（土木工程专业论文）磁性颗粒污泥mbr污水处理性能研究.pdf

f 1 一 | | 独创性声明 。 本人声明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，也不包含为获得北京工业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。 签名：醢拯堡日期：圣! ! 坠：6 ：刍 关于论文使用授权的说明 本人完全了解北京工业大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权 保留送交论文的复印件，允许论文被查阅和借阅；学校可以公布论文的全部或部 分内容，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。 ( 保密的论文在解密后应遵守此规定) 签名：醒拯垄导师签名：戮么脚坐墨：刍 摘要 摘要 为使出水达到回用标准和有效控制膜污染，开发出磁性颗粒污泥一m b r 工 艺。以实际生活污水为处理对象，考察了系统对污染物去除特性、磁性颗粒污泥 特性和形成机理、膜污染特性、微生物特征及指示作用。并与常规m b r 进行了 平行比较。主要研究成果归纳如下： ( 1 ) 连续曝气运行时在膜通量= 6 l h ，进水p h 值7 3 7 5 ，d o = i o 2 5 m g l - 1 ，温度= 1 5 - - 2 2 c ，进水c o d2 0 9 7 - 3 6 8 7 m g l - 1 ，进水n h 4 + - n 浓度7 7 7 1 0 1 4m g l 1 的条件下，磁性颗粒污泥m b r ( 磁粉投加量l d l ) 出水c o d 平均 4 5 7m g l 1 ，出水n h 4 + - n 平均3 5m g l ，c o d 和n h 4 + - n 的平均去除率分别 为8 6 1 和9 6 o ；常规m b r 出水c o d 平均5 7 1m g l 1 ，出水n h 4 + - n 平均5 2 m g l - l ， c o d 和n h 4 + - n 的平均去除率分别为8 2 5 和9 4 2 。 ( 2 ) p h 值、温度和d o 是影响硝化效果的主要因素。为保证n h 4 + - n 去除 效果，磁性颗粒污泥- m b r 适宜p h 为5 8 7 2 ，温度不宜低于1 3 c ，d o 宜控 制在0 3 o 7 m g l 1 范围内。常规m b r 适宜p h 为6 3 - 7 5 。温度不宜低于1 5 ， d o 宜控制在o 5 1 2m g l - 1 范围内。 ( 3 ) 间歇曝气运行阶段系统具有高效去除c o d 和n h 4 + - n 的能力。在膜通 量= 6 l h ，进水p h 值7 2 7 4 ，d o = 0 5 - 0 7m g l - 1 ，温度= 2 5 2 8 。c ，进水c o d 浓度2 0 4 7 - - 2 5 4 3 m g l 一，进水n h 4 + - n 浓度7 6 2 9 1 2m g l - 1 的条件下，磁性颗 粒污泥m b r 出水c o d l 3 5 2 7 1m g l 1 ，平均2 0 8m g l - 1 ，出水n h 4 + 一n 为o 4 4 8m g l ，平均2 - 3m g l - 1 ，c o d 和n h 4 + - n 的平均去除率分别为9 1 2 和9 7 2 。 常规m b r 出水c o d 为1 5 1 6 1 7m g l ，平均3 3 4m g l ，出水n h 4 + - n 为o 1 3 6m g u 1 ，平均6 6m g l - 1 ，c o d 和n i - h + - n 的平均去除率分别为8 5 6 和 9 2 1 。 ( 4 ) 间歇曝气运行阶段实现了良好的同步硝化反硝化。d o 、絮体大小和停 曝：曝气时间是主要影响因素。磁性颗粒污泥m b r 适宜的运行条件为：d o = 0 4 0 8m g l 一，温度= 2 7 2 8 ，停曝时间：曝气时间为4 5 m i n ：6 0 m i n ，平均同步硝 化反硝化率为8 7 o ，平均t n 去除率为8 3 4 ，去除率最高可达9 7 8 ，出水 浓度2 2m g l 一。常规m b r 系统适宜的运行条件为：d o = 0 2 - - 0 5m g l - 1 ，反应 器内温度= 2 4 - - 2 8 。c ，停曝：曝气时间为3 0 m i n ：6 0 m i n ，平均同步硝化反硝化率 为8 3 8 ，平均t n 去除率为7 4 3 ，去除率最高可达8 7 2 ，出水浓度1 4 1 m g l 1 。 ( 5 ) 磁粉的磁力和磁粉表面电荷对污泥中菌胶团的吸附在污泥颗粒化过程中 达到中水回用的水质在技术上是可行的。磁性颗粒污泥m b r 能可靠的长期稳定 运行，更具工程应用价值。 关键词污水处理；m b r ；磁性颗粒污泥；膜污染；微生物 i i a b s t r a c t a bs t r a c t t oa c h i e v em u n i c i p a ls e w a g er e u s ea n de 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 g ， m a g n e t i cg r a n u l a rs l u d g ec o m b i n e dw i t hm b rw a su s e di nt h i sr e s e a r c h t h e r e s e a r c ho nt h ew o r k i n gp r i n c i p l eo ft h es y s t e m ，t h ep e r f o r m a n c eo f p o l l u t a n tr e m o v a l ， t h ec h a r a c t e r i s t i c sa n df o r m a t i o no fm a g n e t i cg r a n u l e s ，t h ef o u l i n gc h a r a c t e r i s t i c s ， m i c r o b i o l o g i c a lc h a r a c t e r i s t i c sa n dm e i ri n d i c a t i o ne f f e c tw e r ec a r r i e do u tw i t h d o m e s t i cw a s t e w a t e rm e d i u mb yt h i sn o v e lw a s t e w a t e rt r e a t m e n ts y s t e m a n dt h e d i f f e r e n t i a lp e r f o r m a n c ew e r ec o m p a r e dw i t hn o r m a lm b r m a j o rf i n d i n g sw e r e i n c l u d e da sf o l l o w ( 1 ) i nc o n t i n u o u sa e r a t i o ns t a g e ，w h i l ef l u xo ft h er e a c t o rw a s6 l h ，d oa n d t e m p e r a t u r ew e r e1 0 2 5m g l a n d15 2 2 cr e s p e c t i v e l y , t h ep hv a l u e ，c o da n d n h 4 十- no ft h ei n f l u e n tw e r e7 3 7 5 ，2 0 9 7 - 3 6 8 7 r a g 。l 1a n d7 7 7 10 1 4m g l 1 r e s p e c t i v e l y a v e r a g ec o da n dn h 4 + - ni nt h ee f f l u e n tf r o mm a g n e t i cg r a n u l a rs l u d g e c o m b i n e dw i t hm b rw e r e4 5 7m g l - 1a n d3 5m g 。l - ，a v e r a g ec o da n dn h 4 十- n r e m o v a lr a t e sw e r e8 6 1 a n d9 6 o a v e r a g ec o da n dn h 4 + - ni nt h ee f f l u e n tf r o m n o r m a lm b rw e r e5 7 1m g l 1a n d5 2m g 。