硕士论文-复合膜生物反应器处理城市污水的试验研究.pdf

西安建筑科技大学 硕士学位论文 复合膜生物反应器处理城市污水的试验研究 姓名：王恩让 申请学位级别：硕士 专业：环境工程 指导教师：王晓昌;吴键 20050301 西安建筑科技大学硕士学位论文 复合膜生物反应器处理城市污水的试验研究 专业：环境工程 研究生：王恩让 导师：王晓昌教授 吴键高工 捅费 本文应用复合淹没式膜生物反应器( H S M B R ) 小试处理装置对西安市北石娇污水净化中 心的城市污水进行了试验与回用研究。复合膜生物反应器是在传统活性污泥反应器中直接投 加载体，进而形成悬浮增长的活性污泥和附着增长的生物膜两种微生物共同承担生物降解的 作用，复合生物反应器内安置了材质为聚偏氟乙烯( P V D F ) 、孔径为0 2 a n 的淹没式微滤( M F ) 膜组件，以实现固液分离的目的。 试验结果表明，H S M B R 系统出水浊度小于1 N T U ，平均值为O 5 9 N T U ；出水中S S 未检 出，可满足任何回用水的要求。出水中色度值在9 3 9 度之间，平均为3 0 度，可基本E 满足 生活回用水对色度的要求。H S M B R 系统滤后水中C O D 浓度为6 0 2 2 8 m g L ，平均值为 1 4 5 m g L ，平均去除率达9 5 5 。 H S M B R 工艺具有良好的脱氮除磷功效。试验研究证明，当原水中的N H 3 - N 浓度介予 1 0 7 5 7 5 m g m ( 平均值3 5 6 m g L ) 时，系统出水N H 3 - N 浓度在0 1 1 6 m g L 之间，其平均去 除率为9 7 8 ；系统出水T N 浓度在8 2 2 0 0 m g L 之间( 平均值为1 3 6 r a g L ) ，其平均去除率 为7 1 7 ；系统出水T P 浓度在0 3 3 - 2 7 m g L 之间( 平均值为1 2 2 m g L ) ，其平均去除率为7 2 5 。 与传统好氧的活性污泥M B R 相比，H S M B R 工艺具有良好的脱氮除磷能力。 同时，H S M B R 系统采用间歇式过滤措施可长时间连续运行而无需进行任何反洗。试验 显示，在运行初期的5 0 天内，由于标准膜孔堵塞和滤饼层形成的发生，跨膜压差( T M P ) 由 2 k P a 增长至1 8 k P a ；之后，膜污染保持动态的稳定过程，T M P 几乎不再变化。试验结果表明， 淹没式膜生物反应器底部曝气形成的紊流态产生水力剪切力使膜丝处于抖动状态，避免了污 泥颗粒在膜表面和膜孔内的过多积累，进而减缓了膜污染发生的速度。 通过研究，得出结论：( 1 ) H S M B R 系统可有效去除S S 、C O D 和色度，满足回用水对水 质的要求：( 2 ) H S M B R2 1 2 艺较传统膜生物反应器具有良好的生物硝化反硝化作用，可完成 同步的有机物、氮和磷的去除：( 3 ) H S M B R 系统可有效地减缓膜污染程度的发生，长时间 连续运行而无需对膜组件进行反冲洗。 关键词：淹没式膜生物反应器复合工艺生物载体污水处理回用 西安建筑科技大学硕士学位论文 A S t u d yo nt h eH y b r i dS u b m e r g e dM e m b r a n eB i o r e a c t o rP r o c e s sf o r M u n i c i p a l W a s t e w a t e rT r e a t m e n t S p e c i a l i t y ：E n v i r o n m e n t a lE n g i n e e r i n g A u t h o r ： W a n gE n r a n g A d v i s o r s ：P r o f W a n gX i a o c h a n g S e n i o rE n g i n e e rW uJ i a n A B s r 玎R A C T A h y b r i ds u b m e r g e dm e m b r a n eb i o r e a c t o r ( H S M B R 、w a sd e v i s e df o rap i l o ts t u d yi nB e i s h i q i a o W a s t e w a t e rP u r i f i c a t i o nC e n t e rf o rm t m i c i p a lw a s t e w a t e rt r e a t m e n ta n dr e u s e T h eH S M B R c o m b i n e sb o t h s u s p e n d e dg r o w t h - a c t i v a t e ds l u d g ea n da t t a c h e dg r o w t h - b i o f i l mi no n eb i o r e a c t o