（环境工程专业论文）aombr强化除磷及膜污染控制研究.pdf

l l u l l l l i i t l i l l li i i i ihii l l ll l l l l l l y 17 5 3 9 8 2 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砭宄上作，二乏取得的研究成果。 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：强毛一f ! 期：列口：q 多1 ，落 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l 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：题导师签名： 摘要 a o m b r 强化除磷及膜污染控制研究 摘要 试验采用缺氧好氧膜生物反应器( a n o x i c o x i cm e m b r a n eb i o r e a c t o r ，简称a o - m b r ) 处理生活污水 首先，考察了该系统对污染物的去除效果及影响因素；其次，采取投加聚合氯化铁强化除磷并对铁盐除磷 后膜污染进行相关分析；最后，从出水效果和膜污染两方面考察污泥浓度和投加硅藻土对系统运行性能的 影响。主要结论如下： a o - m b r 在启动期不排泥条件下，c o d 和n i1 3 - n 去除率逐渐上升，平均去除率分别为8 3 s 4 0 d 铂9 9 ， 而t p 去除率呈逐渐下降。h r t 为6 6 h 时，系统对c o d 具有较好的去除效果，t n 和t p 的去除率则随着 h r t ( 3 8 l l h ) 增加而减小：在1 0 - 2 5 范围内，c o d 和t n 去除率随温度升高而增加；m l s s 为5 6 g l 时，系统对c o d 和t n 去除效果较好。稳定运行阶段，系统生物除磷效果不理想，出水t p 浓度逐渐 升高。 投加聚合氯化铁( 按全铁计) 1 0 1 5 m g l 后，出水c o d 、t p 、n h 3 - h l 和t n 均能达到城镇污水处 理厂污染物排放标准( g b1 8 9 1 8 2 0 0 2 ) 一级a 排放标准。 铁盐除磷过程中，膜面无机污染物以铁盐贡献最大；膜面有机污染物主要是由多糖和蛋白质组成的胞 外聚合物( e p s ) ；该系统中溶解性有机物( d o m ) 主要由类蛋白质和类富里酸组成，但d o m 对膜污染有 着不可忽视的贡献，m b r 对其去除作用有限；曝气不均匀导致膜面同时存在泥饼层和凝胶层膜污染。 投加硅藻土对c o d 去除影响不大，但对 i n 和t p 的去除有所提高，平均去除率分别为7 1 4 6 和 8 5 5 7 。 随着m l s s 下降，污泥粒径逐渐增大，跨膜压差( t m p ) 增长速度减缓。m l s s 为4 s g l 时，投加 硅藻土后，污泥粒径增大、沉降性能改善、好氧段大分子有机物含量大幅度下降，跨膜压差( t m p ) 在试 验期间保持不变，系统运行稳定。 关键词：膜生物反应器，强化除磷，膜污染，聚合氯化铁，硅藻土 东南人学硕士学位论文 a b s t r a c t r e s e a r c ho na l la n o x i c o x i cm e m b r a n eb i o r e a c t o r ( a o - m b r ) f o rm u n i c i p a lw a s t e w a t e rt r e a t m e n tw a s o n d u c t e d f i r s t l y , t h ec h a r a c t e r i s t i c so fc o n t a m i n a n t sr e m o v a la n di n f l u e n c ef a c t o r sw e r ei n v e s t i g a t e d ；f o l l o w e d p o l y f e r r i cc h l o r i d e ( p f c ) w a sa d d e di n t om b rt oe n h a n c ep h o s p h o r u sr e m o v a la n dm e m b