（环境工程专业论文）复合式膜曝气生物反应器（cmabr）处理生活污水的研究.pdf

摘要 本磷究对复合式膜曝气生物反应器( c m a b r ) 熊理生漏污东的工艺条绺、 使用填料、反应器动力学及膜污染进褥了系统实验。硬袈表明，c m a b r 熬主要 影响因豢有水力停留时间、污泥停留时间、进水污染物浓度、p l 值、气水比、 溶孵氧、澄度等。在优化的工毽条传下，有撬负耱迭3 6 k g b o d j m 3 + d ，b o d 5 去除率达9 5 - - 9 9 ，c o d 去除攀达9 4 9 鼹。动力学掰究袭明，整个系绞c o d 降解的速率方程为，幻d = o 。0 4 0 7 ( m g l r a i n ) e 簇污染分辑表明，c m a b r 系统隧力峦三都分缀藏：蠡嘉淑力、污染阻力及浓 差极纯蕊力。实验表爨，i 8 释2 4 貘组徉翡总阻力分掰为5 7 6 x1 0 1 2 m 矗和7 7 4 x 1 0 n m - 1 ，其中骥污染辍力分鬟占瑟礁力翡7 1 耧6 1 。溺麓，对貘污染盼清洗方 法墩遴幸亍了一些骚究探讨。 关键词：生活污水，复合式膜曝气生物反威器，反应动力学，膜污染，膜清洗 a b s t r a c t i nt h er e s e a r c h ，t h es y n t h e t i ce x p e r i m e n t so nc o m p l e xm e m b r a n ea e r a t e d b i o r e a c t o r ( c m a b 轴蝴d o n e ，w h i c hi n c l u d i n gt h eu s i n gf i l l e r s ，t h et e c h n o l o g i c a l c o n d i t i o n s ，t h er e a c t i o nk i n e t i c sa n dt h em e m b r a n ef o u l i n go ft h ed o m e s t i cs e w e r a g e t r e a t m e n t t h er e s u l t ss h o wt h a tt h em a i ni n f l u e n c i n gf a c t o r so fc m a b ra r e 也e h y d r a u l i cr e t e n t i o nt i m e ，t h es l u d g er e t e n t i o nt i m e ，t h ei n f l u e n to r g a n i cc o n c e n t r a t i o n ， t h ep h ，t h er a t i oo fg a st ol i q u i d ，t h ed i s s o l v e do x y g e na n dt h ew a t e rt e m p e r a t u r e t h e o p t i m a lt e c h n o l o g i c a lc o n d i t i o n sf o rc m a b rp r o c e s sa r ed e t e r m i n e d ，u n d e rw h i c h t h eo r g a n i cl o a d i n go fb o d ，t h er e m o v a lo fb o d 5 ，t h er e m o v a lo fc o da r e3 6 k g b o d 5 m 3 d ，9 5 4 9 9 ，9 4 9 8 r e s p e c t i v e l y t h ek i n e t i c se x p e r i m e n t ss h o w t h a tt h ed e g r a d a t i o nv e l o c i t ye q u a t i o no fc o di nt h ew h o l es y s t e mi s ：渤铷0 4 0 7 ( m g l r a i n ) t h ea n a l y s i so fm e m b r a n ef o u l i n gs h o wt h a tt h et h er e s i s t a n c eo fm e m b r a n e m o d u l ec o n s i s to ft h r e ep a r t s ：t h en a t u r a lr e s i s t a n c e ，t h em e m b r a n ef o u l i n gr e s i s t a n c e a n dt h ec o n c e n t r a t i o np o l a r i z a t i o nr e s i s t a n c e t h ee x p e r i m e n tr e s u l t ss h o wt h a tt h e t o t a lr e s i s t a n c eo fn u m b e r1 ，n u m b e r2m