rb y a d d i n gs u s p e n d e dc a r r i e r si n t ot h em i x e ds u s p e n s i o n As u b m e r g e dM Fm e m b r a n em o d u l e ( P V D F h o l l o wf i b e rw i m p o r es i z ea s0 2 脚：n ) w a se q u i p p e di nt h eb i o r e a c t o rf o rs o l i d l i q u i ds e p a r a t i o n h er e s u l t ss h o wt h a t ，t h ef i l t r a t et u r b i d i t yw a sa l w a y sl o w e rt h a n1N T U ( a v e r a g et u r b i d i t ya S O 5 9N T U ) ，s h o w i n gar e m a r k a b l eS Sr e m o v a lb yt h eH S M B Rt om e e tt h er e q u i r e m e n tf o ra n y r e u s ep u r p o s e R e g a r d i n gc o l o r , w h i c hi sa l li m p o r t a n tp a r a m e t e rr e l a t e dt ow a t e rr e u s e ，i tr a n g e d f r o m9t o3 9C 1 ( a v e r a g ec o l o ra s3 0c u ) i nt h ef i l t r a t e ，m a r g i n a l l ym e e t i n gt h er e q u i r e m e n tf o r d o m e s t i cr e u s e ( C h i n e s es t a n d a r da s3 0C U ) T h ea v e r a g eC O Dr e m o v a lb yt h eH S M B Rw a sa s h i g ha s9 5 5 ，r e s u l t i n gi nar e s i d u a lC O D i nt h ef i l t r a t ef r o m6 0t o2 2 8m g L ( a v e r a g ea S1 4 5 m g L ) T h i sm e e t st h er e q u i r e m e n tf o ra n yr e u s ep u r p o s e I na d d i t i o n ，t h eH S M B R p e r f o r m e dn i t r o g e na n dp h o s p h o r u sr e m o v a lw e l l I tC a l lb es e e n ，a sr a w w a t e rN H 3 - Nc o n c e n t r a t i o nf l u c t u a t e df r o m1 0 7t o5 7 5m g L ( a v e r a g ea s3 5 6m g L ) ，t h a to ft h e f i l t r a t ew a sb e t w e e nO 1a n d1 6m g L ( a v e r a g ea s0 7 7m g ，L ) T h ea v e r a g eN H 3 - Nr e m o v a lw a sa s l l i g ha s9 7 8 R e g a r d i n gt o t a ln i t r o g e n t h ea v e r a g er e m o v a lW a s7 1 7 a n dt h e 1 No ft h et i l t l a t e w a sb e t w e e n8 2a n d2 0 0m g m ( a v e r a g ea s1 3 6m g L ) T h ea v e r a g eT Pr e m o v a lw a s7 2 ，5 ， a l m o s ti d e n t i c a lt oT Nr e m o v a la n dt h eT Po ft h ef i l t r a t ew a sb e t w e e nO 3 3a n d2 7m g Lr a v e r a g e a s1 2 2m L ) C o m p a r i n gw i t hac o n v e n t i o n a la c t i v a t e ds l u d g ep r o c e s so rM B Rb a s e do ni t ，t h eT N a n