（环境工程专业论文）缺氧—好氧复合式mbr工艺处理城市生活污水的实验研究.pdf

太原瑾工大学硕士研究生学位论文 瑚i l l l l l l l i l i l l l i l l l l l f i t l l l l t j l t l l i p y 2 15 5 7 8 3 缺氧一好氧复合式m b r 工艺处理城市生活污水的实验研究 摘要 近年来随着水体富营养化的闯题，脱氮除磷受到更多的关注。膜生物 反应器( m e m b r a n eb i o r e a c t o r ，m b r ) 作为一种新型高效的污水处理技术 圜益受到各国研究者的关注，但对氮、磷的去除却很难达到愈来愈严格的 排放要求，因此强化m b r 3 ：艺生物段的脱氮除磷功能成为露前研究的热点 问题。氮、磷是导致水体富营养化的主要污染物，研究开发经济、高效的 脱氮除磷工艺已成为目前城市污水处理及提标改造的研究热点。在人们致 力于探索高效而节能的水处理新技术中，膜分离技术代替二级生物处理工 艺中的传统重力式沉淀池所构成的膜生物反应器( m b r ) 水处理工艺，具有 生物处理和膜分离的双重特点，逐渐被重视并不断以各种组合形式应用于 城市污水的脱氮除磷实践中针对圜益突出的水环境污染问题，对水处理技 术提蕊了更高要求。 本试验通过对m b r i 艺进行改造，采用复合式m b r ，在其前面加一个缺 氧池而形成缺氧一好氧m b r ，在复合式m b r 中投加半软性填料与组合填料进行 挂膜，发现组合填料的挂膜时间、处理效果都要优于半软性填料。稳定运 行时具体考察出水水质的c o d 、n h 。l h 、t p 、t n 等指标的去除效果，一般情况 下c o d 的出水浓度1 8 3 6 m g l 、氨氮的出水浓度4 4 4m g l 、t n 的出水浓度1 3 7 2 m g l 、t p 的出水浓度0 4 6m g l ，均能达到城镇污水处理厂污染物排放标准 ( g b l 8 9 1 8 - - 2 0 0 2 ) 一级a 标准。 太原理工大学硕士研究生学位论文 为使试验污水的达到理想的处理效果，对其影响因素温度、d o 、h r t 、有 机负荷、混合液回流比等进行数据分析，发现在温度为2 4 。c ，d o 为3 m g l ，h r t 为8 h ，有机负荷为3 2 0 m g l ，混合液回流比为2 0 0 时，去除效果最佳。与此同时， 对船r 工艺与其他工艺进行了技术分析比较。 实验结果表明，缺氧一好氧船r - v 艺处理城镇污水，出水水质良好，而且具 有很好的脱氮除磷效果，结合船r 造价低，占地面积小等特点，具有很好的社 会前景。 关键词：缺氧一好氧m b r ，脱氮除磷，填料、生活污水、影响因素、技术经 济分析 a n o x i ( 一o cc o m p o s i t em b rt e c h n o l o g y f o rm u n i c i 魏l r a s 髓飘炎妊激熙e 俎m 匮n rs t u d y a b s t r a ( 了r m o r ea t t e n t i o ni nr e c e n ty e a r sw i t ht h ep r o b l eo fw a t e re u t r o p h i c a t i o n ， n i t r o g e n a n d p h o s p h o r u s r e m o v a l t h em e m b r a n eb i o r e a c t o r ( m e m b r a n e b i o r e a c t o r ，t h ei v m r t ) a san e wa n de f f i c i e n ts e w a g et r e a t m e n tt e c h n o l o g i e s h a v eb e c o m ea ni n c r e a s i n gc o n c e r no fa l lr e s e a r c h e r s ，b u tt h er e m o v a lo f n i t r o g e n ，p h o s p h o r u si sd i f f i c u l tt oa c h i e v et h ei n c r e a s i n g l ys t r i n g e n te m i s s i o n r e q u i r e m e n t s ，a n dt h e r e f o r es t r e n g t h e nt h em b r p r o c e s st h eb i o l o g i c a ls e c t i o n o ft h en i t r o g e na n dp h o s p h o r u sr e m o v a lc a p a b i l i t i e st ob e c o m eah o ti s s u ef o r t h ep r e s e n ts t u d y 。