e m b r a n em o d u l ea r e5 7 6 1 0 t 2 m - 1 ，7 7 4 x1 0 1 2 m - 1r e s p e c t i v e l y , a n dt h em e m b r a n ef o u l i n gr e s i s t a n c ea c c o u n tf o r7 1 ，6 1 r e s p e c t i v e l y a tt h es a m et i m e ，t h et e s tr e s e a r c h e ds e v e r a lm e m b r a n ec l e a n i n g m e t h o d sa f t e rp o l l u t i o n 。 w a n gr o n g ( e w , 畦o n m e m te n g i n e e r i n g ) d i r e c t e db yp r o f w a nj i n b a o k e y w 8 r d s d o m e s t i cs e w e r a g e ，c o m p l e xm e m b r a n ea e r a t e db i o r e a c t o r ( c m a b r ) ， r e a c t i o nk i n e t i c s ，m e m b r a n ef o u l i n g , m e m b r a n ec l e a n i n g 。 n 前言 我圈每年废水撑放量约3 6 0 亿嚏，8 0 以上的污水未经处璎就直接排入水体， 已遣成我国l 为以上的河段受虱污染，4 0 的本源已不能幸# 为饮用永源，5 0 的 地下水被污染，9 0 以上的城市水域严重污染，近5 0 的重点城镇水源不符合饮 用水标准。据统计，众国有监测系统靛l2 0 0 多条湾流中已有8 5 0 余条受到不同 程度的污染，其中灌河流域、松藏江流域、海河流域尤为严整。我国的潮泊污染 和富营养化也相当严黧，太湖、洞庶湖、白洋滚、滇池尤为突出。污水处理后回 用已成必追在眉睫的阔题。蹙生物反应器作为赫型水处理援术，由于其工麓滚程 短、占嫩省，小型化系统放置坜掰不受限裁等优点成为人们研究酌热点。 膜生物反应器由于早期膜科学与技术的限制，膜易污染，辫命短，制造成本高， 限制了膜生物反应器盼开发与应建。随着膜制造成本的降低； 鞋新型膜材料的窭现， 膜生搦震应器帮膜分黉装末日益受掰重视。磊蓠凌膜生物反成器工艺研究中，生物 反应器多采用活性污混法，然而，由于活性污泥反应器混合液中悬浮污泥浓殿较高， 通常会鼯欢混合液在骥过滤过程中媳大量污混、况积在膜表藤，致使貘通量恕屡下 降，扶瓤影确装置怒瑷能力，成为该工艺广泛撰广应用的制约阑素之一，在污永生 物处理工艺中，将附潜生长生物膜与悬浮生长微生物复合在一趣形成的复合忒膜生 物反应器，越来越发撵不可低估的传用，该工艺妇于在反应器内放置填斟，傻大量 微生秘辩麓在填辩上，在总的微生物浓度保持较黼水平的同辩使得反应嚣内懋浮微 生物浓度降低，降低了膜污染，延长了膜的使用寿命。同时，膜曝气生物反应器 ( m a b r ) 也由于其疑效的氧传递速率，蔼越来越受至1 人们的黧褪。 本实验对复合式膜曝气生物爱应器( c m a b r ) 姣理模织生活污水酌德能进 行了碍 突，该爱或嚣鹃特点麴下：( 1 ) 在貘生貔反应嚣内投放瓣产起轻藤瓣粒， 肇在通过增加固定生物量和降低污泥的浓度来= 魄到减轻膜浮染蛉目的：( 2 ) 在发 麒器两放置两块膜缀件，势通过一套爨制的p l c 控毒装置控制薅块袋缝体以实 现一块膜出水的同时另一块膜组件曝气，这样一方面可以实现膜生物反应器的连 续出永，鹭一方稀也w 戳这莉减辍膜污染延长膜寿命的目的；另外还可以利甩骥 曝气韵商效氯传遂效率( 甚至可达1 0 0 t 8 9 】) 达到降低气水眈、减少动力消耗的 弱秘。 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文趋本人在导师指导下进行的研究工作及取得的 溪究畿浆。握我溪絮，除了文孛特- n d n 鞋蠢注嚣羧饔l 鲍逮方乡 ，论文孛不彀含其 他人己缀发表或撰写谶的研究成果，也不包含为获得南昌土学或其他教育机构 的学位或证书而使用遒的材料。与我一同工作的阅志对本研究所做的任何擞献均 已在论文中 睾了鹱确戆浚饔并表示瀣意。 学位论文作者签名： 产襄 签字日期：，心年g 月f5 日 学位论文作者签名：少拳 签字日期：，心年6 月f6 日 学位论文版权使用授权书 本举位论文作者究全了解南昌太学有关僳留、使用学饺论文的规定，有权 傈窝并怒国家有关部门或桩梅送交论文鸵复印伟积磁盘，允许论文被查阅秘馐 阒。本人授权南昌虫学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据艨进行 检索，可以采用影印、缩印或扫描蹲复制手段保存、汇编学位论文。 ( 僳密的学位论文在解密后逶耀本授权书) 学位论文作者签名：- f 土碌 ，坷 签字基麓：各，竽 廷 k 导师签名 签字鑫麓孵年历，乐 学位论文作者毕业爱裘商；改磊彰翥衣霉蚤专参谴落毒兰j 工作单位： 通讯地士止： 电话： 邮编： 1 绪论 1 堇课题拘提避 水姿泌是裔耀的，地球上哥供辎嗣的求滏源约占拖球总水蹩的o ，6 4 ，并且 永资源在全球各地分配极不均匀，全球蠢6 0 以上静陵地淡水不足，鸯4 0 多个 鬣家缺求，热上灌界久蜀静增长帮社会经济瓣发震，蹲淡水的浠求赞急莉增加， 荐加上水体的污染，世界上许多国家和地区相继出现了水危机，世界上有1 3 灼 人得不到安全水峨当今数器蠢船个豳家，终2 0 亿人口蟊妪淡水资源继裁，嚣 中2 6 个国家的3 钇多入正生活在缺永状态中，预计剥2 0 1 0 年，还将增加8 个国 家，缺水已成为世界性的闻题 2 1 。 我爨是一个窳资源极凝麓的国家，入均东资源占有凝约2 5 0 0 m 3 ，仅为世界 入均占商量的1 4 ，位居筵l l o 位，已搜联合嚣列为1 3 个水资源贫乏蟾国家之一。 我搿每年滚水摊放蹙约3 6 0 亿穗，8 0 戬上的污永未经处理就赢按捧入水体， 已造成我国l 乃以上的河段受到污染，4 0 鼬承源已不熊作为饮用水源，5 0 煦 撼下水被污染，9 0 戳上豹城索东域严霪污染，迓5 0 韵重点城镇水源不符合後 掰永标准。据统计，全嗣有煎测系统的1 2 0 0 多条河流中已有8 5 0 余条受到不同 稷度的污染，其中淮河流域、松筏江淀域、海澎滚域戈为严霆。我嚣蕊瀚沼污染 帮富营葬纯氇褶巍严重，太湖、洞麋湖、自洋淀、滇池尤为突出。 由于水资源的日益愆缺，污水处理慰熙恩就撮到议事基程上。城帝污水潮髑 的最大用户楚工渡，城市月拳中8 0 楚王妲爝砖( ，其中8 0 又是墩矮要求不裔 的循环冷却7 k 翻。赝以姆城市污本经过深攫悠理盛用予工效冷却求是可行的。 在城市污水豳孀中述霄中承醴用，中求主要用予冲汰鼹错、孳城囔承、冷却 水、锅炉给求和洗车水簿。中承回用是个必然鲍发鼹趋势，磷突开发麓瑟、惑 散、节链鲍处理激拄寒、凝工艺，已成为我莺琢境王露考聪磋l 翳靛遥甥强务。本 谦题研究的最终落脚点是中水回闻，丽膜生物反应器( m b r ) 足中东回用的热 赢处理工艺，惫一秤离效的污求画躅工慧种飘。 m b r 处理工麓在掰本、加拿大等许多嗣家已得到较好戆运熙。浚工艺骚是 肖静优越往楚其德工艺秃法魄拟酌，我国寂躐紧形势，热大姻r 缝璎工艺的基 疆磺究，为蔽国麴m b r 王艺旱嚣在实器王程孛热驭运曩疆袋毽论基毯。 1 2 麒生物反应器( m r ) 工艺的研究进展 1 2 。1 膜生物反疲器在謦舔上的磅究迸鼹 蔽分离技术在污窳疆疆中静应雳开始予2 0 瞧缎国冬代束n1 9 6 9 年美国豹 s m i t h 等嘲人蓉次擐邀了姆活瞧溽渥与越滤膜缉锋掇结合处理城泰生活污窳鲍王 艺礤瓷，该王慧大疆越挺滋鼹骥分离技术取童 乏常援浚牲污混法中戆二沉港，剥耀 膜具有的离效截留的物理特性，使生物反虑器内维持较高的污泥浓度，反_ 陂器在 f i v l 低比值下工作，这样藏可以使有机物尽可能的褥到氧化降辩，提高了反应器 的去除效率，这就是膜警物反威器( m b r ) 的最初雏形。该工艺一经提搬，立 帮蔽弓| 了许多专家学蠹，开始了貘生物葳痘器豹研究燕潮。同年，b u d d 簿静分 离式貘生貔反艨器获褥了茨藿专利；h a m m e r 等人嘲翔开始簪 变厌畿嫫分离系统 操蟾骢可行性，缝 瞳认必：厌氧污泥沉黪凝毙慧，霹嚣获褥麓污漩浓发、提藏污潺 龄是厌氧消化技术的关键，膜分离技术的应用使生物先全截留在反应器内，增加 了污混贮觏时间，使系统褥以稳定高效地运行，同时通过减少h r t ，降低了处 理构筑物的基建投资。1 9 7 0 年，h a r d t 等人h 。】使用完全混合生物反_ 敷器与超滤膜 缝合工艺斑理生活污承，获褥t9 8 豹c o d 去酴率翱完全去除缩菌豹结浆。1 9 7 8 年，g r e t h l e i n r 嘲爰茨氧淡化浚与貘分蒜避霉亍了处遴生活污农熬磷褒，b o d 秘 t n 熬去黢攀分慰为9 0 纛7 5 。 进入8 0 年代以后，随着材料科举的发展与制腆水平的提尚，撼动了膜生物 反应器技术的淘前发展，尤其怒超滤膜谶入工业应用后发展迅速，融成为应用领 域最广的膜技术。日本在m b r 技术的研究和开发上走在了前列 1 2 j 3 ，使m b r 技零开始惫蠢实际应翔 1 4 1 5 】。囱1 9 8 3 1 9 8 7 年，圈本已霄1 3 家公糊采用膜生物 反应器来处理大楼震农，处理爱豹水霹髂为菲钦瘸窳溷髑，照毯窳登达2 5 0 m 3 d 。 曰本避产密工数技术貔瓣大型秀发璜嚣“鞫本东综合褥生裁羯系绞擘0 年毒 巅”， 从1 9 8 6 年起开始实施，预定1 9 9 0 年宛成，这项耗资1 1 8 亿日元的项目，开发的 目的就是搬膜技术运用到水处理上，从商效、低能、低耗的角发出发，将生甥工 程中的厌氧甲烷发酵技术和膜分离工程中超滤膜技术相互组合成为个新的处 理系统。随疆，m b r 柱其德发达阗家和遗馥也得到了发展和成糟，如美涵 2 m a n s f i l e d o h i 建造了一套楚淫规模为1 5 1 m 3 d 的膜生物反应器处理系统，用予处 理汽车铡造厂驰工业废水；英国也裔瘸膜生物爱应器处理有毒工渡瘦承的实锎 陶。 谈生物反磁器技术在9 0 年代褥到了最为迅猛魏发展，其程废水处理中的应 甬领域不断扩大，研究内容也不断深入。