dT Pr e m o v a l so b t a i n e db yH S M B Ri nt h i ss t u d ya r ec o n s i d e r e dt ob eg o o d T h eH S M B Rs y s t e mw a so p e r a t e di n t e r m i t t e n t l yw i t ht h es u c t i o np u m pw o r k i n gb u tw i t h o u t b a c k w a s h i n g I nt h ei n i t i a lp e r i o df o ra b o u t5 0d a y s ，t h eT M Pi n c r e a s e dl i n e a r l yf i o ma b o u t2K P a t o18K P a T h i si sc o n s i d e r e dt ob eat y p i c a lp r o c e s so fc a k ef o r m a t i o n A f t e r w a r d s ，t h eT M Pa h n o s t k e p tu n c h a n g e d ，i n d i c a t i n gad y n a m i ce q u i l i b r i u mc o n d i t i o n F u r t h e ri n c r e a s eo f t h ec a k el a y e rw a s l l 西安建筑科技大学硕士学位沦文 e f f e c t i v e l yp r e v e n t e db ym e c h a n i c a lv i b r a t i o no ft h eh o l l o wf i b e rm e m b r a n ei m m e r s e di nt h e s u s p e n s i o na n dt h eh y d r a u l i cs h e a r i n go f t h et u r b u l e n tf l o wi nt h ea e r a t i o nt a n k I tC a nb ec o n c l u d e df r o mt h i ss t u d yt h a t ( 1 ) t h eH S M B Rs y s t e mw i t hac o m b i n a t i o no ft h e s u s p e n d e dg r o w t hb i o m a s sa n da t t a c h e dg r o w t hb i o m a s sC a na c h i e v ea ne f f i c i e n tr e m o v a lo fS S ， C O Da n dc o l o rt om e e tt h eq u a l i t yr e q u i r e m e n tf o rw a t e rr e u s e ；( 2 ) t h eH S M B Rh a sa l s ot h e a d v a n t a g eo v e rc o n v e n t i o n a lM B Rf o ri t sa b i l i t yo fe f f e c t i v en i t r i f i c a t i o n d c n i t r i f i c a t i o na n d p h o s p h o r u sr e m o v a l ；( 3 ) t h eH S M B Rs y s t e mi sf l e ef r o mb a c kw a s h i n ga n dc h e m i c a lc l e a n i n gd u e t oa ne f f e c t i v ec o n t r o lo fm e m b r a n ef o u l i n gb ym e c h a n i c a lv i b r a t i o na n dh y d r a u l i cs h e a r i n g p r o v i d e di nt h ea e r a t i o nt a n k K e yW o r d s ：S u b m e r g e dM e m b r a n eB i o r e a c t o rH y b r i dP r o c e s s C a r r i e rW a s t e w a t e r T k a t m e n tR e u s e H I 声明 V8 1 3 5 3 本人郑重声明我所呈交的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，也不包含本人或其他 人在其它单位已申请学位或为其它用途使用过的成果。