n i t r o g e n ，p h o s p h o r u sa n dl e a dt oe u t r o p h i c a t i o no fm a j o r p o l l u t a n t s ，r e s e a r c ha n dd e v e l o p m e n to fe c o n o m i c ，e f f i c i e n tn u t r i e n tr e m o v a l t e c h n o l o g yh a sb e c o m et h et r a n s f o r m a t i o n o fu r b a ns e w a g et r e a t m e n ta n d m e n t i o n e ds t a n d a r d i n p e o p l e c o m m i t t e dt o e x p l o r i n g e f f i c i e n ta n d e n e r g y e f f i c i e n tw a t e rt r e a t m e n tt e c h n o l o g y ，m e m b r a n es e p a r a t i o nt e c h n o l o g y i n s t e a do ft r a d i t i o n a lg r a v i t ys e d i m e n t a t i o nt a n k si nt w ob i o l o g i c a lt r e a t m e n t p r o c e s s e sc o n s i s t i n g o fm e m b r a n eb i o r e a c t o r ( m b r ) o fw a t e rt r e a t m e n t i i i 太原理工大学硕士研究生学位论文 p r o c e s s e s ，w i t hb i o l o g i c a lt r e a t m e n ta n dm e m b r a n es e p a r a t i o nc h a r a c t e r i s t i c so f b o t h ，a n dg r a d u a l l yb e i n gt a k e ns e r i o u s l ya n dc o n s t a n t l yp u tah i g h e rd e m a n d f o ra ni n c r e a s i n g l yp r o m i n e n tw a t e r p o l l u t i o n ，w a t e rt r e a t m e n tt e c h n o l o g yu s e d i nt h ep r a c t i c eo fn i t r o g e na n dp h o s p h o r u sr e m o v a li nu r b a ns e w a g ei nv a r i o u s c o m b i n a t i o n s i nt h i se x p e r i m e n t ，t h em b rp r o c e s st r a n s f o r m a t i o n ，w i t ht h ec o m p o s i t e m b rt oa na n o x i ct a n ki nf r o n to ft h ef o r m a t i o no ft h el a c ko fo x y g e n - a e r o b i c m b r ，s e m i s o f ts t u f f i n gd o s i n gw i t ht h ec o m b i n a t i o no ff i l l e rb i o f i l mf o r m a t i o n i nt h ec o m p o s i t em b rf o u n db i o f i l mf o r m a t i o nt i m eo ft h ec o m b i n a t i o no ff i l l e r ， t h et r e a t m e n te f f e c ti sb e t t e rt h a nt h es e m i - s o f ts t u f f i n g s p e c i f i c i n s p e c t i o n i n d i c a t o r so fe f f l u e n tq u a l i t yo fc o d ，n h f l - h ，t h et p ，t nr e m o v a le f f i c i e n c y a n ds t a b l eo p e r a t i o n ，t h ee f f l u e n tc o n c e n t r a t i o no fc o di nt h eg e n e r a lc a s eo f 1 8 3 6 m g l ，a m m o n i an i 虹o g e n e f f l u e n tc o n c e n t r a t