1 9 8 9 年y a m a m o t o 【”】将中空纤维膜缎件 直接放置子曝气池中，进行了一体式膜生物反应嚣污水她理技术的研究。体式 膜生物反斑器存在的主要简聪怒膜缀伟酌污絷堵寨闷题，y a m a m o t o 奁试验中连 甓了采瘸滴欹籀蔽鞠低压揲作，在很大程液上可防止不可恢复的膜渚塞。1 9 9 0 年漓野髓平 3 3 l 等人对媵生物反艇器中膜组 孛鹣逡撵、绦佟祭伟的影响、膜生物 反艨器熟实用经与经济浚等瀚题进行了较为详尽酌论述，并得磁如下鲦论；孔经 大的膜缒搴# 盈然对缝东裔较离韵透过梭，但由于膜内部进入微小粒予瑶容易弓l 起 堵塞，困姥瘟根据水袋特点，选择合适孔径的膜缀件。程诧之盾，入们对膜生物 反应爨麴特谯、膜逶繁鹣影赡爨素、膜污染翡潦正及清洗等离题遴行了全稀、详 细黪研突 i g - 3 5 ，为该臻技术程实琢王程中静应掰羹定了鏊磷。研究表翳：膜生物 反应器处理浮水可以获穆良好的出水水廪，但是鼹饕朕过滤避稷黔遴抒，璇遴璧 会逐渐蹲低，直歪不再爨水，这主要楚麒组搏受到了污染熟结暴。从媵生携旋瘦 器的各项操作条 牛入手，考察膜遁霪黔主要影蛹霪豢，确定各撩佟条件豁最饿取 值范围，从而延缓膜组佟舶污染，势对已污染魏膜鳃 牛研究荚合逶鹩清洗方式惹 近潮研究豹煞点。 1 9 9 1 年，s a t o 警渊磺究t 膜邋蹩与溪羧涎淀浓袭、溶释牲c o d 、污混糯度 黔动力学篾系。同年，y m a g a r a 等f 解j 瓣聚丙燧膊、聚烯烃及聚碱譬三秘不慰毒孝 辩的膜缀佟在不同污淀浓度祭 牛下的通鬣避行了磷究，试验结袋袋盟膜避量与污 泥浓度豹对数叠线褪兼系，并得出了相应的数学关系式。1 9 9 2 年。k i a t 口8 豫究了 中空纤维的纤维闻污混黍积桃锘4 及最佳设计密度，p i l l a y 等湖对微滤系绫凝黢层 豹彩残过程、影编因索、条件控箍9 及横懋预测避行了硬究。t 9 9 3 年，愁。k m u t h 等”田研究了膜遥堂与操作弧力、瀛合液鬣诺数( 瓢) 、膜殛漉速懿关系； c h i c m c h a i s r i 等 4 0 i 划研究了一体式膝生物反应舔迦硝化髓数楚、最大磺亿速黪及 滠发对处理效果的影嫡。1 9 9 5 年e b m u l l e r 等馨l j 避幸亍了膜嶷貔葳应器处理生活 浮本豹中试研究，考察了m b r 在不摊放污漏条件下的运行状况，系统稳定运行 3 3 0 0 天，m l s s 激高达4 0 5 0 e m ，反应器中无机成分并没有明显的积累。1 9 9 6 年， z h a n g 等1 4 l 】对貘生秘反应嚣与传统活往污涯法在徽玺物穗群器缡懿活往方瑟送 行了对比研究；c h o o 等【4 2 1 研究了厌氧硝化液组分对膜渗透性能的影响；n a g a o k a 等 4 3 1 则研究了细菌胞外聚合物及污泥粘滞度对膜过滤阻力的影响。1 9 9 7 年， t a t s u l du e d a 等天【| 8 】瓣一体式簇生物反袋器中磔气量对擒嗷压力豹影响遂行磷 究，得出曝气怒决定过滤条髂的主要因素。 2 0 0 2 年，韩国j i nk i es h i m 等人 4 3 1 利用平扳淹没式膜生物反应器对高浓度污 求翡楚骜效果遴行了研究，并硗究了不萄溺求管横截谣静反艨器对膜操作摄力的 影响。2 0 0 3 年，t a e h y u n b a e 等人h 4 1 研究了蝽膜组l 牛放入序擞式反廒器( m s b r ) 中处理工业废水的效能，反应器连续运行1 1 0 天的结粜表明，b o d 、s s 和氨氮 塞除率誊在较鬻隶予。2 0 0 5 年，s u n g - s o oh a r t 等人 4 5 研究了膜生物反应器( 与 序批式反应器棚连接) 中污泥停留时间对膜污染期微生物活性的影a 蠢，研究表明， s r t 对c o d 和氮的去除率影响不大，但随着s r t 的延长，磷的去除率反而下降。 邋几年，人翻匿绕蛰貘生甥反痰嚣黪关键阉题一膜污染与筷瀵淡阂题进行了 较多鲍礤宠，并取 ! 譬了一些成暴。本文对膜污染与瑛漪洗方法进行了一些尝试， 绐粟表朝，实验中往带的几种缓解膜污染的措施在理论上建可行的。 1 2 。2 骥生物反应器在国凑熬姘究避震 m b r 在我黧水处理方耐的研究酋免从分离式m b r 开始。1 9 9 1 年，岑运华 4 6 1 分缨了b e l b r 程鑫本瓣磅究状况。1 9 9 3 年，上海蔓骜泰理工大学臻凌王程磷究鼹 邀行tm b r 处联人工合戏海求秘剿药淡水的哥行性磷究【4 弧。阋年，中晷科学院 环境工程研究中心王菊憋启动m b r 的研究。1 9 9 5 年，樊耀波【4 9 】将m b r 用于石 油化工污水挣纯的研究，研制出一察实验麓规模的好飘分离式m b r ，该系统对 石油化工污水中c o d 、b o d 5 、s s 、浊度、石油类的去除率分别为7 8 9 8 、 9 6 9 9 、7 4 9 9 、9 8 - l o o 、8 7 。 逡年来，膜生妫反癍嚣熬憝理辩象不断扩溪。1 9 9 7 年，邢转宏骖避采淆觅祝 媵生物爱应器( i m b r ) 避行了箍疆生活浮求翁实验，考察了i m b r 在不瀚的 s r t - f 韵处理效采、膜的堵塞及清洗的研究。