与我一同工作的同 志对本研究所做的所有贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了致谢。 申请学位论文与资料若有不实之处，本人承担一切相关责任。 论文作者签名： 芝，睡L 功乙 日期：夕扩牙口3 2 ； 关于论文使用授权的说明 樾轹立舰靳签澎隰一卜1 注：请将此页附在论文首页。 西安建筑科技丈学硕士学位论文 第1 章绪论 1 1 问题的提出 1 1 1 传统膜生物反应器的特点及其存在的主要问题 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 ) 是用膜组件代替传统污水生物处理工艺中的二 沉池而构成的污水处理新工艺【1 1 ，该技术将膜分离技术与传统污水生物处理技术有机结合，其 出水可直接满足某些行业用水对水质的要求。 在膜生物反应器中，由于用膜组件代替了传统活性污泥工艺中的二沉池，可以进行高效的 崮液分离。斟此，它与传统工艺相比具有以下优点： 可以实现对水力停留时间( H y d r a u l i cR e t e n t i o nT i m e ，H R D 和同体停留时问( S o l i d R e t e n t i o n T m a e ，s R n 的独立控制【2 j ，使系统在t t R T 很短和S R T 很长的工况下运行，污水中大分 子难降解的有机物在生物反应器内有足够的停留时问，达到最终去除目的口，”。 由于M B R 的S R T 长，对世代时问较长的硝化菌的截留、生长和繁殖有利，系统硝化 功能得以提高。 M B R 内微生物浓度高、容积负荷高。大多数M B R 的M L S S ( i v l L x e dL i q u o rS u s p e n d e d S o l i d s ) 值在5 - 2 0 9 L 之间，而C A S 的M L S S 值为3 - - 4 9 L ；I V m R 内F M ( F o o d M i c r o o r g a n i s m s ) 比值可降至 9 0 ( C O D ) 矛1 1 9 7 ( B O D ) ，出水水质均保持稳定，与M B R 同样的污泷 负荷率下运行的活性泥法工艺，相应去除率只有7 5 8 5 1 2 2 1 。图2 4 给出了B u i s S o n 等3 0 】嗣淹 没式M B R 处理生活污水中试研究中体积负荷的变化及相应的出水水质。 2 5 2 0 这 骂 1 5 世 喾 o 1 0 蓬 蝌 燃 5 O S 葶零零擎誉 时间，d 图24 淹没式M B R 体积负荷变化与出水水质的关系 结果表明，在最大流量与平均流量之比为2 5 下运行了3 个月，系统仍能维持很好的出水 水质。与传统活性污泥法的体积负荷0 4 0 8 k g C O D m 3 d 相比，M B R 系统的体积负荷通常要高 几倍。 耐冲击负荷。已有的冲击负荷试验研究表明，M B R 具有良好的耐冲击负荷能力。无论是 水力冲击负荷还是有机冲击负荷，对出水C O D 值无太大影响，且冲击过后系统很快恢复正常。 这主要是由于M B R 系统中较高的微生物浓度所致，较高的微生物量既可保证出水水质的稳定， 又可以适应进水水量以及进水有机物浓度的变化。而传统的活性污泥法，由于反应器内生物董 有限，且其负荷率较低，所以耐冲击能力远远不及M B R 系统。这也是M B R 工艺不同于活性 污泥工艺的特点之一。 对有机物去除的强化机理。M B R 对有机物的去除来自两方面：一方面是生物反应器对有 机物的降解作用，M B R 系统中生物降解增强；另一方面是膜对有机大分子物质的截留作用， 大分子物质可以被截留在好氧反应器内，获得比传统活性污泥法更多的与微生物接触反应时 间，并有助于某些专性微生物的培养，提高有机物的去除效率。膜过滤过程中形成的凝胶层， 可以截留比膜孔径小的物质，当生物反应器处理效果不佳时，由于膜的高效截留作用，仍可以 获得很好的出水水质。M B R 中微生物担负着降解有机污染物的重要作用，而膜的高效截留逃 一步保证了系统出水水质的稳定。 M B R 中膜对有机物的去除机理主要来自以下三个方面的作用叫，如图2 5 。第，膜孔的 机械筛滤作用，图2 5 a ；第二，膜孔和膜表面的吸附作用，图2 5 b ；第三，膜表面形成的凝胶 1 1 pn矗奁ou曲)I耀妊器拉 西安建筑科技大学硕士学位论文 = = 0 自= ! ! ! = = = = ! = = = = = = = 自= = = _ l l = = = = 自自自自= 尊# # 拳= ! = = 阜_ 自$ ! # = ! = # ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! 霉 层的筛滤或( 和) 吸附作用，图2 5 c 。 膜 膜 膜 赠露精污泥颗粒 离塑麓鑫 ( a ) 膜孔的筛滤 ( b 1 膜孔及表面的吸附 饼层 ( c ) 滤饼层的吸附和( 或) 筛滤 图2 , 5 膜对有机污染物的截留机理 在这三种去除作用机理中，各种机理对有机物去除的贡献并不相同。