l 1 ，a v e r a g ec o da n dn h 4 十- nr e m o v a l r a t e sw e r e8 2 5 a n d9 4 2 ( 2 ) p hv a l u e ，t e m p e r a t u r ea n dd ow e r et h em a i ni n f l u e n t i a l f a c t o r s i nt h e p r o c e s so fn i t r i f i c a t i o n t oi n s u r eh i 曲n i t r i f i c a t i o nc a p a c i t y , t h es u i t a b l ec o n d i t i o n sf o r m a g n e t i cg r a n u l a rs l u d g ec o m b i n e dw i t hm b rw e r ea sf o l l o w s ：p h6 o 7 2 ，r e a c t i o n t e m p e r a t u r em o r et h a n1 3 c d oo 3 o 7m g l - 1 t h es u i t a b l ec o n d i t i o n sf o rn o r m a l m b rw e r ea sf o l l o w s ：p h6 3 7 5 ，r e a c t i o nt e m p e r a t u r em o r et h a n1 5 c ，d oo 5 1 2m g l 1 ( 3 ) i ni n t e r m i t t e n ta e r a t i o ns t a g e ，h i 曲r e m o v a lp e r f o r m a n c eo fc o da n d n h 4 + - nw e r eo b t a i n e d w h i l ef l u xo ft h er e a c t o rw a s6 l h ，d oa n dt e m p e r a t u r ew e r e 0 5 0 7m g l - 1a n d2 5 2 8 0r e s p e c t i v e l y , a n dt h ep hv a l u e ，c o da n dn h 4 + - no f t h ei n f l u e n tw e r e7 2 7 4 ，2 0 4 7 - 2 5 4 3 m g 。l a n d7 6 2 91 2m g l qr e s p e c t i v e l y t h ee f f l u e n tc o da n dn h 4 + 一nw e r e1 3 5 - 2 7 1m g 。l 1a n d0 4 4 8m g l - 1 ，a v e r a g e 2 0 8m g l 1a n d2 3m g l ，r e s p e c t i v e l y a v e r a g ec o da n dn h 4 + - nr e m o v a lr a t e s w e r e91 2 a n d9 7 2 f o rm a g n e t i cg r a n u l a rs l u d g ec o m b i n e dw i t hm b r f o r n o r m a lm b r ，t h ee f f l u e n tc o da n dn h 4 + - nw e r e1 5 i 6 1 7m g l 。la n d0 1 3 6 r a g l 1 ，a v e r a g e3 3 4m g l 1 a n d6 6 m g l l , r e s p e c t i v e l y a v e r a g ec o da n d n h 4 + - nr e m o v a lr a t e sw e r e8 5 6 a n d9 2 1 ( 4 ) 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 np e r f o r m e dw e l li ni n t e r m i t t e n t a e r a t i o ns t a g e t h ep r o p o r t i o no fa e r a t i o nt i m ea n di n t e r r u p t i o nt i m e ，d oa n df l o cs i z e w e r et h em a i ni n f l u e n t i a lf a c t o r s t h es u i t a b l ec o n d i t i o n sf o rm a g n e t i cg r a n u l a rs l u d g e 北京1 = = 业大学工学硕士学位论文 c o m b i n e dw i t hm b rw e r ea sf o l l o w s ：d o0 4 o 8m g l - 1 r e a c t i o nt e m p e r a t u r e 2 