r a n ef o u l i n gw a sa l s o a n a l y z e d ；f i n a l l y , t h ei n f l u e n c eo fd i f f e r e n tm l s sa n dd i a t o m i t ea d d i t i o no nt h ep r o c e s sp e r f o r m a n c ec o n s i d e r i n g e f f l u e n tq u a l i t ya n dm e m b r a n ef o u l i n gw a sd i s u s s e d t h ef o l l o w i n gc o n c l u s i o n sw e r ea c h i e v e d ： a tt h es t a r t - u pp e r i o do fa o - m b r ( w i t h o u ts l u d g ed i s c h a r g e ) ，t h er e m o v a le f f i c i e n c i e so fc o da n dn h 3 - n i n c r e a s e dg r a d u a l l yw i t ht h es t a b l er e m o v a le f f i c i e n c ya v e r a g e da t8 3 8 4 a n d9 9 ，r e s p e c t i v e l y , b u tt pr e m o v a l e x h i b i t e ds t e a d yd e c l i n e t h ep r o c e s sa c h i e v e db e t t e rc o dr e m o v a lw i t ht h eh r to f6 6 h , t h er e m o v a l e f f i c i e n c i e so f t na n dt pd e c r e a s e dw i t ht h ei n c r e a s eo f h r t ( 3 8 ll h ) i nt h er a n g eo f1 0 - - 。2 5 c ，t h er e m o v a l e 舔c ，、瑚知磷o l 协ma n dt ni n c r e a s e dw i l ht h ei n c r e a s eo fi e m l 二一 ，i i 散键端对s ”，吆瓯s ) 髓m l i a c h i e v e db e t t e rr e m o v a le f f i c i e n c i e so fc o da n dt n t h eb i o l o g i c a lp h o s p h o r o u sr e m o v a li sn o ts og o o ds i n c e t h ee f f l u e n tt pi n c r e a s e dg r a d u a l l yf o rt h ea c c u m u l a t i o no f t pi nt h es y s t e m p f cw a sa d d e di n t ot h em o - m b r t h ee f f i u e n tc o u l dr e a c ht h ef i r s t - g r a d eao f “p o l l u t a n td i s c h a r g e s t a n d a r do fm u n i c i p a lw a s t e w a t e rt r e a t m e n tp l a n t ”( g bl8 918 - 2 0 0 2 ) w i t ht h ep f cd o s a g eo f10 - - 。