i o no f4 4 4 m g lo ft n e f f l u e n tc o n c e n t r a t i o no f1 3 7 2m g l ，a n dt pe f f l u e n tc o n c e n t r a t i o no fo 4 6 m g l ，w e r ea b l et o a c h i e v ea nas t a n d a r do fu r b a ns e w a g et r e a t m e n tp l a n t e m i s s i o ns t a n d a r d s ( o fg b l 8 9 1 8 - 2 0 0 2 ) t e s ts e w a g ep r o c e s s i n gt oa c h i e v et h ed e s i r e de f f e c t ，f o rd a t aa n a l y s i so f i n f l u e n c i n gf a c t o r st e m p e r a t u r e ，d o ，h r t ，o r g a n i cl o a d i n g ，r e t u r nr a t i o ，e t c ， f o u n da tat e m p e r a t u r eo f2 4 。c ，t h ed oo f3m g l ，h r t 8 ho r g a n i cl o a d i n go f 3 2 0 m g l ，t h er e t u mr a t i oo f2 0 0 ，w h e r et h ee f f e c ta n dt h eb e s t a tt h es a m e t i m e ，t h ep r o c e s s o fm b ra n do t h e r p r o c e s st e c h n o l o g ya n a l y s i s a n d c o m p a r i s o n i v 太原理工大学硕士研究生学位论文 _ _ _ - _ _ _ _ _ w _ _ _ _ _ - _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ 一_ _ - _ 一 t h ee x p e r i m e n t a lr e s u l t ss h o wt h a tt h ea n o x i c a e r o b i cm b r t e c h n o l o g y i n m u n i c i p a lw a s t e w a t e rt r e a t m e n t ，w a t e rq u a l i t yi sg o o d ，b u tw i t hag o o d n i t r o g e na n dp h o s p h o r u sr e m o v a l ，c o m b i n e dw i t ht h em b rl o wc o s ta n ds m a l l s i z e ，w i t hg o o ds o c i a lp r o s p e c t s k e yw o r d s ：a n o x i ct a n k - a e r o b i cm b r , n i t r o g e na n d p h o s p h o r u sr e m o v a l ， p a c k i n g ，d o m e s t i cs e w a g e ，i n f l u e n c i n gf a c t o r s ，t e c h n i c a la n d e c o n o m i ca n a l y s i s v 太原理工大学硕士研究生学位论文 二二- 二二一一 符号说明 1 c o d ( c h e m i c a lo x y g e nd e m a n d ) 化学需氧量 2 n h 4 + 一n ( a m m o n i a c a l n i t r o g e n ) 氨氮 3 n 0 2 一- n ( n i t r i t e - n i t r o g e n ) 亚硝酸盐氮 4 n 0 3 一- n ( n i t r a t e - n i t r o g e n ) 硝酸盐氮 5 s s ( s u s p e n d e ds o l i d s ) 悬浮固体浓度 6 m l s s 污泥浓度 7 h r t 水力停留时间 8 d o 溶解氧浓度 9 t n 总氮 1 0 t p 总磷 1 1 s r t 污泥停留时间 12 b o d ( b i o c h e m i c a lo x y g e nd e m a n d ) 生化需氧量 1 3 n 2 氮气 1 4 m b r ( m e m b r a n eb i o r e a c t o r ) 膜生物反应器 15 m a b r ( m e m b r a n e a e r a t i o nb i o r e a c t o r ) 曝气一膜生物反应器 v t 太原理：i ：人学硕士研究生学位论文 1 1 课题提出的背景和意义 1 1 1 课题提出的背景 第一章绪论帚一早珀。