7 2 8 p r o p o r t i o no fa e r a t i o nt i m ea n di n t e r r u p t i o nt i m e4 5 m i n ：6 0 m i n a v e r a g e e f f i c i e n c yo 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 dd e n i t r i f i c a t i o nw a s8 7 0 a v e r a g e e f f i c i e n c yo ft nw a s8 3 4 ，t h eh i g h e s tt nr e m o v a lr a t i oc a nr e a c h9 7 8 ，a n d c o n c e n t r a t i o nw a s2 2 m g l - 1 t h es u i t a b l ec o n d i t i o n sf o rn o r m a lm b rw e r ea s f o l l o w s ：d oo 2 一o 5m g 。l 一，r e a c t i o nt e m p e r a t u r e2 4 2 8 ，p r o p o r t i o no fa e r a t i o n t i m ea n di n t e r r u p t i o nt i m e 3 0 m i n ：6 0 m i n a v e r a g ee 岱c i e n c yo fs i m u l t a n e o u s 1 1 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 nw a s8 3 8 。a v e r a g ee f f i c i e n c yo ft nw a s7 4 3 。t h e h i g h e s tt nr e m o v a lr a t i oc a l lr e a c h8 7 2 a n dc o n c e n t r a t i o nw a s1 4 1m g l - 1 ( 5 ) t h em a g n e t i cf o r c ef u n c t i o na n ds u r f a c ec h a r g eo fm a g n e t i cp o w d e rh a d b e t t e ra d s o r p t i o nt oa c t i v es l u d g ec l u m p ，e x e r t e dp o s i t i v ee f f e c t so nt h ef o r m a t i o no f m a g n e t i cg r a n u l a rs l u d g e m a g n e t i cg r a n u l a rs l u d g ew a sw i ms p h e r i c a lo re l l i p s o i d a l s h a p e w h 铋m l s s = 6 0 0 0m g 。l 一，m a g n e t i cg r a n u l a rs l u d g ea b o v e0 5r n l t ld i a m e t e r o c c u p i e d35 o ft h ew h o l eg r a n u l e s ( 6 ) a d d i n gm a g n e t i cp o w d e ri n t h ec o n v e n t i o n a la c t i v a t e d s l u d g e c a n s i g n i f i c a n t l yr e d u c em e m b r a n ef o u l i n g g o o ds e d i m e n t a t i o ne f f e c t ，l o ws p r i n g - b a c k r a t e ，s l u d g ei n c r e a s e dr a p i d l ya n dh i 曲d e g r a d a t i o ne f f i c i e n c yo fo r g a n i cp o l l u t a n t si n m a g n e t i cg r a n u l a rs l u d g ew e r et h em a i nr e a s o n s ( 7 ) b i o f l o c c u l a f i o no fm a