15 m g l d u r i n gc h e m i c a lp h o s p h o r u sr e m o v a lp r o c e s sb yp f c ，t h ef e r r i ci r o na c c o u n t e df o ral a r g ep r o p o r t i o ni n i n o r g a n i cf o u l a n t so nm e m b r a n es u r f a c e t h eo r g a n i cf o u l a n t so nm e m b r a n es u r f a c em a yb ee x t r a c e l l u l a r p o l y m e r i cs u b s t a n c e s ( e p s ) i tw a sm a i n l yc o m p o s e do fp o l y s a c c h a r i d e sa n dp r o t e i n t h ec o m p o n e n t so f d i s s o l v e do r g a n i cm a t t e r ( d o m ) i nt h es y s t e mw a sm a i n l yp r o t e i n l i k ea n df u l v i ca c i d - l i k e ，m b rh a sl i m i t e d r e m o v a lc a p a b i l i t yf o rd o m , h o w e v e ri th a sa ni n p o r t a n te f f e c to nm e m b r a n ef o u l i n g t h em e m b r a n ef o u l i n go f c a k el a y e ra n dg e ll a y e rw a so c c u r r e do nt h em e m b r a n es u r f a c eb e c a u s eo f t h en o n u n i f o r ma c l a t i o n t h ec o dr e m o v a lw a si n f l u e n c el e s sb ya d d i n gd i a t o m i t e ，b u tt h er e m o v a lo ft na n dt pw e r ei m p r o v e d w i t ht h ea v e r a g er e m o v a le f f i c i e n c i e so f71 4 6 a n d8 5 5 7 s e p a r a t e l y w i t ht h ed e c l i n eo fm l s s ，t h ei n c r e a s ei ns l u d g ep a r t i c l es i z ea n dt h ed e c l i n ei nt r a n s m e m b r a n ep r e s s u r e ( t m p ) i n c r e a s i n gr a t ew e r eo c c u r r e d u n d e rt h em l s so f4 - 5 9 la n dt h ed i a t o m i t ed o s a g eo f5 0 m g l ，t h e s l u d g ep a r t i c l es i z eb e c a m el a r g e r , t h es e t t l i n gp e r f o r m a n c ei m p r o v e d ，t h em a c r o m o l e c u l a ro r g a n i cm a t t e r s i g n i f i c a n t l yd e c r e a s e di no x i cz o n e , a n dt m pr e m a i n e ds t a b l ed u r i n gt h ee x p e r i m e n t k e y w o r d s ：m e m b r a n eb i o r e 如t o r ( m b r ) ，e n h a n c e dp h o s p h o r u sr e m o v a l ，m e m b r a n ef o u l i n g , p o l y f e r r i cc h l o r i d e ( p f c ) ，d i a t o m i t e i i 目录 目录 第一章绪论。