区) 教工生活区的化粪池出水，其水质指标见表2 1 ，为典型生活污水，生化降解性好。 表2 - 1 实验用水水质 t a b l e 2 一lt h ew a t e r q u a l i t yo f i n f l u e n t 指标 ? 0 d 盯8 0 队 s s p h 值 n h 3 - n烈t p ( m g l )( m g l )( m g l ) 1 ( m g l )( m g l )( m g l ) 。 1 8 9 2 9 9 3 -7 8 9 - 18 4 2 0 9 2 1 5 2 1 32 8 0 92 6 0 1 3 3 14 0 2 9 4 垦堕矍王查兰堡主兰些丝兰 2 2 2 实验装置 1 、高位水箱：2 、液位平衡水箱：3 、微孔曝气器；4 、膜组件：5 、生物反 应器：6 、真空表：7 、出水泵；8 、空压机；9 、气体流量计；1 0 、 液体流量计；1 1 过滤网；1 2 、浮球阀 图2 2 一体式膜生物反应器实验装置 f i g 2 2t h ee x p e r i m e n t a lc o n f i g u r a t i o no fm e m b r a n eb i o r e a e t o r 如图2 - 2 所示，4 为中空纤维膜组件，膜材质为聚砜，膜孔径为o 0 5 u m ，膜组 件长度为0 3 5 m ，膜的表面积为2 m 2 。反应器5 的体积为5 0 l ，进水先经筛网1 1 ( 网 孔l m m ) 过滤后进入高位水箱l ，反应器的液位与液位平衡箱2 连通，并由液位 平衡箱中的浮球阀1 2 进行控制，随出水流量的变化，由浮球阎1 2 进行自动控制， 可同步保持出水流量与进水流量平衡。本装置采用微孔曝气器3 进行曝气，曝气 器设置在膜组件的下方，一方面提供微生物分解有机物所需的氧气另一方面可 在膜面造成一定的紊动，减缓污泥在膜表面的沉积。曝气量可由空气流量计9 进 行调节，气体由空压机8 提供。出水动力由出水泵7 提供，出水泵采用间歇抽吸 运行方式，抽吸频率由时间控制器控制，根据实验需要进行调节。膜的出水压力 由压力真空表6 测量。出水流量可由液体流量计1 0 进行调节。在膜生物反应器中 活性污泥被膜组件截留，一部分水和小分子物质透过膜( 出水) 。 2 ；2 3 实验分析方法 本实验采用国家环保局编写的水和废水监测分析方法一书中规定的方法 进行分析测定。日常分析测定的项目包括进出水和反应器上清液的c o d 。，、b o d h n h 3 。n 、t n 、t p 、进水s s 、m l s s 等。具体分析项目和方法见表2 2 。 7 词 卜 第二章实验方案的选择及系统的岗动 表2 - 2分析项目与方法览表 t a b l e 2 2t h e a n a l y z i n gi t e ma n d m e a s u r e 分析项目 分析方法 c o d c r b o d s p h s s n h 3 一n t n t p m l s s d o 重铬酸钾法 稀释接种法 精密试纸 滤纸法 纳氏试剂分光光度法 过硫酸钾氧化：紫外分光光度法 过硫酸钾消解一钼锑抗分光光度法 滤纸法 碘量法 2 3 清水实验 为了解膜的过滤特性，在实验前测试了通量与操作压力之间的关系。其关系 见表2 - 3 。 表2 - 3出水通量与操作压力关系袭 t a b l e2 - 3t h er e l a t i o no ff l u xa n d o p e r a t i n gp r e s s u r e 出水通量( l ，h )操作压力( m p a ) 5 6 2 8 8 1 6 5 2 0 4 - 0 0 0 5 - 0 0 0 9 0 0 1 8 o ，0 3 - 0 0 4 从表中可以看出，出水通量随着抽吸压力( 真空度) 的增加而迅速增加。在 国内外的研究中发现。当操作压力低于临界压力时，膜通透量随压力增加而增加： 而高于此值时会引起膜表面污染的加剧，过透量随压力的变化不大，1 相对予恒 压控制恒流控制是保持膜组件的通置恒定。试验表明。恒流控制减缓了膜污染 速度，还提高了膜的比通量1 5 0 , s t 。因此在实验中为了减缀膜污染以及延长膜的 使用寿命，选择恒通量运行方式，选定的出水通量为5 l h ，初始操作压力为 0 0 0 5 m p a 昆明理工大学碗士毕业论文 2 4 膜生物反应系统的启动 2 4 1 污泥培养 实验所用生活污水为典型生活污水，实验所用污泥取白昆明第四污水处理厂 反应池中的活性污泥，污泥不需驯化，启动阶段污泥培养主要是针对膜生物反应 器中的污泥增殖。本实验在污泥培养阶段为了使污泥迅速增殖，在系统的启动阶 段未进行排泥。启动阶段污泥增长如图2 3 。 3 0 划 迸 赠 螺 5 5 0 0 5 0 0 0 4 5 0 0 4 0 0 0 123456 789 天数( d ) 图2 3系统启动阶段污泥增长 f i g 2 3 t h ei n c r e a s i n go f s l u d g ei nt h ep h a s e o f s y s t e ms t a r t u p 从图中可看出，污泥浓度随时间的增加呈直线关系，在不排泥的情况下，污 泥增长较快，主要是由于生活污水营养物充足，污泥活性较强。许多研究表明， 活性污泥浓度的高低对膜的通透量影响较大 5 2 1 ，污泥浓度商时，膜的通透量下降 快，运行周期短，维持低浓度的活性污泥，对改善膜的通透量有利，但又会导致 生物反应器的处理效果降低。