复合膜生物反应器处理洗车废水的研究.doc

复合膜生物反应器处理洗车废水的研究摘 要本项目对重庆市南岸区范围内不同规模的洗车行废水进行调研，结果表明洗车废水基本无污染，对洗车废水的处理重在回用，考虑到本实验需处理大量污水，且实验条件有限，因此配制典型的生活污水作为处理对象。试验期间采用一体式膜生物反应器处理生活污水，在长期运行阶段，运行时间为30d，泵出水量为24mL/min，曝气量为0.1m3/h，抽10min停2min，系统对COD、TOC、NH4+-N均获得了较好的处理效果，膜出水平均去除率分别为93.4%、96.2%、97.2%；对TN、TP的去除效果较差，膜出水平均去除率分别为63.8%、60.6%； 且随着污泥浓度的升高，系统对COD具有较强的抗冲击负荷能力。污泥增殖动力学研究得出系统的污泥理论产率系数Y=0.377mgVSS/ mgCOD，衰减系数Kd=0.086d-1，有机污染物降解动力学研究得到模拟水的降解速率K的范围为0.0020.0045 d-1，平均值为0.0027 d-1。正交实验阶段得出运行条件对上清液COD去除率的影响程度大小排序为：泵出水量抽吸时间停抽时间曝气量；对膜抽吸压力增长率的影响程度的大小排序为：泵出水量停抽时间抽吸时间曝气量。通过水力冲洗、化学清洗、乙醇浸泡可以很好的恢复膜的比通量；对膜表面污染物进行了红外光谱分析，并对新膜和污染后膜丝进行了扫描电镜分析；在膜污染阻力分析中得到泥饼层阻力占膜过滤总阻力的89.86%，是膜污染的主要组成部分。第一章 绪论1.1 国外MBR的应用现状膜生物反应器技术起源与60年代的美国。国外膜生物反应器的研究与应用可分为三个阶段：第一阶段（19661980）：1966年，美国的Dorr-oliver公司首先将MBR用于废水处理的研究1；1969年，Smith2等将好氧活性污泥法与超膜相结合的MBR用于处理城市废水；同年Budd等的分离式MBR技术获得了美国专利。70年代初期，好氧分离式MBR处理城市污水的实验规模进一步扩大；同时，厌氧MBR研究液相继开始进行，实验室规模的研究与中试规模的研究均取得了较满意的结果。这一时期MBR的应用由于受当时膜生产技术的限制。直到20世纪70年代后期，大规模好氧膜生物反应器才开始在北美应用。第二阶段（19801995）：70年代末期，日本由于国土面积小，地面水体因径流距离较短而导致其自净能力差、生态系统脆弱、易受污染。MBR由于其占地面积小和出水水质优良的又是，其应用由了很快的进展。自1983年到1987年，日本有13家公司使用好氧MBR处理大楼废水，经处理后的水做中水回用，处理规模达50250m3/d。日本1985年开始的“水综合再生利用系统90年代计划”把MBR的研究在污水处理对象与规模方面都大大推进了一步。在该项计划中，日本对厌氧MBR作了较系统的研究，研制了酒精发酵废水、造纸厂废水、蛋白工厂废水、城市污水、屎尿废水、淀粉厂废水等7类污水的MBR处理系统。目前在日本运行（包括在建）的膜生物反应器占全球的66。第三阶段（1995至今）：进入九十年代中后期，越来越多的欧洲国家将MBR用于生活污水和工业废水的处理。目前主要有四家大公司经营MBR，它们分别是加拿大Zenon公司，日本Mitsubishi Rayon公司，法国Suez-LDE/IDI公司和日本Kubota公司。Zenon、Mitsubishi Rayon和Kubota公司生产一体式聚合物中空纤维膜组件，而Suez-LDE/IDI生产分体式管式陶瓷膜组件。加拿大的Zenon公司首先推出了超滤管式膜生物反应器，并将其应用与城市污水处理。为了节约能耗，它又开发了淹没式中空纤维丝的膜组件，此膜组件可以直接放入曝气池，也可以单独设立分离池；采用正压压滤和负压抽滤相结合的方式，并采用在线过滤脉冲反冲洗，易减少膜污染。目前这种膜生物反应气已应用与美国，德国，法国和埃及等十多个地方，规模从380m3/d至7,600m3/d3。日本的Kubota公司所生产的板式膜具有流通量大，耐污染和工艺简单特点。