l 1 1 研究背景及意义l 1 1 1 研究背景 1 1 2 研究意义1 1 2 膜生物反应器技术1 1 2 1 膜生物反应器定义及原理1 i 2 2 膜生物反应器分类1 1 2 3 膜生物反应器特点2 1 2 4 膜生物反应器研究进展2 1 3 膜生物反应器脱氮除磷技术3 1 3 1m b r 脱氮技术3 1 3 2m b r 除i 瞬技术3 1 3 3m b r 同步脱氮除磷技术4 1 4 膜污染及控制4 1 4 1 膜污染成因。4 1 4 2 膜污染影响因素4 1 4 3 膜污染控制5 1 4 4 膜清洗。5 1 5 研究内容及技术路线。6 1 5 1 研究内容6 1 5 2 技术路线。6 第二章试验装置及试验方法8 2 1 试验装置及流程8 2 2 试验水质及试验方法9 2 2 1 试验水质9 2 2 2 试验方法 2 3 测定项目及方法_ l o 第三章a o - m b r 污染物去除效果研究1 1 3 1 启动期污染物去除特性分析1 1 3 1 1c o d 去除效果1 l 3 1 2n i1 3 - n 去除效果 3 1 3t p 去除效果1 2 3 2 稳定期运行效果影响因素分析1 3 3 2 1h r t 对运行效果的影响1 3 3 2 2 温度对运行效果的影响1 7 3 2 3 污泥浓度对运行效果的影响2 i 3 3 本章小结2 4 第四章a o - m b r 铁盐强化除磷及膜污染研究2 6 4 1 污染物去除效果分析2 6 4 1 1c o d 去除效果2 6 4 1 2t p 去除效果2 7 i i i 东南人学硕士学位论文 4 1 3 氮去除效果2 7 4 2 出水水质分析2 9 4 3 污泥混合液性质分析2 9 4 3 1p h 值变化2 9 4 3 2m i , s s 变化3 0 4 3 3 微生物相观察3 0 4 4 铁盐除磷过程中膜污染3 0 4 4 1 荧光光谱分析3 l 4 4 2 红外光谱分析。3 2 4 4 3 能谱分析3 3 4 4 4 扫描电镜分析3 4 4 4 5 跨膜压差分析3 4 4 5 经济可行性分析一3 5 4 5 1 费用构成3 5 4 5 2 投资总费用3 5 4 5 3 运行总成本3 6 4 5 4 经济效益及投资回收期分析3 7 4 6 本章小结3 8 第五章a o - m b r 投加硅藻土的去除效果及膜污染研究3 9 5 1 投加硅藻土对a o - m b r 运行效果及污泥沉降性影响分析3 9 5 c o d 去除效果3 9 5 1 2t p 去除效果3 9 5 1 3 氮去除效果4 0 5 1 4 沉降性能影响4 2 5 1 5m l v s s m l s s 变化4 2 5 2 污泥浓度及投加硅藻土对膜污染影响分析4 3 5 2 1 污泥粒径 一4 3 5 2 2 分子量分布4 4 5 2 3 污泥沉降性能 5 2 4 微生物相4 6 5 2 5 跨膜压差4 6 5 3 本章小结4 7 第六章结论与建议4 8 6 1 结论 4 8 6 2 建 义，。，。4 8 致谢5 0 参考文献5l w 第一章绪论 1 1 研究背景及意义 1 1 1 研究背景 第一章绪论 随着经济快速增长和生活水平提高，人类对水的需求量不断增加；同时部分工业企业及生活污水不处 理即排放造成了水体严重污染，使可利用水资源逐年递减。据报道【1 1 ，我国地表水污染严重，在监测营养状 态的2 6 个湖泊( 水库) 中，呈富营养状态的湖( 库) 占4 6 2 。太湖便是受污染较严重的湖泊之一，深受以 氮、磷污染为主的各种污染困扰，近几年蓝藻的爆发，严重制约了经济发展和人民生活质量的提高，控制 富营养化，己成为当前治理太湖污染刻不容缓的艰巨任务。 为了解决太湖流域水污染问题，从国家到地方均出台了相关政策，其中。提高城镇污水处理厂的污染 物排放标准、提高中水回用率、节能减排是肖u 减污梁韧徘放总釜的童要手段。江苏省为加大太湖治理力度， 制定了地方标准太湖地区城镇污水处理厂及重点工业行业主要水污染物排放限值( d b 3 2 ) 。但目前实际 应用中的处理工艺和技术设备，大多存在各种不同的问题，如去除效率低、管理不便、占地面积大、投资 大等。因此，急需一些新型高效的污水处理技术为该标准提供有力支撑。 膜一生物反应器( m e m b r a n eb i o r e a c t o r ，简称m s r ) 作为一种新型高效污水处理及回用工艺，可取得较好 的处理效果，同时在投资与运行费用上与常规深度处理工艺相比也有优势。