了匕 水普遍存在于自然界中，是维系生命与健康的最基本的元素，虽然看起来水 的总量很庞大，但是淡水资源却极其有限。在全部水资源中，咸水所占的比例相 当大，属于资源的闲置。在所剩无几的的淡水资源中，有五分之四以上是难以利 用的冰雪。人类能够真正利用微乎其微，仅剩余江河湖泊及地下水中的一部分， 而且这一小部分的可利用水资源分布不均。一项联合国报告指出：全球大约1 2 亿人 面临着严重缺水的压力，水源不足的国家有将近8 0 个，约有世界人口三分之一的人的 饮水得不到保证。预测到2 0 2 5 年，此情况必然会恶化，缺水人口将持续上升，超过世 界人口的五分之二。 干旱缺水在中国是很普遍的一种现象。可见，中国可利用水资源很少，情况很困难。 中国的淡水资源分布极不均衡，呈现两极分化的状态 j ：南方多水北方缺水，东部多水 西部缺水的现象。据监测，目前下水受的点状和面状污染在全国多数城市出现，趋势逐 渐增大。水污染问题日益严重既降低了水体自身的利用效果，使水资源短缺的矛盾更加 恶劣，严重阻碍中国正在实施的可持续发展战略，使人民群众的健康受到了严重的威胁。 中国的贫水状况的程度到底是什么? 以华北地区为例，长期以来国家十分重视华北 水资源研究取得了一系列成果 2 - 4 1 ，但由于华北水问题的复杂性，特别是环境变化以及社 会经济的快速发展，目前华北缺水问题还没有真正解决，与水相关的水污染和生态环境 问题越来越严重究其原因，除了华北地区的社会经济增长) 人口压力大和环境变化之 外，许多与生态环境问题相关的水科学应用基础 与交叉学科的问题研究不够。国家在解决华北缺水和遏制严重的生态环境退化措施和对 策方面，迫切需要深层次的应用基础研究的科学依据。这些问题不得不引起人们的反思， 目前，华北水资源与水安全研究亟待解决的关键问题1 3 。2 j 有以下几方面。 太原理f ：火学硕士研究生学位论文 一、山区来水减少的成因问题山区集雨区是华北地区尤其是北京等大城市供水的重要 水源地，但是，近3 0 年来华北山区来水即水资源量严重衰减，造成华北地区日趋严重的 水危机。 二、城市化地区水循环与圭童下水大漏斗阕题蘑翦华北地区城市化发展比较快。但 是城市地区的地下水超采严重1 2 。】。已分别形成了以北京、石家庄、保定、邢台、鄙郸、 山为中心，总面积达4 1 1 0 二。k m 3 的浅层地下水漏斗区。 三、水污染和生态环境演变的历史与成因问题华北地区特别是缺水严重的海河流 域污染引起的水安全问题十分突出。 目前我国城市主要供水方式采用的主要是地表水供永或地下水供水，有时也会出现 两种水源混合使用提供的情况，因为人们潜意谈里的水无限性，对地下水进行过度开采， 地下水水位下降的阀题就凸现出来，有匏甚至形裁了凡百平方公里韵大潺斗出现在城市 中，海水倒灌数十公里，极其严重的影响了城市的正常生活与工作。丽近年来由于现代 工业的迅速发展，出于利益为先的目的，对工业废水进行无节制的排放，导致五分之四 以上的地表水、地下水被污染。 护的协调发展释水资源的短缺已经不仅仅是国家问题，这也是一个国际问题。淡水 资源的减少威胁着人类的生活，丽水资源是人类赖以生存的第一要素，并且不可再生， 不仅人类需要，许多动檀物也不能缺少水资源，可想两舞如果世界上秀也没有水资源可 利用，那人类将无法生存，这使圣导水资源问题受到全世界的重视。 。2 课题提出的意义 全世界每年排放的污水达4 0 0 0 5 0 0 0 亿吨，占全球径流量的1 4 以上。有人推测， 到2 0 2 5 年，全世界入口增至8 3 亿时，水资源不能得到合理的开发与利用，世界将有 5 0 的人将面耩高压缺水的状况。所以污水回用成为了人们最为关注的问题，既然水不 可孬生，那么只笼循环裂篇，物尽其麓。所以污水游蒋利用成为薪概念，成为一系理论。 包括工业污水、生活污水、几年世界各国向环境摊放污水的总量几乎超过了人均焉水量， 浪费了国民的大量资源。污水也会成为后续资源进行待开发利用，这意味着我国的水污 染防治战略一斤不适应现阶段的情况，尽快实行调整已经刻不容缓，从先污染后治理到 合理可持续发展战略。相对来说，国外的利用率要高于国内很多，以色列在这个方面投 入了很多关注，城市废水稠用率高达到9 0 ，丽美国的洛杉矶也排在世界前列，利用处 太原理：i ：大学硕士研究生学位论文 理过的城市废水浇灌绿地，这些都证明了城市污水的再利用应该进步在实际中运用， 城市废水的再利用既减少了污染，有可以缓解日益紧张水资源紧张的矛盾。 水污染问题是一个急需解决的问题，国家环保总局对2 0 0 2 年的标准 ( b g l 8 9 1 8 2 0 0 2 ) 翡确指出：这虢要求污水处理厂的出水中 、p 等物质的含量要大幅度 的减少才鸯瑟达拣。污水处理厂要禳据鲁努工艺麴不足之楚，对污东厂进行升级敬造。 1 2 课题研究的目的和内容 。2 。1 研究目的 本课题通过对缺氧好氧复合式膜生物反应器处理城市污水的研究，主要探讨此工 艺对城镇污水的处理效果，脱氮除磷效果最好的操作条件和运行条件。