此板式膜直接放入混合液中，利用混合液的水头压力作为穿透压，将处理水排出系统，系统出水稳定。表1.1列出了膜生物反应器近年来在国外的应用情况。表1.1膜生物反应器近年来在国外的应用情况国家污水处理厂膜供应商处理水量（m3/d）处理对象荷兰Beverwijk240生活污水荷兰Varsseveld1.8万生活污水英国PorlockKubota1900生活污水英国SwanageKubota1.3万生活污水英国DaldowieKubota1.08万生活污水英国WraxallKubota290生活污水德国BuechelKubota960生活污水德国MarkranstadtZenon6000生活污水德国Erftverband1500生活污水德国Monheim5000生活污水德国Kaarst4万生活污水爱尔兰AvonmoreKubota7100工业废水爱尔兰MinchmaltKubota1720工业废水比利时Heist3万生活污水比利时Schilde1.4万生活污水奥地利Halbenrain100垃圾渗滤液奥地利Zenon270生活污水瑞士Zenon5000生活污水以色列Jerusalem4000生活污水美国24座Zenon50%0.2（5）控制计量系统潜水泵： HQB-2000多功能潜水泵（浙江森森实业有限公司）。浮球液位控制器：SK(03)FSK-1电泵浮球控制器。鼓风机：ACO-318电磁式空气压缩机（广东海利集团有限公司）。气体流量计：LZB-6玻璃转子流量计（江阴市科达仪表厂）。U型压力计：自制，内装水银。恒流蠕动泵：BT100-E型蠕动泵（重庆杰恒蠕动泵有限公司）。2.2实验进水水质分析及污泥接种2.2.1 实验进水水质分析本实验进水为人工模拟生活污水，由葡萄糖、硫酸铵、磷酸二氢钾、氯化钙、硫酸镁、硫酸锌、氯化铁、硫酸铜配制而成，并加入碳酸氢钠调节PH值。实验配水成分及水质特征如表2.2和2.3所示。表2.2 实验配水成分成分含量(mg/L)葡萄糖300.0(NH4)2SO472.0KH2PO413.2CaCl22H2O0.4MgSO47H2O5.1ZnSO47H2O0.4FeCl31.5CuSO45H2O0.4NaHCO3170.0表2.3 实验配水水质特征指标范围平均值COD(mg/L)288592343.4TOC(mg/L)89.78226.1113.57NH4+-N(mg/L)9.2614.8912.50TN(mg/L)11.5519.9516.32TP(mg/L)1.903.592.912.2.2 污泥接种本实验活性污泥取自重庆市唐家沱污水处理厂回流污泥，采用SBR法培养，运行8h，静置3h，换水1h，每天运行2个周期。经20天驯化后得到实验所用的活性污泥。2.3 实验药品、仪器及分析方法2.3.1 实验药品实验过程中所用药品见表2.4：表2.4 实验药品清单药品名称规格生产厂家葡萄糖分析纯重庆北碚化学试剂厂硫酸铵分析纯重庆北碚化学试剂厂磷酸二氢钾分析纯重庆北碚化学试剂厂无水氯化钙分析纯重庆川东化工有限公司硫酸镁分析纯重庆北碚化学试剂厂硫酸锌分析纯重庆北碚化学试剂厂氯化铁分析纯国药集团化学试剂有限公司硫酸铜分析纯重庆北碚化学试剂厂碳酸氢钠化学纯重庆北碚化学试剂厂重铬酸钾分析纯重庆北碚化学试剂厂硫酸银分析纯国药集团化学试剂有限公司浓硫酸分析纯国营重庆无机化学试剂厂硫酸汞分析纯重庆北碚化学试剂厂氢氧化钠分析纯重庆川东化工有限公司碘化钾分析纯重庆川东化工有限公司氯化汞分析纯广州化学试剂厂酒石酸钾钠分析纯重庆博艺化学试剂有限公司过硫酸钾分析纯爱建德固赛引发剂有限公司抗坏血酸分析纯重庆北碚化学试剂厂钼酸铵分析纯重庆北碚化学试剂厂酒石酸锑钾分析纯天津市光复精细化工研究所磷酸二氢钾分析纯重庆北碚化学试剂厂盐酸分析纯国营重庆无机化学试剂厂硝酸钾分析纯重庆北碚化学试剂厂乙醇（95%）分析纯重庆川东化工有限公司次氯酸钠溶液分析纯国营重庆无机化学试剂厂2.3.2实验仪器实验过程中所用仪器见表2.5所示。