机理只能去除有机 物中分子量大于膜截留分子量的大分子有机物，对于大量的分子量小于膜孔径的有机物的去 除，主要通过机理二和机理三去除。 2 3 复合生物反应器污水处理技术及其理论的发展 2 3 1 复合生物反应器污水处理技术与理论的进展 王建龙等口9 1 采用聚氨酯多孔泡沫块研究了复合生物反应器中载体填充量及有机负荷对弼 相生物量的影响。结果表明：随载体填充量的增加，附着生物量及总生物量增加，但单个载体 附着生物量减少。有机负荷增加时，反应器中悬浮生物量减少，附着生物量增加，总生物量增 加，且附着生物量及附着生物量与总生物量的比值随有机负荷的增加而增加。说明复合生物反 应器在较高负荷下运行时，附着生物量对有机物的去除起主要作用。 H B R 系统除了可提高反应器内的生物量外，更多的研究方向是把强化生物脱氮除磷与复台 系统联系起来。刘俊新等嗍采用缺氧生物膜法和好氧活性污泥法相结合工艺研究了处理城市污 水的脱氮除磷功效。试验结果表明，生物膜法和活性污泥法组合工艺将常规生物脱氮除磷工艺 中存在的相互影响和相互制约的因素分解，能够同时有效地从污水中去除氮、磷和有机物。泼 研究对氨氮的去除率达9 9 以上，总氮、总磷和C O D 的去除率分别达到8 5 9 5 9 5 ，试验 取得了较好的脱氮除磷功效。s u 等【3 2 j 将多级生物转盘与活性污泥结合进行了处理合成污水的试 验，多级生物转盘依次为厌氧、缺氧和好氧三级反应器( A 2 0 ) ，在 f R l 1 0 h 、s R T = 1 5 d 以及 污混回流比为2 5 、温度2 0 条件下，该工艺对B O D 、T N 、T K N 和T P 的去除率分别为9 6 、 1 2 西安建筑科技大学硕士学位论文 7 0 、9 6 7 和9 6 7 。他们继续对该组合工艺的动力学行为进行了研究，认为组合二 艺的动力 学行为类似于单级活性污泥法，关于单级活性污泥法的生物动力学描述同样适用于生物膜和活 性污泥法联合工艺。同样，L i u 等1 3 3 】也用A 2 0 联用工艺研究了处理生活污水的效果，所不同的 是该工艺只将纤维载体置于缺氧反应器内以利于反硝化菌的附着生长。结果表明，往总 H R T = 2 0 3 0 h 和温度为1 0 1 5 时，系统对T N 、T P 和C O D 的去除率分别达到7 5 、9 2 和8 8 ， 取得了明显的脱氮除磷功效，且生物膜反硝化效果非常显著。J o n e s 等【3 4 1 在美国两个污水处理 厂，采用绳系环状( R i n g l a e e ) 填料研究生物膜与活性污泥组合工艺( I n t e r g r a t e df i x e d f i l m a c t i v a t e ds l u d g ep r o c e s s ，I F A S ) 强化脱氮。结果显示，生物膜和活性污泥组合可强化硝化，并可 在低温下脱氮，而不需增大反应池和沉淀池体积。在平均温度时，其最大硝化速率估计为 0 4 2 k g d 1 0 0 0 m ，且硝化速率随着生物膜厚度的增加而增加。膜厚度的增加是伴随着N H 3 - N 和 C O D 浓度的增加而增加，试验观察到R i n g l a c e 载体很难保持良好硝化，除非8 0 9 0 的C O D 用于异养菌生长。 由于附着生物的存在和总生物量的提高，有机负荷的改变势必给复合生物反应器的运行带 来不同于活性污泥法的区别。W a n g 等田】分析了复合生物反应器有机负荷率对系统性能的影响。 结果表明，当生物载体的投加率为反应器体积的1 5 3 0 时，可维持反应器内总生物量 4 3 0 0 5 7 5 0 m e g L ，附着生物量相对悬浮生物量稳定且随着有机负荷的增加而增加。在有机负荷 为O 5 4 k g C O D m s d 时，C O D 随有机负荷的增加而降低，其去除率由9 5 降至8 0 左右，但高 负荷时系统仍能保证对C O D 的有效去除。随有机负荷率的增加，其基质去除率呈线性增加。 复合生物处理系统的高负荷稳定性说明，当负荷增加时，因附着生物膜的存在，保证了复合生 物系统仍能维持良好的传氧能力和稳定的附着生物量，因此复合系统可用于现有活性污泥法的 改造，提高其处理能力。L e e 等【3 6 l 采用分别由斑脱土( B e n t o n i t e ) 和斜发沸石( C l i n o p t i l o l i t e ) 两种粉体状矿石为生物载体的复合生物反应器处理系统，研究了有机负荷率( O L R ) 对C O D 去除率和硝化的影响。研究结果显示，随O L R 的增加附着生物量几乎呈线性增加的趋势，吲 而反应器中总生物量得以大幅度提高，附着生物量可达4 0 0 0 m g L ，有机污染物的去除率明盟提 高。当O L R 在1 - 4 k g C O D m 3 d 时，C O D 的去除率达9 3 以上，其硝化速率接近9 0 。 2 3 2 复合生物反应器污水处理技术的特点 从以上的分析研究可看出，H B R 系统具有自身的独特特点，表现出了与活性污泥法不同的 技术优势。