因此，针对太湖流域污染问题， 无论从技术还是经济来考虑，膜生物反应器不失为一个良好的选择。 正是由于m b r 具有诸多传统污水处理工艺所无法比拟的优点，其在世界范围内受到普遍关注。目前， 在日本、美国、荷兰、法国、英国、德国等国已得到，“泛应用，并成功应用于除生活污水之外的其他废水 处理，如印染、医药、纺织、屠宰、乳制品、化工等。随着m b r 的推广应用，也相继出现了一些实际应 用的问题，例如，与传统工艺相比，膜生物反应器因其较长的污泥龄，并不能提高磷的去除。另外，膜污 染也是至今尚未得到很好解决的一个技术难题，研究膜污染的防治已成为当前研究m b r 中的一个重要课 题。 1 1 2 研究意义 本课题属国家水体污染控制与治理科技重大专项( 2 0 0 8 z x 0 7 1 0 1 0 0 3 ) 太湖专项( b s 2 0 0 7 1 5 9 ) 。通过本 课题的实施，不仅可为太湖流域的减排工作提供先进技术支持，还有利于膜生物反应器的推广与应用。 1 2 膜生物反应器技术 1 2 1 膜生物反应器定义及原理。 膜- 生物反应器( m e m b r a n eb i o r e a c t o r ，简称m b r ) 是将现代膜分离技术与传统生物处理技术有机结合起 来的一种新型高效污水处理及回用工艺，主要由膜组件与生物反应器两部分组成。其原理主要有两方面， 其一是与传统活性污泥法相似的生物降解作用，其二是物理作用，即膜的阻截。正是因为这一点，m b r 具有传统工艺所无法比拟的优点，具有自身独特的优势。 1 2 2 膜生物反应器分类 根据膜组件和生物反应器的组合方式，膜生物反应器可分为分置式、一体式和复合式三种。 分置式膜生物反应器中，膜组件与反应器相对独立，之间由泵和管线连接构成，彼此关联较小，优点 l 东南大学硕士学位论文 是操作管理容易、系统运行稳定可靠、易于膜的清洗与更换、膜组件可与各种不同的生物反应器结合，构 成各种不同的分离式。缺点是膜污染严重，为了减少膜面污染，需风机提供较大的膜面流速，动力消耗较 大，同时循环泵的高速旋转产生剪切力对某些微生物细菌体会产生失活现象。 一体式是将膜组件置于生物反应器内部，通过真空泵或其他类型的泵抽吸，达到围液分离目的。为减 少膜面污染，一般泵的抽吸是间断运行的，膜组件下方设置的曝气系统不仅为微生物供氧，以维持其正常 的生长代谢活动，更主要的是形成向上的剪切力来实现膜面的错流效果，有效抑制了污染物在膜表面的沉 积。与分置式相比，一体式的最大特点是运行能耗大大降低，但在运行稳定性、操作管理方面和清洗更换 上不及分置式。 复合式在形式上与一体式膜生物反应器相同，所不同的是在生物反应器内增加填料，从而形成复合式 膜生物反应器。 本研究采用的是一体式缺氧，好氧膜生物反应器。 1 2 3 膜生物反应器特点 相对于传统污水处理工艺；膜生物反应器具有以下优点： ( 1 ) 以膜组件替代传统生物处理系统中的二沉池，固液分离效果好，出水悬浮物低，小会出现污泥 膨胀带来的污泥流失问题。 ( 2 ) 污染物去除效率高，出水水质好 膜的高效截留实现了水力停留时间和污泥停留时间的完全分离，使得系统内能够维持较高的微生物浓 度，提高了系统对污染物的去除效率1 2 一。且出水悬浮物和浊度接近于零，细菌和病毒被大幅去除，可直接 作为非饮用水进行回用，节约了水资源。 ( 3 ) 系统硝化能力强 由于可以完全截留微生物，有利于世代周期较长的硝化细菌生长和繁殖。研究表吲5 - 6 1 ，m b r 处理生 活污水运行稳定时，对氨氮的去除率平均在9 8 以上，出水氨氮浓度低于l m g i ，。 ( 4 ) 污泥龄长，剩余污泥量少 反应器在高容积负荷、低污泥负荷下运行，理论上可实现零污泥排放，降低了污泥处置费用。 ( 5 ) 设备结构紧凑，占地面积小，操作管理方便 因较高的污泥浓度，与传统t 艺相比，维持同等污泥负荷条件下，m b r 所需体积较小m b r 系统可 采用p l c 控制系统，易于实现全程自动控制。 但是，也存在以下缺点： ( 1 ) 膜污染是m b r 运行过程中不可避免的问题，导致膜通量下降，运行周期缩短，运行成本增加。 ( 2 ) 膜生产成本较高，严重阻碍了膜生物反应器的推广应用。 ( 3 ) 污泥龄长，不利于磷的去除。 本研究将针对m b r 生物除磷效果差这一问题，进行化学强化除磷研究，同时考察化学除磷过程中膜污 染特点，并采取相应措施在一定程度上对其进行控制。 