表2.5 实验仪器清单仪器名称型号/规格厂家COD快速测定仪ET99722德国艾诺威商贸有限公司总有机碳分析仪TOC-VCPN（H）日本岛津紫外/可见分光光度计UV751GD常州国华电器有限公司台式干燥箱DG/20-002重庆实验设备厂红外快速干燥器WS701上海市吴淞五金厂马弗炉WXK-0501重庆建川电炉制造有限公司便携式溶解氧测定仪HI 9143北京哈纳科仪科技有限公司数显恒温磁力搅拌器HJ-3国华电器有限公司红外光谱仪IRPrestige-21日本岛津扫描电镜仪TESCAN W-SEM电子天平AL104上海梅特勒-托利仪器厂2.3.3实验分析方法实验过程中对系统进水、膜生物反应器上清液、膜出水水质进行了测定，包括COD、TOC、NH4+-N、TN、TP等。其中，上清液是将反应器中的混合液用中速定量滤纸过滤后所得到的滤液（滤液的前2030mL弃去不要，以排除滤纸带来的影响），可以近似认为此水样为微生物生化处理的结果5。同时对膜生物反应器中的微生物特性也进行了研究，包括MLSS、MLVSS、耗氧速率等。最后，对中空纤维膜的污染情况拍摄了电镜照片。实验过程中除仪器测定项目外，均采用国家环保局水和废水监测分析方法中的标准进行。测定项目和分析方法如表2.6所示。表2.6 测定分析方法测定项目分析方法COD仪器测定TOC仪器测定NH4+-N纳氏试剂分光光度法TN过硫酸钾氧化-紫外分光光度法TP钼酸抗分光光度法MLSS重量法MLVSS重量法DO仪器测定2.4 实验安排实验分为两个阶段：（1）长期运行阶段，控制泵出水量为24mL/min，曝气量为0.1m3/h，抽10min停2min，但在运行前四天由于使用不可调节转速的蠕动泵，在此期间记录每天的出水量分别为45、37.9、34.2、31mL/min。（2）正交实验阶段，因素-水平表见表2.7。表2.7 因素-水平表因素 (列号)水平A泵出水量(mL/min)B抽吸时间（min）C停抽时间（min）D曝气量（m3/h）112700.12241020.23361340.34481660.4注：长期运行实验阶段使用真空压力表测量膜两侧压力，正交实验阶段使用U型压力计测量膜两侧压力。第三章 MBR系统长期运行效果研究由于膜生物反应器有膜的强制截留作用，可以在不排泥的情况下长期运行，从而使反应器中污泥浓度最大限度的增长，反应器中的污泥浓度能维持很高。另外，微滤膜可以进一步降低出水COD，并且微滤膜对出水COD起到很好的调节作用，即使上清液COD存在一定的波动性，但经膜过滤后的出水COD可维持相对的稳定。因为反应器中污泥浓度高、活性强，再加上膜的强制截留作用，所以MBR相对于其它生物处理工艺而言，具有更好的COD去除效果，并且反应器具有很强的抗冲击负荷的能力。3.1 COD去除效果实验装置长期运行期间，膜生物反应器对模拟生活污水COD去除效果如图3.1所示。图3.1 MBR对COD的去除效果由图3.1可见，运行稳定后的膜生物反应器，对COD有良好的去除率。实验过程中进水COD在300mg/L左右波动，并在第5、13、26天分别提高COD浓度至571、592和526 mg/L以考察冲击负荷对膜生物反应器处理效果的影响。实验结果显示，上清液的COD在5.3142.9mg/L之间，平均值为40.6mg/L，去除率在73.2 %98.3 %之间，平均值为88.3 %；膜出水的COD在1.670.5 mg/L之间，平均值为22.4 mg/L，去除率在86.2 %99.5 %之间，平均值为93.4 %。实验过程中，生物反应器中的上清液COD值均明显要大于系统膜组件出水COD值。在第5天提高容积负荷时，上清液COD去除率由前一天的82.5 %下降为75.0 %，膜出水COD去除率由前一天的89.7 %下降为87.7 %；在第13和26天提高容积负荷时，上清液COD去除率和膜出水去除率均不降反升。说明在初始阶段，污泥浓度较低，MBR的抗冲击负荷能力完全靠膜组件完成；在后期污泥浓度升高，系统的抗冲击负荷能力靠生物反应器和膜组件共同完成，具有更好的抗冲击负荷能力。