实验用水为太原 菜污水厂的谪节渔高水，在工艺确定的对，改变实验的揉作条件，通过实验数据，找出 最佳运行参数，确定缺氧一好氧复合式m b r 酶最佳运行方式，餐污水厂莪邀东水质达翁 匿家攮定的城镇污水处理厂撵放标( g b l 8 9 1 8 2 0 0 2 ) 中级轰标准。 1 2 。2 研究内容 实验在m b r 的工艺基础上对工艺进行改造，分为缺氧区、好氧生物反应区，研究此 工艺对城镇污水的去除效果。主要的研究内容： 1 、a o m b r 工艺的启动以及培养污泥期间各参数的变化，工艺运行初期系统对c o d 、 氨氮、删以及下p 的去除效果； 2 、a o - m b r 工艺稳定运行阶段各指豁的去除情况，改变i t r t 、d o 、m l s s 、混合滚瑟 流比、道永c n 等爨素对试验运李亍效果的影噙。； 3 、对各指标进行检测、分褥，找出最佳运行条件； 4 、对a o m b r 的去除枧理进行研究，探讨是否受有效的改进方案能够优化实验， 达到更好地处理效果。 5 、对工艺进行经济技术分析。 太原理二 大学硕士研究生学位论文 1 3 膜生物反应器( m b r ) 的概述 1 3 1m b r 的原理 膜生物反应器是以酶、微生物或动、植物细胞为催化剂，进行化学反应或生物转化， 同时凭借超滤分离膜不断的分离出反应产物并截留催化剂而进行连续反应的装置【1 3 1 。 m b r 的工作原理是利用反应器中活性污泥培养的好氧微生物来降解污水中存在的有机污 染物。同时，利用反应器内产生的硝化细菌把污水中的氨氮转化成n ：，使污水中产生的 异味去除( 污水中的异味主要由氨氮产生) 。最后，通过中空纤维膜进行高效的固液分 离出水。例如铁路机务部门污水经过气浮、过滤工艺处理后，可直接由过滤泵送至m b r 反应器处理，出水进入储水池消毒即可回用或排放。m b r 反应器的少量排泥可委托具有 危险废物处置资质的企业处置【1 4 1 。 1 3 2m b r 工艺类型 根据使用的膜种类和膜在系统中所起作用的不同，一般可分为三大类：即固液分离 一膜生物反应器、曝气一膜生物反应器和萃取一膜生物反应器。 一、固液分离一膜生物反应器 固液分离一膜生物反应器( s o l i d - l i q u i ds e p a r a t i o nm e m b r a n eb i o r e a c t o r ) 是目前研 究和使用最为广泛的一类膜生物反应器，如无特定说明，膜生物反应器皆指固液分离一 膜生物反应器。在该工艺中膜组件用以代替传统活性污泥法中的二沉池，起到分离活性 污泥混合液中的固体微生物和大分子溶解性物质的作用。通过膜的分离过滤，使活性污 泥、大分子物质等被膜截流，得到系统处理出水。 固液分离一膜生物反应器( b s m b r ) 根据膜组件和生物反应器的组合方式，可将膜 一生物反应器分为分置式、一体式以及复合式三种基本类型【1 5 】。 1 、分置式膜一生物反应器把膜组件和生物反应器分开设置，如图卜1 所示。生物反 应器中的混合液经循环泵增压后打至膜组件的过滤端，在压力作用下混合液中的液体透 过膜，成为系统处理水；固形物、大分子物质等则被膜截留，随浓缩液回流到生物反应 器内f 1 6 - 1 7 。分置式膜一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： 4 太原理：r ：大学硕士研究生学位论文 而且膜通量普遍较大。但一般条件下为减少污染物在膜表面的沉积，延长膜的清洗周期， 需要用循环泵提供较高的膜面错流流速，水流循环量大、动力费用高( y a m a m o t o ，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 na n d s e y f r ie d ，1 9 9 7 ) 。 遴求浓缩滚 图1 - 1 分置式膜生物反压器 f i g u r e l 一1t h ef l o wc h a r to ft h es p l i tm e m b r a n eb i o r e a c t o r 2 、一体式膜一生物反应器是把膜组件置于生物反应器内部，如图l 一2 所示。进水进 入膜一生物反应器，其中的大部分污染物被混合液中的活性污泥去除，再在外压作用下 由膜过滤出水。这种形式的膜一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，近年来在东处理领域受到了特别关注。但 是一般膜通量程对较低，容易发生膜污染，貘污染后不容易清洗和更换。 图1 - 2 一体式膜一生物反应器 f i g u r e l - 2t h ef l o wc h a r to ft h ei n t e g r a t e dm e m b r a n eb i o r e a c t o r 3 、复合式膜一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 反应器内加装填料，从而形成复合式膜一生物反应器，改变了反应器的某些性状，如图 卜3 所示： 太原理jl 大学硕士研究生学位论文 生甥度应器、 图1 - 3 复合式膜一生物反应器 f i g u r e l - 3t h ef l o wc h a r to ft h ec o m p o u n dm e m b r a n eb i o r e a c t o r 二、曝气一膜生物反应器 曝气一膜生物反应器中( m e m b r a n ea e r a t i o nb i o r e a c t o rm a b r ) 采用的膜有两蓦孛：即 透气性致密膜和疏水性微孔膜。 