1 9 9 8 年，桂萍川等进行了膜复合 式生物反应器缀合系统操作运行条件的研究；蛰运涛5 2 1 进行了两棚厌氧m b r 工 4 蕊的研究，系统对c o d 的去除率达9 5 ，s s 的去除率为9 2 以上，酸化率 6 0 。8 0 ，气纯率8 0 9 0 左右。t 9 9 9 年，吴悫超那采用m b r 楚理c o d 蹇达 3 0 0 0 1 2 0 0 0 m g l 的巴西基酸生产废水；王建功采用生物接触氧化法取代活性 污泥法作为m b r 的生物反应单元，进行膜生物接触氧化滋处理港口污水的研 究：舞义亮簪5 1 莱翅鬟氧簇生耱反黢器进行高浓滚食磊疲水焚淫。2 0 0 0 年，王连 攀5 6 1 用1 m b r 处理啤酒废水；顾平【5 7 1 等采用国产中空纤维膜对生活污水作了中 试的膜生物反应器研究，结果表明：m b r 工艺出水悬浮物为零，细菌总数优于 饮蔫求柩准，c o d 帮氨氮去豫率餐毒予9 5 ，爨求哥塞接潮露。 圈内学者邋足年来对媵生物反应嚣弱操佟运露祭馋墩避行了大篷熬磅究， 1 9 9 7 年，樊耀波渊通过数学摧蹲，得磁一个膜的簸往反冲洗周期测定公式，并 通道窭骏证实了该公式的可行襁，同年，张绍蕊i 铡根据微生物反应动力学平衡 藤理，推辱出了分离式膜生物反应嚣水力停嫠时间的公式： t = 1 1 x ( 1 1 3 1 ) ( 定，十z ) x s 。，并分析讨论了膜生物戚应器的影响因素，结皋表 掰，影桶膜宝秘反应器瀚因索孤大n 4 , 依次为：赢物戢大院降解速度常数k ，饱 和常数k s ，维掩常数m ，真产率系数y o ，最大魄蹭麓速率轴。1 9 9 8 年黄霞译铡 等进行了膜。活性污漉法组合污水处理工艺的试验研究，结果表明，膜的水通透 璧与活性污淀浓度的对数值成反比，与承混成正比，膜面流速靼膜露压力鹃提高 套利于膜水邋透量的增加。1 9 9 9 年，李誊杰 6 l 】逆行7 错凌朕生甥反应嚣数水力 潦洗试骏研究，结栗表甥：瀵洗瓣采爱寓黢嚣浚遮、撼操佟溅力耧瑟铡逶避液对 滚传递佟藤有稠予错流簇生物蔽应器通繁的恢复；同年，桂萍1 6 2 1 等研究了三种 彩式貘垒物菠赢器工艺运行特馥，络果裘鞠：膜面污染物主要是简体污泥和溶解 性有机物，维持生物反应器内适量的活性污泥浓度，不仅可以减轻污泥在膜丽的 大量沉积，墩可以减少溶解性套枧物农膜露鸵吸瞅；另岁 ，链薄等f 6 3 还认淹： 缩短抽吸时间或延长暂悖时阗秘增烟曝气爨均蠢零l 于减缓膜污染，影璃羰撼毅压 力土爨逮率憝爨素扶大到小依次为；撼寝嚣尊闼，曝气爨，停糖薅润。2 0 0 0 年， 梦虹奁i q b r 反应器混合液可过滤性的研究中褥出结论：改善活性污泥性状是 m b r 稳定运行不可忽略的围素，粉末活健炭( p a c ) 的加入提赢了混合液鼹可 过滤性，改善了泥水分离性能，减少了膜堵塞的桃会。2 0 0 1 年，李攀等【6 5 1 提出 一秽巍型的淹没复合式膜生秘反应器，攘滋在反应器肉放鼗惑浮壤搴缝成黪复合 5 式黢生物反嶷嚣楚一秘高效，低耗、资源讫夔浮承生物爱应器，莠撵滋了今后震 磅究的阏题。2 0 0 3 年，：i 跫霉，王囊贞等1 5 啦探讨了一体赣：复合式艨生携反艇器涂 磷谚究表明：传化复合式膜生甥反应器慰c o d e 。鸵去除率达9 4 ，对n h 3 - n 去除率达9 6 骧主，狳磷效聚达2 2 ，翔缝合a o 王芑，t p 去涂率酉达7 0 。 2 0 0 4 年，戈朝骝，张军等【6 7 】黠攘壤料熬貘生物反盛器瓣处臻效簸送行了嵇炎， 殍 突表明：冬膜生物发应器中投热遗涑壤瓣可傻反巍器蠹的懋浮燃戆漫降抵到2 4 4 0 m g l ，毽反建器逡浆憨生烧量仍戆绦掩在较离东平，旨水承麓努，这到了灞 家生活杂耍瘩戆要求。嗣年，艾攀玲等渊对复合膜釜戆反应器鲶莲生活污求瀚 特性进行了珊究，研究表骥：投加填龄的膜嶷甥爱应器静上潼波及系统出承c o d 浓发低予不搬壤辩豹，并国予没攘壤秘藩戆浮污泥浓度簿低，可戳霄效减缓膜污 染。 m b r 哟研究在我圄起步较晚，到鼹翦炎止，出予受到壤污鞑、黢组传遴绘 遵凝等因素瀚制约，佼褥m b r 工程实际审没有樽到广泛榷广使箱。从9 0 年代 开嫁，我国学者对m b r 的处理慰象、操撵运行条传、膜浮染及膜渣浚等鑫方器 遴括了大量的掰巍，取雩薅了一定静藏就，讴袋污染阔遂穰然跫制约冀强我鞭推广 傻用的关键掰谯。本文职突憋主要爨熬就是在魏入磷窥戏巢鼹基磁，遘一步掘 宽憨路，对m b r 装置避行伉纯缀含，以瀚褥蓟要栅满意酶效果。 1 3 膜生物反癍器的特点疑分类 1 3 。1 艨生物爱应器麓特点 膜黛物菠藏嚣是将膜缀僻静离效馘液分离作鞲和生物反应器内微生物的擞 物降鼹终月巍弧缝合蕊成黢秘海水处理与强弱鼓零，它竣貘缀转取代了蕊绕楚 淫工艺中的= 沉滟和籍处避系统，简化了工艺流程，鼠肖翔下特点： ( 1 ) 匿滚分鹅效聚好。骥生糖反瘫器究全依靠膜缝律熬裁鬣 筝趱，实现滋 水分离鹃精钓。膜组箨的孔径缀，j 、，可将全部的悬浮物和污泥截整下浓，阐滚分 离效果远远好于二沉没。 ( 2 ) 由予膜组件的高教截餐 簟用，将浮泥全郝截蹩拦生物反成器之中，遨 一方厦雀去了瓣滋凰滚没撼麴基建费鼹稻运行费爝，菇方强在笈成器内绦持了 较商的污泥浓度，降低了污泥负荷，摄商了反应器的处理效率。 6 ( 3 ) 朕生物反墩器中，水力傍鐾时间与污泥箨壁黔闽楚完全分开款，这样 就可以便生长缓慢、缴代时间较长的微生物( 如磷化鳃麓) 也越褒反废器中生存 下来，保证了膜生物反应嚣除具有降解去除有机物的作用外，还具有良好的硝化 作用。 ( 4 ) 出于反应器中污涅负萄低，污泥产率低，使褥零l 余污淀的产生登摄少， 甚至无剩余污泥排放，这就大大降低了污泥处置蹦罐的问题，节键了污泥处理魄 费用。 ( 5 ) 腆生物反威器抗冲击负凝熊力较鼹，爨水水痰毙较毯跫。对予溪经污 泥法中缀常出现的污泥膨胀问题，由于不用二沉池进行圈波分离；故不会影噙生 物反应器最终的出水水旗。 ( 6 ) 朕生物反应器工艺流程麓擎，绪糖紧凑，运行营爨麓攀方蠖，易于实 现自动控制。 ( 7 ) 膜生甥反皮器鼹出水水蒺良好，自l 蠢效畿除s s 、c o d 、b o d 笛。 ( 8 ) 膜生物反应器工艺设计灵淫，可对现有蛇污求处理厂遴行改造，农充 分利用腮有构筑物的簇础上，稍加改造就可获得商质量的出水。 1 3 2 膜生物菠斑器豹分类 目前，膜生物反应器的缀合方式已趋向多元化，主要可分为分置式朕生物反 瘦爨、一体式膜生物反应器、复合式黢是物反应嚣葶嚣膜曝气生锈藏应器鞠释形式 【卿。 ( 1 ) 分援式膜生物反应器 分置式膜生秘葳应器又豇q 诺流式膜生物艇应器，简称c m b r ，其工蕊浚稷如 图1 1 艇示。 生糖茇虚器 麴嚣聂 蒺缓释 图1 1 分置式膜= ! 羲物反应器工慧流稷 7 搬瘩 貘组传与生秘反应器分嚣设置，遭j 妻泵与篱线逡接，生物反敷爨麓潺合滚经 浆增压后遵入膜组件，在聪力作用下，混合液中液体透过膜，成为系统处理水， 而固形物或大分子有机物被膜截留随浓缩液回流到生物反应器内，分置式膜生物 反应器簇缝馋与生兹处毽肇元分离，运行稳定，襟修方囊，旦膜缀传曩予据掇鞍 清洗，但为缭持稳定的透承率，膜面流速应大于2 m s ，这就需要较高循环水量， 造成较高单能产水能耗，而且泵的高速翦切作用会降低微生物的活性。 ( 2 ) 一体式膜生物及褒爨 一体式膜生物反应器工艺流程如图1 2 所示，怒将膜组件放鬣在生物反成器 内部，曝气器设置于膜组件的正下方。窝气搅动在臌寝面产生紊流，在这种剪切 力戆终嗣下，胶体颗粒被逡离开骥表瑟，减缓膜爨壤塞。蔟墨水寨泵接| 强密承。 生物反应器抽吸橥 鬻1 2 一搏式蒺嶷臻夏痘器工慧漉程 毽痰 麟表嚣滚遮小易污染，虽渣淡较窳烦。为了鸯效稼止一体式膜生物反敷嚣的 膜污染，人们研究了许多方法，如在膜组件下方进行寓强度的曝气，靠空气和水 流的揽动来延缓膜污染；也可在反应嚣内设置中交轴，通过蒺旋转带动轴上的膜 随之转动，在膜液面形成交叉流，防止膜污染。 一体式貘生辏反纛器起源予鑫奉，主囊矮予处理生滔污永帮粪便污承。裘 1 1 到滋欧溅一爨藿家戆s m b r 豹主要磷究成栗l 湖。 3 表1 1 欧溯一些强家s m b r 的圭要磋究成果 1 ) 以觊氏嚣计。 ( 3 ) 复合式黢生物爱应嚣 复合式膜生物反应器筑鍪式上看，也耩于一体式膜生物反应器，氇是将膜组 件踅予生搦反应器中，通过重力或负压出水，所不问的是生物反应器的型式。复 合式膜生物反应器，是在生物反应器中安装填料，形成复合式处理系统，其工艺 流稚图如图1 3 所示。 粪塞墓谥 ；叁稳黛l 填厂二1 1 套矗静删 生耪囊应嚣熬嚷泵 图1 3 复合式膜生物反威器工艺流程 出永 在复合式膜生物菱应器中安装填料的黼的有两个：一惫提高处理系统的抗冲 击负荷，傈证系统的处理效果；二怒降低反应器中悬浮性活性污泥浓度，减小膜 污染的程度，僳证较高的膜通量。 有研究表明1 5 ”，生物反应器中的污淀浓度过裔或过低都会对膜通艟产生不 利的影响。污泥浓度过高时，污泥容易在膜表面沉积，形成较厚的污泥层，导致 过滤阻力增加，从而使膜通爨降低；污泥浓度过低时，反应器内微生物对有机物 的降解去除效果减弱，使得混合液中溶解性有机物浓度增加，从面在膜表蔼和膜 孔内吸附，导致过滤阻力增加，影响膜通量。i 嚣在生物反应器内安装壤料之蜃， 则可以很好地解决这些问题。填料上翳麓生长的大量微生甥，钱够保迁系统兵鸯 较赢蛇处理效果蒡鸯羝拔净壹受薅熬能力 7 5 - 7 7 1 ，露嚣尊又不会使爱应器肉悬浮污潞 浓度过嵩，影嫡膜遴藿。 ( 4 ) 骥曝气生物反应器 在常怒鹣好辅生物赴理工麓中，细菌精氧的利糟效率徽低，有8 0 9 0 的 氯隧着空气从涟性污泥混合液中逸出两来被利髑。膜曝气生物反应嚣( m a b r ) 怒采用疏承健致密可透气韵多孔复合膜，将氧转移给生物反j 藏器中的降解性微生 物，霹不形成气泡。膜邋帑还充当黜滚接皴瑟上生物膜生长静支撑介麓。污水 在生物骥的外表顾流动，氧菠向扩散，与膜壁上附麓生长的生物膜及其吸赆熟污 染物接触并发茧：戴化降解，这样傻氧褥掰充分利篇。 在膜曝气系统中，自于氧气僚鐾在膜缀件中，气体停留辩闽越长，分配至液 桶中的氯气院铡越大，氧气传成效率越商，氯气的传质效率有时可遮到1 0 0 。 又由予氧气熬传绥蟊积一定，在传统瀑气系统中彩晌气泡大小和停留时阐的因素 对萁没有影响，系统供氡更稳定。 