整个实验期间，膜组件出水COD波动状况均小于上清液COD波动状况，后期基本稳定在20mg/L以下，这说明膜组件的截留作用对出水的稳定性起了很关键的作用。3.2 TOC去除效果实验装置长期运行期间，膜生物反应器对模拟生活污水TOC去除效果如图3.2所示。图3.2 MBR对TOC的去除效果从图3.2可以看出，与COD的去除情况相类似，生物反应器中的上清液TOC值均大于系统膜组件出水值，但差异不大，说明生物反应系统对TOC有非常好的去除效果，且膜组件可以进一步提高其去除能力，整体去除率在91.4%100.0%之间，平均去除率为96.2%。3.3 NH4+-N去除效果实验装置长期运行期间，膜生物反应器对模拟生活污水NH4+-N去除效果如图3.3所示。图3.3 MBR对NH4+-N的去除效果从图3.3可以看出，MBR在启动阶段，由于污泥含量较低，污泥龄较短，世代时间长的硝化菌数量少，NH4+-N的去除率相对较低。从第7d开始，系统趋于稳定，对NH4+-N的去除率很高，出水NH4+-N浓度几乎全在1mg/L以下，去除率在88.1%100%之间，平均值为97.2%。同时对比上清液和系统膜出水中氨氮的含量，发现膜出水有时反而比上清液的氨氮含量还高。分析认为，这是因为本实验所用膜组件为外压式中空纤维丝型，纤维丝紧密地聚在一起，在运行一段时间后，膜丝中间积存了大量的活性污泥，并且膜组件表面还有污泥沉降形成的滤饼层。在正常的曝气条件下，氧气很难进入到膜丝表面，使膜组件附近形成了一个缺氧区。氨氮的硝化作用被抑制，甚至己形成的亚硝酸盐与硝酸盐在膜丝间厌氧及缺氧的环境中被还原为氨氮，导致膜出水的氨氮值偏高。这是中空纤维型膜组件固有的弊端，可以通过在膜丝间加放曝气头来减少此类现象的发生。3.4 TN去除效果实验期间，膜生物反应器对模拟生活污水TN去除效果如图3.4所示。图3.4 MBR对TN的去除效果实验期间，上清液TN在2.8211.30mg/L之间，平均值为7.19mg/L，去除率在33.5 %81.6 %之间，平均值为55.9 %；膜出水TN在1.549.82mg/L之间，平均值为5.98 mg/L，去除率在42.2 % 89.9 %之间，平均值为63.8 %。同样由于膜丝中间的厌氧环境，使上清液在流经膜丝时，进一步发生了反硝化作用，从而使膜出水中的总氮去除率进一步提高。3.5 TP去除效果实验期间，膜生物反应器对模拟生活污水TP去除效果如图3.5所示。图3.5 MBR对TP的去除效果从图中可以看出，反应器对TP的去除效率波动很大。实验初期出水TP的去除率高于后期。上清液和膜出水的TP的含量很接近，膜组件对TP去除率的贡献很少。本实验由于取样每天排泥100mL，磷的去除主要通过少量的排泥和微生物的吸收，但排泥量较少，对TP的去除并未达到很好的效果，平均去除率为60.6%。同时在实验初期，由于污泥增长较快，较多的磷被微生物利用，用于新的细胞的生成，磷的去除率较高，在70%以上，随着实验的进行，由于F/M逐渐降低，污泥增长速率减慢，用于新细胞生成的磷的数量也逐渐减少，TP去除率逐渐降低，最低降为35.9%。3.6污泥浓度随运行时间的变化污泥浓度MLSS是混合液中微生物的重要指标，其变化反映了生物反应器中微生物的增殖情况。由于膜的高效分离作用大大提高了反应器中的污泥浓度，从而使生物反应器中的污泥增殖特性不同与传统活性污泥法。实验运行期间，系统内污泥浓度的变化如图3.6所示。图3.6 污泥浓度随时间的变化从图3.6中可以看出， 实验运行初期污泥增长较快，并且在第9天时增长加快，到后期由于F/M较低，食物匮乏，污泥增长缓慢。分析第9天后污泥浓度加快的原因为，在膜组件运行至第8天膜抽吸压力超过0.4MPa后，对膜组件清洗的同时，反应器中污泥进行了长时间的空曝气，且由于实验事故造成了一部分污泥流失， 在将膜组件重新放入反应器中运行后第3天发生污泥膨胀，SV30接近100%，可能是丝状菌的大量繁殖导致污泥增长加快，并且VSS/SS上升至0.8以上。由于膜组件的高效截留作用，可以很好的对抗污泥膨胀，因此在随后的实验中未对污泥膨胀现象进行控制。