主要有： 微生物相多样化，生物的食链长，并能存活世代时间较长的微生物。因生物膜上的微生 物没有象活性污泥法中的悬浮生长微生物那样受强烈的曝气搅拌冲击，生物膜为微生物的繁 衍、增殖及生长栖息创造了安稳的环境。生物膜上能够生长高次水平的生物，在纤毛虫、轮虫 类之上还栖息着寡毛虫和昆虫，因而其食物链长。此外，生物膜上能够生长世代时间较长、增 殖速度缓慢的微生物，如硝化菌、氨化菌等。 l 晒安建筑科技大学硕士学位论文 微生物量多，处理能力大，净化功能显著提高。由于附着生长的生物膜具有较少的含水 率，单位反应器容积的生物量可高达活性污泥的几倍，因而复合生物反应器具有较强的处理能 力。又由于硝化菌的大量繁殖，复合生物反应器具有一定的硝化功能，其净化功能得以提高【3 7 】。 有机负荷高，耐冲击负荷。复合生物反应器受水质、水量变化而引起的有机负荷和冲击 负荷波动的影响较小，反应器的运行稳定性得以大幅度提高。当有机负荷为3 5 k g C O D m 3 d 时， C O D 的去除率仍可达8 0 以上 3 5 1 。 微生物活性高。研究表明，生物膜微生物的比耗氧速率( S p e c i f i cO x y g e nU p t a k eR a t e ， S O U R ) 比活性污泥高，说明复合生物反应器具有较高的微生物活性，可增强反应器的生物交 理能力【3 6 1 。 减少污泥膨胀和剩余污泥。丝状菌优先生长在生物膜上，可有效改善活性污泥中因丝状 菌的大量繁殖而导致的污泥膨胀问题，相反还可以利用丝状菌较强的分解能力，提高复合生物 反应器的处理效果。在生物膜中，因其食物链长、生长着高次营养水平的生物，特别是在生物 膜底部厌氧层的厌氧菌能够降解好氧过程合成的剩余污泥，从而使总的剩余污泥量减少。 流程少，H R T 短。复合系统将活性污泥法与生物膜法合建在一个好氧反应器内，减少了 生物处理单元的数量；因总生物量的增加，在相同的处理要求下可进一步缩短水力停留时间， 提高系统的处理能力。 脱氮除磷效率高。生物膜法的显著特点，就是随着生物膜厚度的增加其传质阻力相应增 加，在不改变操作条件下生物膜内的缺氧层厚度随之增加，形成外层为好氧层而内层为缺厌 氧层的微环境，如图2 5 所示。好氧层主要进行硝化反应丽缺氧层主要进行反硝化反应，缺氧 层的形成有利于加强生物反硝化能力，可在好氧反应器内利用附着微生物同时进行硝化和反磷 化过程，强化系统整体的脱氮除磷功效。 载 体 图2 5 生物膜降解过程示意图 水流向 底物 溶解氧 代谢 产物 西安建筑科技大学硕士学位论文 2 4 复合膜生物反应器的发展状况及研究的意义 桂萍等【3 8 】采用平板式聚丙烯酯U F 膜和网格状外壳内填有纤维丝的球形填料对膜复合式 生物反应器的操作条件及稳定运行特性进行了研究。实验表明，适宜操作压力为O 1 5 M P a ，膜 面流速为1 ，4 1 7 m s ，H R T 控制在4 h ，适宜的悬浮污泥浓度为2 2 5 9 几时，系统稳定运行可达 6 0 d 以上，C O D 和N H 3 - N 的去除率均可达9 5 以上，膜通量在2 0 L m 2 h 以上的运行时问超过 6 0 d ，运行过程中未发现微生物代谢产物的明显积累，但活性污泥的活性有所降低。实现还发 现，在不排泥的情况下，反应器微生物浓度及总生物量随运行时间的延长而下降。所以为维持 一定的污泥活性，运行过程中可适当排泥。张军等口9 】将泡沫填料置于好氧区的膜组件下方，构 成了基于A 2 0 的活性污泥法的复合淹没式膜生物反应器，并进行了合成污水的试验研究。结果 表明，出水水质为C O D 3 0 m g L 、B O D 1 0 m g L 、N H 3 - N 5 0 33 分析方法 ( 1 ) S S 、M L S S 、M L V S S ：重量法。 ( 2 ) p H ：p H 计。 ( 3 ) 色度：铂钴标准比色法。 ( 4 ) 浊度：用哈希( H A C H ) 2 1 0 0 N 型浊度仪测定。 ( 5 ) 溶解氧( D O ) ：用奥力龙( O R L O N ) 8 4 2 型溶解氧仪测定。 ( 6 ) N H 3 - N ：纳氏试剂比色法。 西安建筑科技大学硕士学位论文 ( 7 ) N O z - N ：N 一( 1 一萘基) 一乙二胺光度法。 ( 8 ) N 0 3 - N - 分光光度法。 ( 9 ) T N ：过流酸钾紫外分光光度法。 ( 1 0 ) T P ：钼锑抗分光光度法。 ( 11 ) C O D ：重铬酸钾氧化法。 ( 1 2 ) B O D 5 ：B O D 仪培养法。 ( 1 3 ) T O C ：用岛津( S H I M A Z D U ) T O C 一5 0 5 0 A 分析仪测定。 ( 1 4 ) 溶解性有机物：0 4 5t a n 微孔滤膜过滤法。 ( 1 5 ) 粪大肠杆菌群数：多管比色发酵法。 ( 1 6 ) 生物膜重量：方法一，碱洗法【5 0 1 ：随机抽取一定数量的生物膜填料，放嚣于烘箱中烘 干2 小时后于干燥器冷却至恒温，称重为w 1 ，然后用2 0 N a O H 溶液加热并不断搅拌将填料 表面上的生物膜完全溶解，用清水冲洗填料，之后将填料放置于烘箱中再烘2 小时，取出填料 再冷却至恒温，称其重量为W 2 ，则总的生物量w _ 【( w l W 2 ) 取样的填料个数 反应器中的填 料总数。方法二，超声波剥落法口1 】：将一定数量带生物膜的载体置于盛有少量水的锥形瓶中， 利用超声波冲击剥落生物膜。剥落后的生物膜可用于各种分析之用。两种清洗方法均取得了满 意的效果。 ( 1 7 ) 微生物相：用北京泰克仪器有限公司生产的X S Z H 型显微分析系统进行分析观察。 3 4 试验安排 3 4 1 复合淹没式M B R 用于污水回用的- i K - 验 调整并优化运行参数，长期连续运行，分析工艺对色度、浊度、N H 3 - N 、C O D 、B O D 、细 菌等污染物的去除，考察该系统用于处理城市污水回用的可行性及能力，从总体上分析复合淹 没式M B R 处理城市污水的功效，研究复合生物反应器和膜分离的贡献。同时，对实验系统出 水水质与北石桥污水净化中心回用系统出水水质进行对比。 3 4 2 复合淹没式M B R 处理城市污水的特性分析 完全好氧式复合M B R 中附着生长的生物膜起到了对有机物去除的强化作用，表现出了自 身的独特优势，在去除有机物的同时，强化了对N 、P 的去除效率，提高了抗冲击能力。由于 复合M B R 具备了同时硝化反硝化过程，使得该工艺在一个好氧反应器内，同时完成了对有机 物及营养物的生物降解。 生物脱氮。通过分析工艺进、出水的N H 3 - N 、T N 以及N 0 3 - N 、N O z - N 浓度指标，考察 系统同时硝化反硝化作用机理。 生物除磷。控制适宜的操作参数，分析复合M B R 工艺对T P 的去除率。 有机负荷、水力负荷对复合M B R 工艺的影响。考察系统抗冲击负荷能力， 一是提高系 统进水C O D 负荷，二是改变H R T ，分析出水水质变化。 0 西安建筑科技大学硕士学位论文 活性污泥特性分析。重点分析悬浮相和附着相微生物组成及微生物种属。 3 4 3 膜污染分析 恒流过滤模式下，分析淹没式M F 膜组件随时间t 的变化，考察间歇过滤对膜污染的影 响。 膜过滤过程中膜孑L 堵塞和滤饼层的形成及作用。 不同M L S S 浓度、T M P 、曝气量和间歇过滤模式等操作条件对膜污染的影向。 物理化学清洗对膜污染的影响。 西安建筑科技大学硕士学位论文 第4 章复合淹没式膜生物反应器处理城市污水回用的功效 为探讨复合生物反应器一膜分离系统处理城市污水回用的功效，本试验采用第三章所述的 H S M B R 系统进行研究，并将其出水水质与城市污水再生利用城市杂用水水质 ( G B f F l 8 9 2 0 2 0 0 2 ) 进行对比，研究了H S M B R 工艺出水水质和用于污水回用的可行性。 4 1 污水回用标准 采用我国建设部部颁标准城市杂用水水质标准( G B T 1 8 9 2 0 2 0 0 2 ) ( 表4 1 ) 作为工艺郾 出水标准，以满足市政杂用水如冲洗、绿化、洗车等目的。 表4 1 城市杂用水水质标准 G B 厂r 1 8 9 2 0 2 0 0 2 ) 4 2H S M B R 工艺生物降解特性 4 2 1 对物理化擘指标的去除 4 2 1 1 浊度物质的去除 H S M B R 对浊度物质的去除效果如图41 示。 西安建筑科技大学硕士学位论文 1 0 0 0 i 0 0 3 皇 堪 1 0 趟 I O ，1 ：0 ，乞。 F 菊i i 谳面翮 ，_ 州 。 0 1 02 03 04 05 0 时间，d 图4 1H S M B R 对浊度的去除 由图4 1 看出，H S M B R 出水的浊度在O 2 9 0 9 8 N F U 之间，平均出水浊度为O 5 8 N T U 。面 城市杂用水水质标准规定便厕冲洗、城市道路清扫用水浊度值为1 0 N T U ，洗车、绿化用水 浊度值分别为5 N T U 和2 0 N T U ，膜生物反应器出水水质完全满足市政杂用水对浊度的要求n H S M B R 对浊度物质的去除高，主要有两方面原因：一是M B R 系统中复合生物量浓度高， 使其生化降解作用明显增强；二是由于浊度物质主要以悬浮态和胶体态存在，而膜对悬浮和胶 体物质具有很强的去除效果睇1 。从图4 1 可以看出，微滤膜对水中的浊度物质几乎可以完全去 除。出水浊度在运行的后期明显低于运行初期，且出水浊度较稳定，其原因是：随着过滤时间 的延长，污染物在膜表面逐渐形成一层致密的滤饼层，滤饼层的形成使膜孔径变窄，它能够截 留比膜孔更小的物质，起到了再过滤的作用。因此，低浊度出水是膜处理工艺的显著特点。 4 2 1 2 色度物质的去除 H S M B R 系统进、出水的色度值如图4 1 2 。 _ I 醚 恻 蝴 1 0 0 0 1 0 0 1 0 l j 原水- 惦R 出水 C 一hv 乞b ，、 ；1 j 。” ： + 0 ：p ，一乞于- 一一 02 0 4 0 时间 图4 2i - I S I I B R 对邑度的去除 由图4 2 看出，H S M B R 系统对色度物质具有较强的去除能力，其出水色度值位于8 5 8 3 8 8 2 3 西安建筑科技大学硕士学位论文 度之问，平均出水色度为3 0 度，不能完全保证满足城市杂用水水质标准对回用水 3 0 度的 要求。主要原因是试验用水中色度物质的可生化降解性较差，不能够在H S M B R 中得到较彻底 去除。 为满足回用水标准对水质的要求，研究了用N a C l 0 溶液对H S M B R 系统出水进行消毒的功 效，一方面利用N a C I O 溶液的氧化性，分析膜出水经氧化后色度变化；另一方面，考察N a C I O 溶液杀菌效果。所用N a C I O 溶液的浓度为1 0 ，分析纯级，且使溶液中游离余氯浓度大于 o 2 m 舀，L ( 与城市杂用水水质标准规定的余氯浓度对应) 。图4 3 显示了N a C I O 溶液氧化 H S M B R 系统出水前后色度对比值。 测定次数 图4 3N a C l 0 溶液氧化后膜出水色度 由图4 3 看出，经N a C I O 溶液氧化后色度明显降低，氧化前色度平均值为4 0 3 度，氧化届 色度值平均为1 6 2 度，可完全满足回用水对色度的要求。H S M B R 系统出水色度值有时达4 0 度以上，是由于试验期间原水水质变化较大所致，且原水色度物质的不可生化降解性增强。 4 2 2 对有机污染物的去除 4 2 2 1B O D 5 的去除 H S M B R 系统进、出水的B O D 5 值如图4 4 所示。 塑耋塞丝墼垫查耋堡圭兰堡篁苎 匝巫三函 - - _ - - - - - - - 02 04 U6 U8 01 0 0 时问，d 图4 4I q S t c l B R 对1 3 0 1 7 的去除 由图4 4 知，H S M B R 对B O D 5 具有很高的去除率，出水B O D 5 值基本上小于4 m g I 。，平均 出水浓度B O D 5 = 2 8 7 m g L ，平均去除率为9 7 8 ，明显高于传统生物处理技术。出水水质远 远优于城市杂用水水质标准规定的1 5 m g L 要求。 4 2 - 2 2C O D 的去除 H S M B R 对有机物的去除来自两方面：一方面是反应器内附着生长和悬浮生长微生物的生 物降解作用：另一方面是膜分离对污染物的截留。为考察这两方面的作用，可分别通过测定上 清液( 混合液经滤纸过滤后的滤液) 和膜出水水质来加以研究。原水、上清液以及膜出水中C O D 浓度值如图4 5 。 1 0 0 0 毫1 0 0 置 越 誉 8 1 0 ：静? 淞芄 2 炼# 夏芝丧：二 一一 一 原水- 上清液珊 R 出水j 02 04 06 08 0 时间，d 图4 5H S b l B R , 列 C 0 1 ) 的去除 由图4 5 看出，H S M B R 系统出水的C O D 值基本上小于2 0 m g L ，H S M B R 上清液C O D 浓 度平均值为2 5 6 m g L ，平均去除率9 2 ；系统出水C O D 浓度平均值为1 4 5 m e , L ，平均去除率 为9 5 。出水水质远远低于城市杂用水水质标准规定的冲洗5 ( h n g L 和绿化、施工6 0 m g I ， 的标准，可完全满足回用要求。 2 5 啷 m m ， 18田世矮B 西安建筑科技大学硕士学位论文 从图4 5 还可以看出，H S M B R 内的微生物主要承担了去除有机污染物的作用。另外，当 混合液中的C O D 值出现波动时，圆膜过滤的存在，均可保证H S M B R 系统稳定、优良的出水 水质。所以，膜生物反应器在去除有机污染物方面，表现出了良好的运行稳定性。这一特性亦 明显优于传统生物处理系统。 从上述几项水质指标来分析，膜生物反应嚣出水经消毒后完全能够满足建设部城市杂用 水水质标准的要求，其出水可直接回用。 4 2 3 对营养物的去除 4 2 3 1N H 3 - h i 的去除 H S M B R 系统内原水、上清液及膜出水的N H 3 - N 浓度如图4 6 。 1 0 0 ，每：c 。附_ ? ： J E - 脚扣。一 1 掣I h 二l l 原水上清液 皿R 出水1 02 0 4 06 08 0 时间，d 图4 6t t S M B R 对氮氮的去除 由图4 6 可知，H S M B R 系统具有很强的硝化作用，系统出水N H 3 - N 值基本上低于l m g L 一 上清液、系统出水的N H 3 - N 浓度平均值分别为1 3 3 m g L 、0 7 6 m g L ，其相应的平均去除率分别 是9 6 、9 8 ，N i t 3 - N 的生物去除率占主导地位。 图4 6 说明，H S M B R 反应器的硝化反应可以彻底进行。一方面，世代较长的硝化菌优先 附着生长在生物膜上，使得硝化菌的生长与悬浮生长的活性污泥无关，避免了硝化菌的流失 I s 3 , 5 4 1 ；另一方面，H