g n e t i cg r a n u l a rs l u d g eh a dac l o s ec o n s t r u c t i o n ，w a s m o r ee x c e l l e n tt h a nt h ec o n v e n t i o n a la c t i v a t e ds l u d g eo nt h es p e c i e sc o m p o s i t i o na n d q u a n t i t a t i v ed i s t r i b u t i o no f l n f u s o r i a na n dr o t i f e r a ，a n dh a r dt oa g e ( 8 ) i nc o n t i n u o u sa e r a t i o ns t a g e ，c o da n dn h 4 no ft h et r e a t e dw a t e rc o u l d m e e ti c l a s saw a s6 3 6 f o rm a g n e t i cg r a n u l a rs l u d g ec o m b i n e dw i mm b ra n d 4 8 5 f o rn o r m a lm b r i ni n t e r m i t t e n ta e r a t i o ns t a g e ，c o da n dn h 4 十no ft h e t r e a t e dw a t e rc o u l dm e e ti - c l a s saw a s9 6 9 f o rm a g n e t i cg r a n u l a rs l u d g ec o m b i n e d w i t hm b ra n d4 5 o f o rn o r m a lm b r c o d ，n h 4 十na n dt no ft h et r e a t e dw a t e r c o u l dm e e ti c l a s saw a s7 3 7 f o rm a g n e t i cg r a n u l a rs l u d g ec o m b i n e dw i 廿1m b r a n d15 8 f o rn o r m a lm b r i tp r o v e dt h a tm a g n e t i cg r a n u l a rs l u d g ec o m b i n e dw i m m b rf o rr e s i d e n t i a ld o m e s t i cw a s t e w a t e rt r e a t m e n ti sf e a s i b l ei nm u n i c i p a ls e w a g e r e u s e t h ee f f e c tt r e a t m e n ta n ds t a b i l i t yo fm a g n e t i cg r a n u l a rs l u d g ec o m b i n e dw i t h m b rw a ss u p e r i o rt on o r m a lm b r ，a n dw o r t hf o re n g i n e e r i n ga p p l y i n g k e yw o r d sw a s t e w a t e rt r e a t m e n t ；m b r ；m a g n e t i cg r a n u l a rs l u d g e ；m e m b r a n e f o u l i n g ；m i c r o o r g a n i s m i v - - _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ l _ _ _ _ _ _ _ _ 一 目录 同罩 日水 摘要i a b s t r a c t 。i 】 【 第1 章绪论1 1 1 研究背景1 1 2 课题的提出2 1 - 3 研究意义3 1 3 1理论意义3 1 3 2 实践意义3 1 4 研究内容3 第2 章磁性颗粒污泥- m b r 相关研究进展5 2 1磁化活性污泥法简介及研究现状5 2 1 1 活性污泥的强磁化5 2 1 2 磁化活性污泥法的演化6 2 1 3 磁化活性污泥的特性7 2 1 4 磁分离的选择性。7 2 2 磁处理技术研究现状7 2 3 膜生物反应器简介9 2 3 1 膜生物反应器分类9 2 3 2 膜及膜组件分类1 1 2 3 3 膜生物反应器特性。