1 2 4 膜生物反应器研究进展 m b r 自问世以来，在废水处理应用方面有了长足的发展，我国m b r 研究始于9 0 年代。1 9 9 6 年，国 家“九五”攻关开始资助m b r 研究。2 0 0 2 年，国家8 6 3 项目继续资助m b r 研究，其目的是在国内全面 推进m b r 的研究和应用【。7 1 。 ( 1 ) m b r 工艺的创新 虽然膜分离技术与传统活性污泥法组合形成的m b r 工艺，是污水处理领域的一个开创性的变革，但 因其不是完全成熟的工艺，有必要进一步改善，以满足处理废水的要求。例如，m b r 与序批式反应器s b r 相结合而成的改良式序列间歇反应器( m o d i f i e ds e q u e n c i n gb a t c hr e a c t o r ，m s b r ) 、升流式厌氧滤床( a n a e r o b i c u pf l o wb e df i l t e r ，a u b f ) 相结合成的两段式混合反应器、m b r 与氧化沟工艺( o d ) 相结合、m b r 与高效生 2 第一章绪论 物反应器( h c r ) 相结合等1 8 l 。 ( 2 ) 膜生物反应器应用范围 膜生物反应器已经从生活污水扩展到处理高浓度、有毒、难降解工业废水陆1 3 】。如屠宰废水、印染废 水、啤酒废水、造纸废水、被重金属污染的废水、垃圾渗滤液的处理等，以扩大研究应用的领域。 1 3 膜生物反应器脱氮除磷技术 目前，随着m b r 在国内外的研究发展，在脱氮除磷研究和开发方面进展也很快。 1 - 3 1m b r 脱氮技术 m b r 具有较强的硝化能力i l 6 l 已经被证实。膜的完全截留作用使m b r 的水力停留时间和污泥停留时 间可以完全分开，反应器可维持很高的污泥浓度，硝化菌得以在反应器中富集增殖，为处理高浓度氨氮废 水创造了条件。高蒙春通过浸没式m b r 和传统活性污泥法处理高浓度氨氮废水的对比试验发现i j ，s r t 为2 4 hb _ j ，进水氨氮为1 8 0 1 ) t 0 m g l ，没没瓦m b 氏中诋贰几丁全部铡纯，而砖统酒性污诧仫虱盛的硝 化率只有9 1 。王颖【l8 j 等采用缺氧好氧m b r 处理食品废水的试验中，进水氨氮高达4 0 0 , 6 6 0 m g l 时， 硝化效率达9 1 。 但硝化作用只是脱氮的一个环节，在好氧生化池内氨氮转化为硝态氮和弧硝态氮只是氮的形态发生了 变化，总氮的数量并没有减少，在硝化作用好的前提下，脱氮效果有赖于反硝化阶段。试验表明l l 她们，d o 、 p h 、碳源等因素对反硝化影响较大，何圣兵等1 2 1 在生物膜膜生物反应器处理生活污水的实验中发现，在 d o 、p h 等因素控制得当的情况下系统对氨氮和总氮平均去除率分别达到9 3 和8 8 9 ，效果优于传统工 艺，而且在试验过程中还发现了短程硝化反硝化的现象【2 2 1 。与传统活性污泥法相比，m b r 因较高的曝气 强度，污泥絮体较松散，污泥粒径变小，可能不利于反硝化的发生，对比投加粉末活性炭( p a c ) 和未投加p a c 的m b r 系统的脱氮效果发现，投加了p a c 后的m b r 系统中，污泥絮体尺寸增大，可在絮体内部形成缺 氧区，更加有利于反硝过程的发生，反硝化去除率高于9 6 【2 引。在好氧m b r 中投加生物载体填料，对 t n 有很高的去除效果，由于反应器内高浓度的污泥有利于在污泥絮体中形成好氧区和厌氧区，当填料载 体择膜充分后，自外到内会形成立体的好氧缺氧厌氧层递层，理论上为同一个反戍器实现同步硝化反硝 化创造了条件。齐唯等1 2 4 l 对浸没式m b r 同步硝化反硝化，效衄进行了研究，得出氧的传递是影响同步硝化 反硝化的重要因素。 1 3 2m b r 除磷技术 污水中磷大多以正磷酸盐、聚磷酸盐和有机磷的形式存在，污水除磷的方法有化学除磷、生物除磷以 及生物化学除磷。 化学除磷是指用化学试剂与污水中的含磷化合物反应，生成化学沉淀来达到除磷目的。混凝沉淀除磷 采用的化学药剂一般是铝盐、铁盐( 包括亚铁盐) 、石灰和铝铁聚合物( a v r ) 等，可以投入原水( 前置 沉淀) 或投入出水中，而形成的磷酸盐沉淀物在化学沉淀池中沉淀( 后置沉淀) 。此法具有管理方便、处 理效果好等优点，但额外增加了化学沉淀池，且投加药剂的费用较高。 