膜曝气系统中，随着氧气停留在膜组件中时间的延长，氧气的传质效率会越高，比 例也会越大。氧气透过致密膜时，在气相侧先吸附在高分子聚合物上，再向液相侧扩散， 此时的气压较高。丽透过微孑l 膜时，气压比较低。另外，曝气池也可以在有压工况下运 行，且曝气器中的膜还有疏散：盼功能。鹾。p 麟怂翘i 0 1 8 l 等焉曝气麓繇处理有机物负荷率 为2 4 。5 k g c o d ( m 3 - d ) 的废水，当水力停留时间为3 4 m i n 时，去除率可达8 9 。 曝气一膜生物反应器的氧利用效率高，传统活性污泥法的氧利用率一般只有 1 0 2 0 ，而曝气一膜生物反应器的氧利用率可以接近1 0 0 。有机物去除负荷高，占地 少。但基建费用高，操作复杂，目前尚未有实际规模的应用实例f 1 8 】。 三、萃取一膜生物反应器 萃毅膜生物反应器( e x t r a c t i v em e m b r a n eb i o r e a c t o re m b r ) 是利震貘将工业废水 中的有毒和溶解性菱的污染物萃取后对其进行单独的生化降鳃。在e m b r 中，避免了废 水与微生物直接接触，因为膜组件将废水与活性污泥隔离。由于膜的流水性，废水中的 水及其他无机物均不能透过膜向活性污泥中扩散，而选择性地将工业废水中的有毒污染 物萃取并传递到好氧生物相中，然后，这些污染物在生物反应器内作为活性污泥中的专 性细菌的底物丙被降解j 这样，反应器的混合液与工业废水之间就有了一个浓度梯度， 歪是在这个浓度梯度的作用下，污染物不断从废水透过膜组件喜进入生物反应器。为健 进生物反应器内有机物的降解，有时需要向生物反应器添翔一些无机营养成分。 萃取一膜生物反应器适用于萃取和处理废水中优先污染物，wl i u 等f 1 9 】用e m b r _ q 2 艺 来处理高盐度、强酸性的高浓度难降解废水时，去除率高达9 0 ，在原水浓度, 为1 0 0 0 m g l 太原理工大学硕士研究生学位论文 左右的基础上，出水能到达9 0 m g l 以下，有很好的去除效果。在系统运行过程中，膜组 件和附于膜组件表面的生物膜是污染物传质的主要阻力。gl j v i i l 缪1 0 n 等用e m b r 处理氯苯， 当流量为5 0 l 捕时，去除效率高达9 8 - o 9 9 o ，通过试验发现，这是由于改进膜组件的 原阑。当废水中酸度、碱度、盐浓度高或含有毒、生物难降解的有机物时l 嬲，用e m b r 可获得更好的处理效果。 1 3 3m b r 工艺的特点 膜可以由很多种材料制备，可以是液相、固相甚至是气相的。目前使用的分与许多 传统的生物水处理工艺相比，m b r 具有以下主要特点： 一、出水水质优质稳定 由予膜的离效分离作用，分离效果远好于传统沉淀池，处理出水极其清澈，悬浮 物和浊度接近于零，细菌和病毒被大幅去除，出水永质优于建设部颁发的生活杂庵水 水质标准，可以直接作为非饮用市政杂用水进行回用。同时，膜分离也使微生物被完 全被截流在生物反应器内， 使得系统内能够维持较高的微生物浓度，不但提高了反应 装置对污染物的整体去除效率，保证了良好的出水水质，同时反应器对进水负荷( 水质 及水量) 的各种变化具有很好的适应性，耐冲击负荷，能够稳定获得优质的出水水质。 采用传统生物处理工艺处理低浓度生活污水时，由于系统长期在低有机负荷状态下运行， 无法为微生物提供足够的器分，因此易造成蠢水水质不达标和能源的浪费。在膜生物反 应器( m b r ) 工艺中，由于膜的高效截留作用使得系统在低负荷状态下仍越保持足够的生 物量，从而提高了系统的处理能力和出水水质【2 1 - 2 4 1 。 二、剩余污泥产量少 该工艺可以在高容积负荷、低污泥负荷下运行，剩余污泥产量低( 理论上可以实现 零污泥排放) ，降低了污湄处理费用f 2 弛6 1 。 三、占地覆积小，不受设置场合限簏 生物反应器内熊维持离浓度的微生物量，处理装置容积负荷嵩，占地面积大大节省； 该工艺流程简单、结构紧凑、占地面积省，不受设置场所限制，适合于任何场合，可做 成地面式、半地下式和地下式1 2 5 硼。 四、可去除氨氮及难降解有机物 由于微生物被完全截流在生物反应器内，从瓶有利于增殖缓慢的微生物如硝化细菌 太原理二i ：大学硕士研究生学位论文 的截留生长，系统硝化效率得以提高。同时，可增长一些难降解的有机物在系统中的水 力停留时间，有利于难降解有机物降解效率的提高f 2 5 - 2 6 。 五、操作管理方便，易于实现自动控制 该工艺实现了水力停留时( h r t ) 与污泥停留时间( s r t ) 的完全分离，运行控制更 加灵活稳定，是污水处理中容易实现装备化的新技术，可实现微机自动控制，从而使操 作管理更为方便【2 5 - 2 6 1 。 六、易于从传统工艺进行改造 该工艺可以作为传统污水处理工艺的深度处理单元，在城市二级污水处理厂出水深 度处理( 从而实现城市污水的大量回用) 等领域有着广阔的应用前景。 