1 1 2 3 4 膜污染的种类1 2 2 3 5 膜污染的影响因素13 2 4 膜生物反应器的研究现状1 5 第3 章实验方案设计与选择论证1 9 3 1实验装置1 9 3 2 膜材料及组件的选择与确定1 9 3 3 磁粉种类选择2 l 3 4 实验分析项目与测试方法2 2 3 5 实验用水及水质2 2 3 6 接种污泥及反应器的启动2 3 3 7 临界流量2 3 3 8 抽停时间比2 3 第4 章连续曝气磁性颗粒污泥- m b r 污水处理性能2 5 4 1c o d 的去除效果2 5 4 2 磁粉对c o d 去除效果的影响2 8 4 3 n h 4 + - n 的去除效果3 0 4 4n h 4 + - n 去除的影响因素3 2 4 4 1 混合液p h 值对n h 4 + n 去除效果的影响：3 2 4 4 - 2 混合液温度对n h 4 + - n 去除效果的影响3 4 4 4 3d o 对n h 4 + - n 去除效果的影响。3 5 v 北京工业大学工学硕士学位论文 暑-,曼iii i 一一 一一m l 一一i i ! ! 鼍! 鼍曼! ! 曼! 曼皇皇! ! ! ! 皇曼苎! 曼! 皇曼皇! 皇詈曼! 皇舅鼍! ! ! 皇皇曼! 曼! 皇! 皇 4 5 氮的存在形式与转化3 7 4 6 反应器长期稳定运行的可靠性分析3 8 4 7 本章小结3 9 第5 章间歇曝气磁性颗粒污泥- m b r 污水处理性能4 1 5 1c o d 去除效果4 2 5 2 n h 4 + - n 的去除效果4 4 5 3 氮的存在形式与转化4 5 5 4 同步硝化反硝化能力4 7 5 5 in 的去除效果5 0 5 6 反应器长期稳定运行的可靠性分析5 0 5 7 本章小结5 1 第6 章磁性颗粒污泥特性及对膜污染的影响5 3 6 1 磁性颗粒污泥外观5 3 6 2 磁性颗粒污泥的粒径分布特征5 4 6 3磁性活性污泥的沉降特性5 4 6 4 磁性颗粒污泥的形成5 5 6 5 磁性颗粒污泥m b r 与m b r 膜污染程度比较5 6 6 5 1膜污染程度直观比较5 6 6 5 2 跨膜压差比较5 7 6 6 膜污染差异的原因5 7 6 6 1 微生物的溶解性产物( s m p ) 和胞外聚合物( e p s l 5 7 6 6 2 污泥的沉降性5 8 6 6 3污泥浓度( m l s s ) 5 8 6 6 4 污泥龄( s r t ) 5 8 6 7 本章小结5 9 第7 章磁性颗粒污泥- m b r 及常规m b r 微生物演变。6 1 7 1微生物的指示作用工6 1 7 2 常规m b r 内微生物种群的演变6 3 7 3 磁性颗粒污泥m b r 内微生物种群的演变6 6 7 4 小结7 0 结论、创新与建议7 1 参考文献7 3 附录：颗粒污泥的粒径及其分布的测定方法7 8 攻读硕士学位期间发表的学术论文7 9 努【 谢81 v i 第1 章绪论 1 1研究背景 第1 章绪论 水孕育了生命同样也孕育着文明。古代的文明大多发源于大河流域，因为 那里可以为农耕和畜牧提供充足的水源，而且在古代水道也是最便利的运输方 式。四大文明古国中，埃及的尼罗河、印度的恒河、中东的底格里斯河和幼发拉 底河，还有中国的黄河、长江，都曾孕育过伟大的古代文明，并在两岸崛起大批 繁华的城镇。我国古代文献里“市”“井”相连，于此亦可见水资源对于人类生 存和繁衍的重要性。 环境恶化、淡水资源枯竭往往是众多古文明衰落的重要原因。曾盛极一时的 西域重镇、古代“丝绸之路”的楼兰古城，曾经是东西方文化交流的枢纽。早在 公元前7 7 年，楼兰地区已是西域农业发达的绿洲；但是今天的楼兰古城，四周 断臂残垣、建筑遗址了无生机。 尽管地球水圈的总水量大约有1 4 x 1 0 1 0 m 3 ，但是其中9 7 2 2 是含盐量极高 的海洋，对人类意义重大的淡水资源，如河川水、湖泊水、浅层地下水和地表水 以及土壤水，仅占全球总水量的o 3 2 左右【l 】。从水量平衡的观念可以知道，可 供人类利用的淡水资源在全球的水循环圈里不会自然地大幅度增加。 但是人类的繁衍和生产活动则有可能影响周围环境的水循环，更有甚者破坏 了水资源更新的自然过程。工业化、城市化增加了对淡水资源的需求，同时也产 生了大量的工业废水和城市污水。以我国为例，到1 9 9 9 年，市政源产生的污水 总量与污染负荷已经超过了工业源【2 】。这些有机污染物如果未经处理就直接排放 入周围水体，除了直接污染地表水、地下水资源外，还会产生更严重的后果：污 染负荷超过了周围水体、土壤和植被的自净能力，引起生态平衡的破坏、影响淡 水资源的再生，甚至引起水资源短缺、植被破坏和土地退化。所有这一切都会影 响到人类的生存。