生物除磷主要是基于聚磷菌的聚磷原理，通过聚磷菌过量从外部摄磷，并将其以聚合态贮藏在体内， 形成高磷污泥，排出系统，从而达到除磷效果。研究发现【2 5 1 ，与传统除磷工艺相比，采用膜生物反应器并 不能提高磷的去除。现有报道的总磷去除率介于1 1 9 和7 4 之间1 2 6 j 。目前生物除磷机理还不很清楚，d o m u 等人的研究中，一体式膜生物反应器对磷有4 0 的去除，通过质量衡算发现，如果微生物对磷的合成利用 是唯一机制的话，那么生物质组成的磷应该是2 0 。生物除磷机理仍有待深入研究。 在膜生物反应器中，较长污泥龄不利于磷的去除，在出水排放标准日益严格的情况下。常常采用在 m b r 工艺中投加混凝剂以共沉淀模式来提高磷的去除。研究表明【27 1 ，当n ( a i ) ：n ( t p ) 为1 5 ，进水t p 为4 - 3 3 东南大学硕士学位论文 5 3 m g l 时，出水t p 可以降到0 s m g l 以下。b u i s s o n 等人的膜生物反应器通过投加化学药剂取得了稳 定的除磷效果，当a i ( 或f e ) ，p 的摩尔比为l 时，磷的去除率达8 0 以上。迟军等人在反应器内通过投加铝 盐使t p 去除率达8 2 ，出水t p 降到0 s m g l 以下1 2 9 1 。 1 3 3m b r 同步脱氛除磷技术 目前，m b r 同步脱氮除磷除了通过控制操作条件进行生物脱氮除磷以外，还有复合式m b r 强化脱氮 除磷，包括投加絮凝剂，在生物化学协同作用下强化脱氮除磷。 生物脱氮除磷中，主要有序批式和间歇曝气式单级m b r 脱氮除磷工艺、两级a o 阶段m b r 脱氮除磷工 艺、和多级a 2 ，o 阶段m b r 脱氮除磷工艺。杨利等人1 3 0 j 通过对一体式膜生物反应器( s m b r ) 中试系统操作条 件的调控，使系统具有一定的同步脱氮除磷功能，试验结果表明，系统对总氮的平均去除率为4 5 6 ，对 总磷的平均去除率为4 3 1 。曹斌等人p l j 以城市污水为处理对象，进行a 址m b r 强化生物脱氮除磷中试研 究，结果表明，出水氮和磷达到我国城市污水再生利用景观环境用水水质标准( g b i t1 8 9 2 1 - 2 0 0 2 ) 。 总体而言，与传统工艺相比，m b r 同步脱氮除磷工艺还不成熟，需要在工艺设计、系统性能的提高、 降低系统造价及运行费用等方面进行深入研究，才有望得到实际应用。 1 4 膜污染及控制 1 4 1 膜污染成因 所谓膜污染是指处理物料中的微粒、胶体颗粒以及溶质大分子由于与膜存在物理、化学或机械作用而 引起的在膜表面或膜孔内吸附和沉积造成膜孔径变小或堵塞，使水通透膜的阻力增加，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1 3 2 1 。 污泥混合液是导致膜污染的直接物质来源，可分为水相和泥相两部分。水相主要包括胶体和溶解性的 有机物，泥相主要指活性污泥絮体，一种悬浮性固体，包含各种各样的微生物菌群及其代谢产物、有机物 和无机物颗粒，这些物质通过胞外多聚物互相连接。 造成膜污染的原因主要有以下三方面： ( 1 ) 小了膜九径的颗粒物质在膜孔中吸附通过浓缩、结晶、沉淀及生长等作息使膜孔产生不同程 度的堵塞，造成膜污染。 ( 2 ) 料液中的悬浮物、胶体物质及微生物被膜拦截，进而在膜表面形成沉积层，降低膜通量，造成 膜污染。 ( 3 ) 膜穿透压力及膜孔的堵塞造成膜表面出现浓差极化，所谓浓差极化，指当新膜刚和料液接触的 时候，溶液中的有机物质和胶体就会迅速在膜的表面形成一层凝胶层，在压力的驱动下，凝胶层迅速交厚 变浓，这样就使得溶质在膜表面产生了累积，造成膜表面的溶质浓度远高于主体料液中的溶质浓度，对水 的透过起着阻碍作用，造成了过膜阻力的升高以及膜渗透性能的降低。浓差极化和膜污染是不同的概念， 但是浓差极化引起过膜压力的升高就表现为膜污染。 归结起来，膜孔堵塞、凝胶层的形成和浓差极化导致了跨膜压差( t m p ) 增加、膜通量降低，造成膜 污染。 一 一 1 4 2 膜污染影响因素 影响膜污染的因素众多，但大体可分为三大类；膜的固有性质和结构、混合液的性质、反应器的工艺 参数和操作条件。 膜的固有性质和结构包括膜材料、亲疏水性、表面电荷、膜孔径、孔隙率、膜组件的结构、膜表面粗 糙程度以及膜组件的装填密度等。 