后期VSS/SS基本稳定在0.83左右，波动不大，说明反应器中没有无机物的积累，一方面与模拟生活废水中无机成分较低有关，另一方面与连续运行时间不长有关。3.7 有机负荷率对COD去除的影响3.7.1 有机负荷率与比基质去除率的关系有机负荷率(Organic Loading Rate，OLR)即F/M比值，亦称为实际的有机负荷率(Applied OLR)67；比基质去除率(Specific Substrate Removal Rate)，亦称为去除的有机负荷率(Removed OLR)8。对某一生化反应器而言，比基质去除率直接反应了处理的功效和能力，理想的状况是比基质去除率与有机负荷率呈良好的线性相关关系。在本实验条件下，二者的关系如图3.7所示。图3.7 有机负荷率与比基质去除率的关系从图3.7可知，系统的比基质去除率随着有机负荷率的增大而线性增加，表现出了良好的有机污染物去除能力。3.7.2 有机负荷率与COD去除率的关系实验中有机负荷率与COD去除率的关系如图3.8所示。图3.8有机负荷率与COD去除率之间的关系从图3.8可以看出，随着有机负荷率的增加，系统的出水COD去除率有下降的趋势。其原因主要是本实验运行期间，除去考察冲击负荷对出水效果的影响，进水COD在300mg/L左右波动，因此有机负荷率的下降主要是由于活性污泥浓度的提高所至。在较高的污泥负荷即较低的污泥浓度时，系统的出水效果相对较差。3.8 污泥活性的变化在长期运行实验的第12、20和26天分别测定了活性污泥的耗氧速率，结果如图3.9所示。图3.9 活性污泥的耗氧速率曲线由式(3.1)可知，图3.9中拟合曲线的负斜率即为污泥的耗氧速率，由式(3.2)可以计算出不同运行时间下污泥的比耗氧速率，结果如图3.10所示。图3.10 不同运行时间的比耗氧速率由图3.10可以看出，污泥活性随着运行时间的延长而有所降低，可以解释为：由于惰性微生物在膜生物反应器中的积累，这些物质是内源呼吸的代谢产物；随着运行时间的延长，污泥浓度逐渐增加，阻止了氧气和有机物基质由活性污泥絮凝体外面向内部的传递。3.9 过膜压力随时间的变化实验在运行第4天后换为可调转速的恒流泵，后期通过调节抽吸泵的功率使得泵出水量稳定在24mL/min，抽10min停2min。当膜阻力大于40KPa时，泵出水量无法稳定在24 mL/min，此时对膜进行清洗。整个实验长期运行期间对膜清洗3次，压力变化如图3.11所示，其中前4天的压力已按Darcy定律转换为24mL/min下的压力。 图3.11 过膜压力随时间的变化由图3.11可知，膜组件在后两个运行周期压力的上升过程均经历了平缓上升期和加速上升期两个阶段，而第一个运行周期由于开始阶段泵出水量较高，压力较大，未有明显的平缓上升期，在第4天稳定泵出水量为24mL/min时，抽吸压力达到24KPa，并在后期加速上升。3.10 本章小结本章主要考察了MBR长期运行条件下对模拟生活污水的净化效能，在泵出水量为24mL/min，曝气量为0.1m3/h，抽10min停2min的条件下，连续运行30天，得出以下结论：（1）对COD有良好的去除率，膜出水的COD平均值为22.4 mg/L，去除率在86.2 %99.5 %之间，平均值为93.4 %，且在后期系统有良好的抗冲击负荷能力；（2）对TOC的去除效果与COD去除情况类似，实验期间TOC平均去除率达到96.2%；（3）在启动阶段，由于污泥含量较低，污泥龄较短，世代时间长的硝化菌数量少，NH4+-N的去除率相对较低。从第7d开始，出水NH4+-N浓度几乎全在1mg/L以下，平均去除率为97.2%；（4）系统对TN、TP去除效果不佳，且膜组件贡献较少，波动较大；（5）实验运行期间，污泥浓度由2000mg/L上升至5430mg/L，且由于废水中无机成分较低，运行时间不长，后期VSS/SS基本稳定在0.83左右；（6）随着有机负荷率的增加，系统的出水COD去除率有下降的趋势，且比基质去除率随着有机负荷率的增大而线性增加；（7）污泥活性随着运行时间的延长而有所降低；（8）实验运行过程中，对膜组件共进行了3次膜清洗，且在恒通量的操作条件下，压力的上升过程经历了平缓上升期和加速上升期两个阶段。