据联合国2 0 0 6 年3 月1 3 日公布的世界水资源开发报告， 全球用水量在2 0 世纪增加了6 倍，其增长速度是人口增速的两倍。由于管理不 善、资源匾乏、环境变化及基础设施投入不足，全球约有五分之一的人无法获得 安全的饮用水，4 0 的人缺乏基本卫生设施。同时，水污染也进一步蚕食着大量 可供消费的水资源，并危害人类的健康。 人口的持续增长，地表水和地下水的污染，水源在时间上和空间上分布不均 匀和周期性的干旱，已经迫使全球的水资源专家们开始寻找供水的替代水源。 我国是世界上十三个贫水国家之一，水资源的短缺已经严重制约了我国某些城市 的工业发展，制约了国民经济的可持续性发展。水资源缺乏的部分原因是降水的 北京工业大学工学硕士学位论文 不平衡。另外，还由于未经处理的污水，直接排入水体，引起水源的污染，这不仅加 重了水源的有害性，使其水质更进一步恶化，而且使水源水部分地或者全部地丧 失其功能。在未来的十几年中，将会加强污水的回收和再用。城市污水回用是将 城市污水加以处理再生后回用于可用再生水的地方，从而将污水化为水资源予以 科学利用。污水的再生利用和资源化既可以缓解城市水资源短缺的矛盾，又能减 轻对水环境的污染，可以带来非常可观的社会效益、环境效益和经济效益，已经 成为解决水环境污染和水资源短缺的重要措施。 1 2 课题的提出 目前，我国的城市污水处理主导目标已经开始由传统的“污水处理、达标排 放”转变为以水质再生处理为核心的“水的循环利用”。从城市生活污水回用淡 水以节约有限的淡水资源的观念近年来获得广泛支持。 传统的生物处理源自“治理、排放 的环保理念：污水要经过治理达到一定 的要求然后才能排放进入自然水域，否则会破坏生态环境并影响到人类的长远利 益。由于环保意识的增强和对人类健康的关注、更出于对病源性微生物的防治， 各国的排水标准都日趋严格。但传统生物处理无法达到回用的目的，必须经过消 毒、过滤等三级处理，这样的工艺较为复杂，而且还会产生大量的剩余污泥和化 学处理产生的沉淀污泥。 将膜分离技术和生物处理技术相结合的膜生物反应器，能将几乎所有的微生 物截留在生物反应器中，使反应器中的生物污泥浓度极高，从而在紧凑空间内同 时实现微生物对污染物质的降解和膜对污染物质的分离。膜出水清澈透明，悬浮 物和浊度接近于零，细菌和病毒可被大幅去除，无二次污染。除膜出水水质好外， 膜生物反应器还具有容积负荷高、污泥负荷率低、运行控制灵活，易实现自动化 控制等优点。磁性颗粒污泥沉降性良好，且能增强微生物吸附和利用污染物的能 力，加速有机污染物的氧化降解过程。此外，磁化颗粒活性污泥由外及内的好氧 一缺氧一厌氧环境有利于同步硝化反硝化的发生，能实现脱氮的目的。并可在一定 程度上减缓膜污染，由于膜的截留作用也可省去回收的困难。污泥也可以通过内 源呼吸以及利用磁化颗粒活性污泥物理结构上的好氧与厌氧环境，通过好氧代谢 和厌氧代谢降解掉，可长期不排泥运行。 本研究开发出磁性颗粒污泥一m b r 工艺，拟通过磁性颗粒污泥与膜生物反应 器相结合的工艺，实现高效去除有机污染物、脱氮、减少污泥排放的目的。从而 确保出水达到非饮用市政杂用水标准，且大大减少污泥产生。体现“治理、回 用 的节约淡水资源的理念。该工艺还可以克服膜易污染和活性污泥法易产生污 泥膨胀、出水水质不稳定、污泥产量大、反应池占地面积大的弊端。 第1 章绪论 ! wir a i l ! 曼曼 1 3 研究意义 本研究通过磁性颗粒污泥和m b r 相结合的工艺来实现高效去除有机污染物 的同时实现同步硝化反硝化脱氮及减缓膜污染的目的。其研究结果在出水回用、 实现污水资源化方面具有重要意义。 1 3 1 理论意义 将磁性颗粒污泥m b r 工艺引入到污水好氧生物处理技术领域，可以丰富和 发展污水好氧生物处理理论。在磁性颗粒污泥的形成及特性、同步硝化反硝化的 实现、磁粉对膜污染的影响等方面为工程应用与实践提供理论依据。 1 3 2 实践意义 本研究可以直接应用到工程实践中，也可与现有的污水处理装置相结合，做 为深度处理装置。磁性颗粒污泥一m b r 工艺尤其适用于出水回用、分散处理和可 用地面积小的情况。对污水处理厂应对不断增加的污水排放量、日趋复杂的水质、 日益严格的排放标准和越发严重的污泥问题，具有非常重要的指导意义。 。1 4 研究内容 ( 1 ) 连续曝气磁性颗粒污泥一m b r 的污水处理特性。 研究了磁性颗粒污泥m b r 在连续曝气的条件下对有机污染物和氨氮的去 除效果，有机污染物和氨氮去除的影n 向因素以及氨氮、硝酸盐氮、亚硝酸盐氮之 间的转化。为比较磁性颗粒污泥m b r 与常规m b r 在连续曝气条件下的生活污 水处理性能差异，同时考察了做为平行实验运行的常规m b r 对生活污水的处理 性能。 ( 2 ) 间歇曝气磁性颗粒污泥- m b r 的污水处理特性。 研究了间歇曝气条件下磁性颗粒污泥一m b r 系统对有机污染物、氨氮、t n 的去除效能，同步硝化反硝化能力，氮的转化和反应器稳定性。为比较磁性颗粒 污泥m b r 与常规m b r 在间歇曝气条件下的生活污水处理性能差异，同时考察 了做为平行实验运行的常规m b r 对污水的处理性能。 ( 3 ) 磁性颗粒污泥的特性及对膜污染的影响。 研究了磁性颗粒污泥的外观、粒径分布和形成原因，以及磁性颗粒污泥的沉 降性和磁性颗粒污泥性质对膜污染的影响。 ( 4 ) 磁性颗粒污泥- m b r 及常规m b r 系统中微生物的演变。 北京t 业大学工学硕士学位论文 对磁性颗粒污泥一m b r 复合式生物反应器与常规m b r 内微生物进行长期观 察，探讨微生物与系统运行状态和运行效果的关系。并总结了微生物的指示作用 和反应器内微生物种群随时间的演变。 一4 第2 章磁性颗粒污泥m b r 相关研究进展 2 1磁化活性污泥法简介及研究现状 生物处理方法是当前应用最广泛的水处理技术，其中尤以活性污泥法应用最 为普遍。但受二沉池污泥沉降分离能力的限制，曝气池污泥浓度低，一般在 3 0 0 0 - 。4 0 0 0 m g l ，单位容积的处理量小，污泥絮体结构松散，容易产生污泥膨胀， 给运行管理带来诸多困难【3 1 。由此使b o d 、c o d 、n 、p 、重金属等出水指标下 降以至达不到排放要求。近年来，磁化作用和磁生物效应被应用于污水处理中。 所谓磁性活性污泥法是指在活性污泥中添加一定量的0 4 u m 大小的f e 3 0 4 。磁性 分离法能够大幅度消减b o d s s 负荷，去除c o d 和氨氮的效率及承受毒物的浓 度都优于普通活性污泥，而且可以明显改善污泥絮体结构和沉降性能，克服污泥 膨胀，可以大幅度提高活性污泥的浓度，增大单位容积的处理能力【4 5 j 。 2 1 1 活性污泥的强磁化 除钢铁工业废水外，很多污染物本身没有磁性，如要用磁处理方法，就要投 加“磁种”，增加体系的磁化率，以强化分离效果【6 】。磁性颗粒在较大磁力作用 下容易被捕集从而有利于去除。对于污水中非磁性和颗粒尺寸在g m 以下的污染 物，可用铁粉、磁铁矿、磁一赤铁矿、赤铁矿微粒以及具有磁矩的细菌( 吸附铁磁 性离子) 来做磁性接种剂【7 】。目前强磁性的f e 3 0 4 粉末用的较为广泛。 如图2 一l 所示【5 】：将f e 3 0 4 粉末投入无磁性的活性污泥絮体之后，f e 3 0 4 粉末 会和污泥絮体牢固的结合在一起，然后通过磁分离装置时可被迅速吸附，从而高 效快速地除去污水中的污染物。 四氧化三铁粉末牢固 的吸附于污泥絮体中 图2 1 活性污泥的磁化 f i g u r e2 - 1m a g n e t i z a t i o no fa c t i v a t e ds l u d g e 北京工业大学工学硕士学位论文 2 1 2 磁化活性污泥法的演化 磁化活性污泥法的演化主要有两种形式【5 ，如图2 2 所示。图( b ) 这种方 法省去了占地面积大的沉淀池，大大节省了基建费用。但是它要求1 0 0 稳定的 固液分离性能，只有在保证磁化活性污泥基本不漏失的情况下才能使出水s s 达 到1 0 m g l 。由于磁分离的h r t 在1 分钟左右，当停电或磁分离装置出现故障时 会导致高浓度的污泥流出。所以实际的污水处理厂采用改进的沉降磁分离流程 ( c ) 。在这里增加了沉淀池，即便磁分离在短时间内停止工作对出水水质的影响 也不至于太大。并且这种方法也可以用于传统工艺的改进，可通过在活性污泥中 添加磁粉，在沉淀池前装置小型的磁分离设备实现。 i ( a ) 一般的活性污泥法处理流程 。： ( b ) 磁化活性污泥法处理流程 ；( c ) 沉降磁2 分离法处理流程 图2 ，2 5 】磁化活性污泥法示意图 f i g u r e2 - 2 s c h e m a t i cd i a g r a mo fm a g n e t i z e da c t i v a t e ds l u d g ep r o g r e s s 第2 章磁性颗粒污泥m b r 相关研究进展 2 1 3 磁化活l 生污泥的特，i 生 磁化活性污泥法运行过程中基本不排泥，不但可以减少投加磁粉所需的费 用，并且可抑制剩余污泥的产生。在日本的污水处理厂有未排泥连续运行2 年的 成功先例。污泥的增殖和自身消化相抵消，从而抑制了污泥的增殖。因此可保持 污泥浓度的相对稳定，使维护管理变得简单易行【8 1 。 有机排水 溶解b o d + 。量： ooo 。o 悬浊b o d ，二 q - 一 难分解性