1 3 4m b r 工艺中存在的问题 m b r 工艺的优点很多，当年同时也有其自身的局限性，概括为以下几个方面： l 、膜污染问题 膜污染是指处理物料中的微粒、胶体粒子或溶质大分子与膜存在物理化学相互作用或机 械作用而引起的在膜面上的沉淀、沉积、积累或膜孔内吸附造成膜孑l 孔径变小或堵塞使 水通过膜的阻力增加，妨碍了膜面上的溶解与扩散，从而导致膜产生通透流量与分离特 性的不可逆变化现象。膜污染包括吸附、堵塞引起的污染( 不可逆污染) 和浓差极化导致 的凝胶层形威的污染( 可逆污染) 【2 7 1 。浓差极化的形成、凝胶层的形成和微生物的滋生是 使膜分离过程的运行阻力增加、通量降低的主要因素。而m b r 中的能耗问题、工艺经济 性的实质就是膜污染问题。 2 、脱氮除磷 m b r 工艺在脱氮除磷方面的去除效果目前达不到标准标准。总氮的去除主要是通过 两步来完成：硝化和反硝化，固体和液体能够通过膜生物反应器完全分离、硝化细菌被 截留，保持污泥的停留时间一定的情况，硝化反应为主导，所以氨氮的处理效果会很理 想。但是，反硝化的条件是厌氧或者缺氧的状态，而m b r 有此局限性，脱氮除磷的程度 不达标。 生物除磷的原理是聚磷菌好氧的环境下聚磷在厌氧的环境下释磷。传统工艺是通过 对系统的排泥达到除去t p 的目的，一般延长污泥的污泥龄。而m b r 工艺不能过于频繁 的进行污泥的排放，所以磷的去除率不高【2 8 】。 太原理二 大学礤士研究生学位论文 3 、污泥活性低 由于m b r 中污泥不能阐流，而且排泥比较困难，污泥长时间停留在反应器内，导致 污泥龄过长，生物潘性下降。混合液中胞外聚合物成分会随着污泥龄的变化而变化，使 膜污染翻剧。两较长的污泥停罄时闻会使污泥浓度增勰、反应器体积减少、污泥中缯菌 的活性降低。 4 、运行成本高 耗电量和膜污染清洗的化学药剂费用是膜生物反应器的主要运行成本【2 9 】。而且膜组 件中的曝气量要比较大，这就要求大的曝气量来提供丰富的氧气，电能消耗增加。由于 膜组件污染阀题会吃较严重，这就需要进行定瓣清洗，这样需要购大量的化学药剂，增 加运行资金。m b r f i i 艺是完全是动化，设备老化比较严重，需要增加设备的维修戒本。 5 、需要与其他工艺联用 使用m b r 处理城镇生活污水时，豳于自身设备一体化，只有一个反应池，不能同时 进行硝化与反硝化，这就需要在反应池前后加一些反应池，例如厌氧好氧，最好进行 硝化液与污泥的回流，加大水力停留时间，有助于反应良好进行。 1 3 5 膜生物反应器工艺的发展与应用 m b r 在污水处理方覆的研究应用始于美黉，膜生物反应器( m b r ) 最早应用在酶 制剂工业中。七十年代初美国的d o r y o l i v e r 公司首先将溜r 工艺用于处理废水方瑟的研 究。m b r f l i 艺在污水处理研究中，污水首先进入填料区的生物反应器中，再通过纤维膜 的抽吸出水，完成整个膜生物反应器的处理。m b r i 艺具有减少活性污泥的产量、维持 较高的活性污泥浓度、污水处理厂占地面积小等优点1 3 0 l 。 在7 g 年代初，厌氧m b r 研究的同时好氧m b r 的研究在进一步扩大，实验室规模的研究 和中试规模的磷究砉| j 取得了泷较满意的结果。8 0 年代，c r e s t l i n e 等【羽对厌氧的m b r ：t l 艺 处理生活污水进彳亍了研究，主要是开发适合处理高浓度活性污泥的膜分离装置，但圭于 膜通量比较小，使用寿命比较短，生产技术方面还不成熟，还不能投入到实际应用中， 目前仅停留在实验室研究的规模中。9 0 年代后期，m b r f l i 艺处理工业废水和生活废水被 越来越多的国家使用。其中有一部分公司生产一体式聚合物中空纤维膜组件，还有一部 分公司生产分体式管式陶瓷膜组件。而加拿大的z e n o n 公司首先推出了超滤管式m b r ，并 应瘸子楚理城市污水当中。随后又开发了淹没式中空纤维板的膜组件，该膜缓件不仅可 太原理工大学硕士研究生学位论文 以节能减排，还可以直接放到曝气池内，还可以设立单独的分离池。是通过泵把水从纤 维膜中抽出来，将水排出系统，使系统得出水稳定。目前这种膜生物反应器已经应用于 美国、英国和日本等十几个国家，规模从3 5 0 m 3 d 至7 8 0 0 m 3 d 不等【3 1 】。 随着对m b r i 艺的不断深入研究，膜组件的类型也越来越多，从而可以处理各种不 同类型的水质，如高浓度有机废水、难降解工业废水、农业废水、医疗废水等【3 2 。3 1 。 m b r i 艺受重视程度逐渐加大，对m b r i 艺进行的各种试验也随之增加，伴随着这种 情况，膜组件的类型丰富起来，通过变换膜组件就可以实现不同类型污水的处理。 m b r e 经在全球水处理领域的得到大范围迅速推广，世界各国在都做了很多的准备 工作，为m b r 的研究提供的很多有价值的资料，大量的专业人才。与研究现状相似的情 况，m b r 的工程上也得到广泛应用，作用已经从城市污水深入到各种工业废水的处理技术 上来，而且在给水处理方面也有涉猎，从而出现了这样的局面，m b r i 艺在水处理领域的 各个方向都在进行着共同发展。