因此在实验中，当反应器中污泥浓度升到6 0 0 0 m g l 附近时，进行系统的运行实验，同时通过一定的排泥使系统中的污泥控制在 6 0 0 0 m g l 左右。 2 4 2 系统启动阶段运行效果分析 在系统启动阶段，为了使污泥能快速增长以及膜污染的最小化，采用的操作 条件为：抽吸时间为1 2 m i n ，停抽时间为4 m i n ，出水流量为1 0 l h ，h r t 为8 h 。 进行了系统启动阶段影响各特征污染物处理效果的摸索研究。 2 4 2 1 系统启动阶段对有机物的处理效果分析 第二幸实验方案的选择及系统的启动 在系统启动阶段，研究了膜生物反应器对有机物( c o d e r 、b o d 5 ) 的去除影 响，以及其受运行因素的影响。 ( 1 ) 进水p h 值对有机物( c o d e r 、b o d j ) 去除效果的影响 系统启动期间，当系统温度为1 l 13 ，反应器d o 值 3 m g l 时，研究 了进水p h 值对有机物( c o d e r 、b o d 5 ) 去除效果的影响，如图2 4 、图2 5 所 不o + 进水c o d c r+ 上清夜c o d c r+ 出水c o d e r * 微生物c o d c r 去除率十c o d c r 总去除率 6 0 0 5 0 0 4 0 0 3 0 0 2 0 0 1 0 0 0 7 27 57 7 d h 值 1 0 0 8 0 6 0 琶 4 0 錾 相 2 0 0 图2 4 系统启动阶段，p h 值对c o d 。，的去除影响 f i g 2 - 4t h e i n f l u e n c eo f p h v a l u eo nc o d e rr e m o v a le f f i c i e n c yi nt h ep h a s eo fs y s t e m s t a r t u p + 进水b o d 5+ 上清夜b o d 5十出水b o d 5 - - 亡x - 微生物b o d 5 去除率* b o d 5 总去除率 3 0 0 2 5 0 2 0 0 1 5 0 1 0 0 5 0 o 7 27 57 7 p h 值 1 0 0 8 0 ，、 6 0 琶 4 0 鍪 2 0 稍 0 图2 5 系统启动阶段，p h 值对b o d 5 的去除影响 f i g 2 - 5t h ei n f l u e n c eo fp h v a l u eo nb o d 5r e m o v a le f f i c i e n c yi nt h ep h a s eo f s y s t e m s t a r t u p 从图2 4 、图2 5 可以看出，在系统的启动阶段，当进水p h 值在7 2 到7 7 1 0 (t_1be)j。ood (1，oe_)oo 垦望翌三查兰堡主兰些丝苎 之f 刚变化时，系统对有机物( c o d c r 、b o d 5 ) 的总去除率分别稳定在9 5 和9 8 以上。当进水c o d c r 、b o d 5 增加较大时，系统中的活性污泥仍能发挥很好的效 能，出水c o d c r 、b o d 5 均能保持在1 6 m g l 和3 m g l 以下。其原因主要是因为实 验所用的污泥为处理城市生活污水的活性污泥，在污泥引入本实验之前，能较好 的适应p h 值在6 到9 之间的变化，因此在本实验中p h 值的微小变化不会影响污 泥的活性。 ( 2 ) 温度对有机物( c o d c r 、b o d 5 ) 去除效果的影响 系统启动期间，当进水p h 值为7 2 8 0 ，反应器d o 值 3 m g l 时，研究了 温度对有机物( c o d c r 、b o d 5 ) 去除效果的影响，如图2 6 、图2 7 所示。 1 1 t ” 图2 6 系统启动阶段，温度对c o d e r 的去除影响 f i g 2 6t h e i n f l u e n c eo ft e m p e r a t u r eo i lc o d e rr e m o v a le f f i e i e n e yi nt h ep h a s eo f s y s t e ms t a r t u p 1 11 21 3 t ( ) x v 槲 篮 啪 图2 7 系统启动阶段，温度对b o d 5 的去除影响 f i g 2 7t h e i n f l u e n c eo f t e m p e r a t u r eo nb o d 5r e m o v a le f f i c i e n c yi nt h ep h a s eo f s y s t e ms t a r t u p 由图2 6 、图2 7 可知，在膜生物反应系统的启动阶段，随着温度的上升 第二章实验方案的选择及系统的启动 系统对有机物( c o d e r 、b o d 5 ) 的总去除率分别保持在9 5 9 和9 8 4 以上，随 着进水c o d c r 、b o d5 的增加，系统对其的去除率稳定。主要是因为实验使用的污 泥为昆明市第四污水处理厂反应池中的活性污泥，在其系统的长期运行中，污泥 能较好的适应外界气温的变化，因此在引入本实验中，活性污泥能较好的适应实 验的低温天气，保持系统中污泥的活性。 ( 3 ) d o 值对有机物( c o d c r 、b o d 5 ) 去除效果的影响 系统启动期间，当进水p h 值为7 2 8 5 ，温度为1 1 1