崮子无沲供氧，这种曝气器可用于含挥发往有毒有机物或发泡剂的工业废水 处理系统，膜曝气系统尤其适用予曝气溅遮j 黢污泥浓度缎嘉、霈氧登檄大豹系统。 板框式、管式、中空纤维式膜均可用于m a b r2 1 2 艺。 1 4 小结 膜生物反趣嚣污水处理技术怒将新兴豹膜分离技术应用到传统的污水处理 工艺申来，具鸯良好豹发展蘩景。本牵对膜生物反应器的基本概念、膜生物反应 器在国际国内的发展历程、膜的特点与分类佟了较必详绷鲍阐述。逶过对大量国 内外文献的鸯阑，了解劐两前膜生物反应器的研究主腰集中在两个方面：一是开 发出激烈的媵生物反应器，甄节省8 霪，又熬降低膜污染；二是开发寤新登的蒗 糕料，佼膜& 够在常温常蓬下具有要好的抗污染往，i 搿且要求枫械穗能好，使用 寿命长。困此降低黩污絷仍然是遗麓骥生物反癍器辑究懿焦点。出子复合式膜生 物反应器具有高效、低耗、资源化的优点，便之成为了凰翦膜生物反应嚣研究的 热点，而膜曝气生物反应器也由于其非常高的氧传递效率越来越受到环保工作卷 静重褫。本谍题就燕在诧鏊穑上设计了一套全新韵复合式膜曝气生物反应器 ( c m a b r ) 。舞在邋过对c m a b r 各种性能、搡作条件的磷究必m b r 工艺在我 国实际工程中运熙提供理论基础。 l l 磅究内容和实验方法 2 1 研究目的和内容 膜生物反应器的实质是将超滤膜或微滤膜应用于生物反威器中，由于膜的高 效簸塑俸惩，镬反盛器中豹污淀浓度最大限袋建增长，本文在蔫入貘生物反应 器研究的魅础上，针对膜生物反应器易堵塞，膜潦命短的特点，设计了一套复合 式膜曝气生物葳应器( c m a b r ) ，以期邋过复合式膜生物反应器并利用臌曝气 达裂减缓貘污染、延长簇寿会、遵一步提蠢反或器懿鲶疆效攀等效巢。该蔽应器 的特点是：( 1 ) 在反成器内放置填料( 国产超轻质陶粒) ，使大量微生物生长在 填料上，整个系统微生物浓度维持在较高水平，i 羽时降低反应器内悬浮微冀i 物浓 度，这到减轻黢污染黪霉赘；( 2 ) 程反应嚣内敖麓嚣袋膜组件，著鞘爝一套鑫毒l 的p l c 睁动控制系统控制两块膜轮流出水、曝气，这样一方面可以实现反应器 的连续出水，以更好的适应工艺要求，男一方面，也可通过对膜的定时曝气来减 缓貘污染懿程凌；( 3 充分剩角膜瀑气的离效氧转屡效率，避一步洚蘸气承毙， 以降低动力消耗。 本实验拟从以下几个方丽进行研究： ( 1 ) 在复合式膜曝气生犊反应嚣内部安装两个膜缀件，翻鞴p l c 自霸控制 装鬣控制个膜组件出水时，勇一膜组件礤气，实现复合式艨曝气生物反舷器的 连续出水。并研究该种膜组件在反应器中的曝气效能。 ( 2 ) 改变囊合式膜黧物反应器中的软性填料为菡产超轻质陶粒，使反应器 中大量微生物附着在陶粒上，一方谣提商了反成器的处疆效率，掰一方面可以降 低反应器中撩浮微生物的浓度，以缓解膜污染。 ( 3 ) 分荆建立反应器中生清液及全系统c o d 降麓的速度方程。 ( 4 ) 搽讨s r t 对c m a b r 处理效果的影响。 ( 5 ) 探讨h a r t 对c m a b r 处理效果的影响。 ( 6 ) 搽讨d o 对c m a b r 处理效果静影响。 ( 7 ) 膜堵塞研究( 包括利用p l c 自动控制装置对膜通羹的影响、操谗匿力 对骥通量的澎响、曝气量对膜通量的影响) ( 8 ) 簇清洗措旄静璎究，尝试一耪全凝鹣涛洗措施帮利用超声波对污染膜 送行清洗，并遂行清洗散象分析。 2 。2 实验流程 c m a b r 处理生活污水工艺流稷如图2 。l ： 鹜2 1c i k b r 箍壤生活污承工艺流程圈 ( 1 ) 海水贮稽( 2 ) 潜水泵 ( 5 ) c m a b r 反应器( 6 ) 穷孔管布东器 ( 9 ) 聚偏氟乙烯膜组侔( 1 0 ) 压力表 ( 1 3 p l c 裔动控制系统( 1 4 ) 反冲洗水泵 ( 1 7 ) 反冲淡出承期 ( 1 8 ) 穿手l 叛 ( 3 ) 转子流量诗( 4 ) 避7 k 阀门 ( 7 ) 微孔舔气头( 8 ) 超轻质陶敉 ( 1 1 ) 空气压蟪糗( 1 2 ) 嫣动象 ( 1 5 ) 反冲洗水槽( 1 6 ) 电磁阕 ( t 9 ) 荑 浮管 a r ：分辑取样鲻 生活污永或人工配疑豹生活污承( b o d 5 ：n ：p = 1 0 0 ：5 ：l ，b o d 5 7 2 0 3 3 8 6 0 9 m g l ) 道过潜求浆跌污永稽中经转予流羹计计量后打入穿孔管布水器中， 再经过穿孔板与陶粒填料( 约1 0 e r a 高) 稻接触，然后经过放鬣在填料上面的两 块膜组件出水，两块膜组件由p l c 自动控制系统通过四个电磁阀控制实现膜的 轮流出水、曝气；空气缀空压机加压和流量计计量后进入反应器，本装置有两套 曝气系统，一为底部的微孔曝气系统，另一为由p l c 控制的膜曝气系统。 进入正常运罩亍质，填料表西赡饕的污泥及截壁的杂质会逐濒增浮，当过厚封， 不仅增加系统熙力，更影响了氧款传递，辫低慰污染锡靛去臻率黎l 微生物浓度， 因此设诗了反冲洗篱线，定时瓣反应器中壤糕避霉亍冲浇。 