对于工业水处理来说，它的市场份额正在不断扩大，m b r 在污水处理方面得到了很大的成就，由于开发m b r 的目的主要为处理污水，使其都忽略了 给水中的应用，所以在给水处理的应用刚开始起步，主要使硝酸盐的含量大量降低，利 用m b r 的固液分离作用使有机物与氨氮从地表水中除去。全世界m b r 污水处理厂的规模最 大己达n 4 1 5 万吨d ，尽管对于m b r 水厂很少报道，但是对于微污染地表水的净化作用， 该技术显然已经起到很好的效果相对比较成熟。从高度上看，对于全球的水工业市场， 商业上运用发生在美国和日本，m b r 的迅速发展，使m b r 不仅成为美国与日本的商业独有 资本，更达到了全球化，随后在欧洲得到快速发展，直n 9 0 年代才覆盖到以中国为代 表的发展中国家 3 4 - 3 7 】。m b r 以其自身的优越性正在成为欧洲与亚洲水处理领域的最佳可 行技术。近几年来，中国越来越重视污水处理的研究成果，并且已经处于亚妙i t m b r 市场的 核心位置，为了抢占我国的水工业份额，跨国水务公司竞争异常激烈。m b r 正在成为欧 洲水处理领域的最佳可行技术【3 8 l 。 进入新世纪，m b r 已经成为国内首选的污水处理技术，所需要m b r 装置数量迅速增加， 开阔了很大的潜力市场。而且伴随着m b r i 艺的成熟，m b r 所涉猎的领域也在扩大，从石 油化工企业和电厂废水处理的回用方面都会用至j j m b r 技术。在最近几年里，仅石油化工废 水处理工程一个公司( 诺卫环境安全工程技术公司) 所承建的规模总量已超过了上千万 吨d 【3 9 l 。先进的技术优势和雄厚的资金力量一直是跨国公司最强大的竞争后盾，在全球 膜组件市场上占据了相当的份额，具有绝对优势。改革开放的大潮袭来，科学技术进步 1 0 太原理工大学硕士研究生学位论文 神速，同时拥有国家政策的大力支持，民族企业得到了快速的发展，膜工业在民族企业 中所占的比例上升。随着发展而来的是涌现出一批知名的生产膜组件公司。国产膜有着 性能良好价格低廉的优势，是阑产膜组件企业在这种市场份额中也占有一席之地。民族 膜工韭的兴起，打破了遴酲膜组件的垄断地位，饺其能工进行公平竞争，这一情况奠定 了膜生物反应器在发展中国家的发展，带来了很大鲍经济效益产生了深远的社会意义。 在世界的各个角落，各国把m b r i 艺用于工业废水处理方面的增长比较迅速，褥城市 污水处理的增长速度比较缓慢。经济全球化的影响使工业的生产规模臣大，从而工业所 生成污水量的增加迅猛、而对于排水水质要求的普遍提高，促使污水处理工艺的改良， 丽m b r 将会成为工业废水处理的首选方案。一些发达国家例如北茭和欧洲，他们城市污 水处理设施对于相对落后的藿家来说是比较完善的，融于以前建造的污水厂的性能也能 达到一定标准，不可韪完全拆除，蕊疑躲作为一种薪型技术不可巍完全取代l 霹的工艺， 经济上存在太大的不合理性，故m b r 用于污水厂的改建或者扩建还是很可行的，发展中圈 家人口众多，经济实力与欧美等发达国家相比不在一个水平线上相比，所以要想使m b r 用 于大规模的污水处理系统中是处于劣势的，所以对于m b r ，我们要用于正确途径。 1 。3 6 膜生物反应器的发展趋势 m b r 现阶段己戒为一种新世纪最具使用价值的水处理技术，它的发展趋势向着多层 次多方萄发展，成为给水预处理、污水处理露污水再生回雳的- n 综合工艺。 一、m b r 的标准化是大势所趋 近年来，m b r - i - _ 艺成为一种新兴工艺技术在全球范围内迅速推广，但是随之而米的出 现许多种类多样、结构复杂的m b r 系统，这样选择m b r _ t _ 艺的方法就成为将要解决的首要 问题。部分业内人士得到了欧盟的在“a m e d 2 e u s ”项嗣的支持，正在积极研究m b r 的标准 化这一问题，希望借此契机对m b r 系统的技术多方面进行细化，使型号的选择等诸多问题 进行统一，解决选择时所遇到的各种各样的于摅。要使m b r 有市场，就要发挥它魏优势， 对其进行觏范化，是未来m b r 发展主流大方向。 二、m b r 技术的发展潜力巨大 m b r 随着今年的发展己在市场上占有一席之地，取得的效果比较突出，但该技术的 发展仍然存在很多问题，面对机遇与挑战，应该积极找到其原因：m b r 的市场还没有完全 挖掘，技术还存在很多漏洞，有待进一步的研究与改进。 太原理二【：大学硕士研究生学位论文 l 、新型膜组件的开发与膜污染的控制。膜污染对于m b r 技术来说并不陌生，要解决 这一问题就要对其吉利进行深入的探讨与研究。影响莫污染的因素很多，对不同的膜污 染采取不同的解决方案。同时也急需开发通量较大、抗污染能力强的膜组件，从根本上 解决膜污染的现状。接着还要不断改善活性污泥的性质，在运行过程中减少污染现象，既 可以提高去除率又可以减少运行费用。通过增强膜组件的性能、精益求精，发挥其优点， 改善其长处，增强与传统工艺的竞争能力。 2 、对m b r 组合工艺的大规模开发。通常m b r 都会辅以一些处理单元，有的前置，有 的进行后置，这一目的主要是强化处理效果，最大限度的减轻污染，从而增大m b r 在水工 业市场份额，特别是饮用水的预处理方面，需要对m