污泥混合液的特性如污泥浓度、活性、沉降性、粒径分布、水相性质、混合液粘度以及表面电荷等对 4 第一章绪论 膜污染有重要影响【 珊l 。它们彼此之间既相互影响义相互关联。一般认为，污泥浓度过高时，对同液分离 会产生不利影响，膜通量随着污泥浓度增加而呈线性减小。引起膜孔堵塞主要是微小粒子，其中粒径为l o 岬以下的悬浮颗粒最易沉积，较大粒子在膜表面的沉积不会对膜的过滤性造成显著影响，只有尺寸与膜 孔处于同等数量级的颗粒沉积时才会产生严重影响；平均粒径大、均匀的活性污泥，具有良好的脱水性和 沉降性能，混合液粘度较低，所形成的滤饼层比较松散向时容易去除，对水的透过性能更好，造成的膜污 染程度相对较低。水相的性质包括原水中污染物成分及浓度、水相中微生物产物的浓度以及微生物产物的 组成。 影响膜污染进程的主要操作条件有曝气强度、操作通量、过滤方式、污泥龄、出水抽停时间比、水温 及p h 值。 ( 1 ) 在一体式m b r 中，较大的曝气强度可形成较高的错流速度，保证了足够大的膜面剪切力，消除 浓差极化的影响，从而减轻膜污染。另一方面也使得湍动的加剧，污泥絮体破碎，粒径减小，而污泥粒径 减小会加重膜污染。两种相反因素同时作用于膜污染。可见，曝气强度并不是越大越好，此外，高曝气强 度还会导致能耗增加。 t 2 ) 许多研究确实证明了临界通帚的存在【3 7 - 3 s ，当低于该值时，通量随时间减小不明最，当高于该 值时，就可观察到膜的污染。 ( 3 ) 根据主体料液与过滤液的运动方向是否一致，可以将膜过滤分成错流过滤和死端过滤。错流过 滤能有效地控制浓差极化以及污泥絮体在膜表面的沉积，进而有效地降低膜污染，目前被广泛采用。 ( 4 ) 膜污染速度随着污泥龄增加而增大1 3 9 - 4 0 ，污泥龄延长，微生物内源代谢加剧，分泌的微生物产 物即胞外聚合物( e p s ) 增加，并且长污泥龄的污泥活性较低，不足以将基质彻底分解，造成水相中溶解性 微生物产物( s m p ) 的分子量较大。 ( 5 ) m b r 基本均采用间歇出水的方式运行，最佳抽停时间比应综合考虑膜结构、系统设计以及经济 性来确定。 ( 6 ) 研究表明h 2 1 ，当p h 值高于其临界值时，膜会迅速污染。而当进入冬季温度下降时，微生物活 性大幅度下降，膜污染也会加剧。 1 4 3 膜污染控制 根据膜污染的影响因素，可从以下i 专霹蕾手控制膜污染。 ( 1 ) 对膜组件进行优化设计 膜材质具体的选择方式应根据处理对象的料液特性和工艺条件来决定，一般可从材料的强度、热稳定 性、化学稳定性、耐污染性能、产水性能等方面对其进行优化设计。 ( 2 ) 改善料液的性质 首先，可对料液原水采取有效的预处理，以达到膜组件进水的水质指标，如预絮凝、预过滤或改变溶 液p h 值等方法，以脱除一些能与膜相互作用的溶质。其次，可通过向反应器中投加混凝剂( 如粉末活性 炭、硅藻土等) ，调理混合液性质，改善污泥絮体的沉降性能和可过滤性，抑制e p s 的释放，使凝胶层难 以形成，延缓膜污染。研究表明 4 3 j ，向膜生物反应器中投加粉末活性炭后可形成生物活性炭，改变膜表面 的凝胶层结构，生物活性炭对e p s 进行降解，降解后吸附新的e p s 并降解，如此循环，减少料液中e p s 的数量，维持较高的膜通量。张永宝等【】通过实验发现，氢氧化铁絮体的混凝吸附作用可使混合液中的小 胶体颗粒絮凝成较大的颗粒，这使得生物铁一体式mb r 中的污泥粒径大于普通一体式mb r 中的污泥粒 径，很大程度上减轻了小颗粒对膜孔的堵塞，降低了膜污染。 ( 3 ) 优化操作条件 工艺参数一般为定值，在反应器的运行过程中不易改变，在工艺设计时要尽量使这些参数控制在最佳 范围。可控制的操作参数主要有膜通量和曝气强度。在运行中要使操作通量低于临界通量。 1 4 4 膜清洗 5 东南人学硕上学位论文 膜组件的清洗方法可分为物理清洗和化学清洗，但应用最多且清洗效果最好的还是二者结合。 ( 1 ) 膜的物理清洗 物理清洗是指利用机械或水力的作用清除物体表面污垢的方法，传统的物理清洗方法主要有高速流水 冲洗、海绵球机械擦洗和气液反冲洗等。实际上目前也有应用非常规技术方法对膜进行清洗，如利用热能 的作用、电流的作用、超声波1 4 习以及紫外线的作用进行去污的方法。 ( 2 ) 膜的化学清洗 化学清洗技术原理在于利用化学药品( 包括强酸，强碱，氧化剂，还原剂等) 与膜污染物发生化学作 用，达到去除的目的，具有清洗彻底、反