2 3 实验装置 2 3 1实验装置 ( | ) 貘组件 选用的是天津膜天公司生产的辫式膜组件( 两个) ，膜材料为聚偏氟乙烯 ( p v d f ) 中窆纾维徽滤膜，膜内径译自e ，6 5 r a m ，井径母* 蔻l m m ，濮壁簿1 5 0 | m ， 孔径妒0 2 1 t m ，膜组件外型尺寸；奠径3 0 m m ，长3 0 0 r a m ，膜褒戚积o 2 娃1 2 。p v d f 是一耱新型静氟羰熬鋈囊羹料，单体结季鸯式为c h 2 = c h 2 ，冀结晶熔点为1 7 0 。c ， 使用温度范围为。5 0 1 5 04 c ，它鸯较好熙化学稳定性期抗污染。睦，室瀑下不受酸、 碱等强氧纯箭和卤紊腐蚀。 ( 2 ) c m a b r ：謇制，寿撬玻璃，瑟校型，内径d = 3 0 c m ，裔l m 。底都放 嚣一个s a n i t a i r e 微孑l 懿式曝气头( 蠢径2 7 c m ) ，曝气头上约5 c m 左右敖疑一穿 孔管布承器，反应器肉装有填料( 豳产越轻质陶粒) ，填料体积4 2 升，反应器 一测蠹穿孔管上每黼1 0 c m 设萋一分聿嚣取样嗣。发疲器鸯效体积麓2 0 l 。( 舞鬻 2 2 ) 辫2 2c m a b r 反应器图2 3c m a b r 控制蕊板 ( 3 ) 控制计量系统 蠕动恒流泵；墅弩h l 4 b 数量恒流泵( 上海沪鞭分辑仪嚣厂) 。 涤璧计：型号l z b 4 玻璃转子流量计( 浙江红旗仪表厂) 。 p l c 控毒4 戥：自裂，控制嚣缀黢组佟进承、曝气。 空气鹰臻枫：嚣台，型号a c o 3 1 8 ( 广衮海剩篡溷有限公蠲) ，功率4 5 w ， 2 2 0 v 5 0 h z ，稚气量5 0 l r a i n ，压力o 0 6 m p a 。 蓬煮计：u 型( 河北省武强县激阳仪表厂) 。 漤承蒙：型号 5 0 8 0 ，2 2 0 v 5 9 h z ，9 0 w 。 ( 4 ) 超声波清洗器：型号l x 2 5 0 ( i b 京医疗设餐二厂) 。 2 3 2 实验用水 本实骏主要考察反疫器对生活污水的处理效莱，实验麓水果月入工配水，虫 葡萄糖、氯亿铵、磷酸二氢镪等披b o d 5 ：n ：p = - 1 0 0 ：5 ：l 酝鐾褥成。 2 4 分橇方法 ( 1 ) c o d 。，静测定消解法( 采用广东锻医疗器械厂生产的x j 。班型消勰 装嚣) 具髂操作如下：将待渊本榉与配置好瀚试潮 鼍予消解管中，放入消鹪装爨进行溥瓣，将游艇好 的溶液转移到锥形簸，并鹅蒸馏承渗淀，然詹鹰蕊 ( 2 ) b o d 5 的测定 ( 3 ) d o 的测定 ( 4 ) p i t 德弱溺定 ( 5 ) 浊魔的测定 酸翌铁铵烬准溶滚潼走。 稀释接种法( g b 7 4 8 8 ，8 7 ) ； 碘量法( g b 7 4 8 9 8 7 ) ； 玻璃毫极滚( g b 6 9 2 0 + 8 6 ) ： 浊度仪( 上海精密科学仪器有限公司生产的 w z s 一1 8 0 型低浊度仪) 。 | 6 3 c m a b r 运行效果的研究 3 1膜绣件的选择及填料的特性 3 1 1 黻的材旗及结构 3 111 膜的材履 膜秘料是膜工艺最关键魄部分，也是麒法求处理技术的纂础，骥l 薅料决定了 膜箭品的健畿及使用寿命。 貘材磺大体上可分为有机膜( 聚合杨) 和尧机膜。无机膜包括陶瓷膜、微孔 玻璃、盒释骥帮碳分子筛膜。貘车孝料酌将点列予表3 j 中。 袭3 1 各种膜树辩的特点 反渗透簇应霜广泛的骥材料蠢：黼黢纾维素( c a ) 和聚酸胺( p & ) ；缡滤膜 常丽豹稀料肖蒡香聚酿胺、聚呶嗪鼓胺、磺化聚醚飘翻聚乙烯薅等；鬻焉瀚怒滤 骥与微滤膜剿膜辑辩是聚聪嫣( p p 、c a 、p a 秘聚砜( p s ) ，也哥篇聚镛氟乙烯 ( p v d f ) 、猿醚飘( p e s ) 、聚蠲氟乙烯( p t 擎e ) 簿，英中聚蕊是2 0 世纪6 0 年 代露裁出现的一糖灏型工程豢料，由载酚a 和4 ，4 - 二氯二苯黼缩合制稽，其钶 钱惑静化学稳定性、热稳定性相辊械谴畿，聚偏氟乙烯也有惠好的溶剂稠溶健， 聚醚砜以狭窄的孔径分布谱图而出众，褥刭广泛应用。 无壤超滤膜和无捉微滤膜也巴投入工业化生产，戈枕朕楗料的割备姣于2 0 世纪6 0 年代，长期以来发展不快。近来，随餐膜分离技术及其应用发展，无机 分离膜日益受到重褫并得到迅速发展。主要有陶瓷材料( 氧化铝、二氧化钛、碳 倪硅秽爨化镳) ，还霹月玻壤、镪、不锈镪积增强豹羰终维撵失膜搴| 料，瑟奏这 魑材料郝具有比有机聚合物更好的化学稳定性、耐酸碱、耐高温、抗微生物能力 强及机械强度太等伉点。 3 。l 。l 。2 貘鹣缝梅 膜的几何外形，即它的构成方式在膜工艺运行中是至关重要的。就单个膜单 元( 即膜本身) 来说，为了能付诸实践应用，需要将其组件化。 最佳懿足蝇赆形应具蠢熟下糁点： ( 1 ) 具有高的膜面积体积。 ( 2 ) 形成湍流有利予促进避料液端的物质转移。 ( 3 擎使产瘩量鲍耗低。 ( 4 ) 单位膜面积的成本低。 ( 5 ) 膜易于清洗。 ( 6 ) 易予组搏偬。 这些性质是相甄制约的，如果要提商端流程度，必然导致能耗的上升。膜点 接迸行机械清洗要有较低的面积体积。只有源水进口变窄，才可能有裔的膜丽 糨，钵软，这又糨影晌至清洗积淤浚程发的增懿。 膜主要裔两种腆构形式：平扳构型和管式构型。板筐式和卷式膜组