第四章 膜生物反应器动力学分析4.1 前言在膜生物反应器中，膜的高效截留作用使系统具有以下特点：(1)污泥停留时间长，实现了反应器水力停留时间(HRT)污泥龄(SRT)的完全分离，使运行控制更加灵活稳定；(2)污泥浓度高、污泥负荷低、容积负荷高，系统的微生物更趋向与“维持”生存状态；(3)微生物代谢产物被膜截留在反应器中，也作为底物且部分得到微生物的降解。膜生物反应器的这些特点使其有机物的降解和微生物增殖动力学有别于传统生物处理动力学特征。根据活性污泥法基本理论，一般可用四个参数：污泥理论产率系数(Y)、污泥衰减系数(Kd)、基质降解饱和常数(KS)、基质最大比去除速率(Vmax)来描述废水生物处理系统的动力学过程，其中Y和Kd用来描述微生物的增长规律，KS和Vmax用来描述底物降解规律。这些微生物动力学常数对于废水的降解规律研究和工程设计具有重要的意义。4.2污泥增殖动力学QW, XW, CWV, X, Csup膜生物反应器 Qe, Xe, CeV, X, Csup图4.1 膜生物反应器物料横算图4.2.1 污泥表观产率系数Y0以污泥的表观产率系数Y0作为评价污泥增殖产率的指标： (4.1)式中：Rg污泥增殖速率，mgVSS/(Ld)； -R0基质利用速率，mgCOD/(Ld)；对图4.1的膜生物反应器污泥、基质进行物料平衡计算，可得： (4.2) (4.3)其中： (4.4) (4.5) (4.6)假定膜生物反应器为完全混合式，进水和出水没有污泥，则有：Xi=0；Xe=0；XW=X；CW=Csup (4.7)式中：V反应器的有效容积，L；Qi、Qw、Qe分别为进水流量、排泥量、膜出水流量，L/d；Xi、X、Xe分别为进水、反应器、膜出水中的活性污泥浓度，mgVSS/L；Ci、Csup、Ce分别为进水、反应器上清液、膜出水COD浓度，mgCOD/L；HRT水力停留时间，d；SRT污泥龄，d。由式(4.2)(4.6)得： (4.8) (4.9)根据式(4.8)、(4.9)可以计算任何运行时间下的基质利用速率-R0和微生物增殖速率Rg，从而可用式(4.1)计算出污泥的表观产率系数Y0。本实验中，SRT=84d，HRT=7h，式（4.8）中的第1项几乎是第2项的288倍，而且第1项第3项，因此式（4.8）可简化为： (4.10)而式（4.9）中第一项不可以省略，由式(4.1)、(4.9)、(4.10)计算得出的污泥表观产率系数Y0见图4.2。图4.2 污泥表观产率系数随时间的变化由上图可以看出，污泥表观产率系数随运行时间延长有一定的降低趋势。随着污泥浓度的增大，污泥负荷逐渐减小，Low and Chase9认为污泥产率会随着污泥负荷的降低而下降。实验中Y0波动于0.0720.585mgVSS/mgCOD，平均为0.204mgVSS/mgCOD。4.2.2 污泥理论产率系数Y和衰减系数Kd污泥表观产率系数Y0与污泥理论产率系数Y和衰减系数Kd之间的关系可用下式表示10： (4.11) 式中：Y0污泥表观产率系数，mgVSS/ mgCOD； Y污泥理论产率系数，mgVSS/ mgCOD；Kd污泥衰减系数，d-1；污泥比增长速率，d-1其中可以用下式计算： (4.12)把不同运行时间下的1/Y0对1/作图，即可求得Y和Kd。由1/ Y0对1/ 作图，如图4.3所示。图4.3 Y0-1-1关系图求得： Y=0.377( mgVSS/ mgCOD)， Kd=0.086(d-1)对于传统活性污泥法的反应动力学参数，Y的范围在0.250.4 mgVSS/mgCOD之间，Kd在0.050.1d-1之间11；刘锐等12在利用MBR处理人工配制的生活污水时，得出不排泥条件下的Y和Kd分别为0.288mgVSS/gCOD 和0.023d-1；桂萍等13得出SRT为80d时Y和Kd分别为0.28mgVSS/gCOD 和0.05d-1；而本试验得到的理论产率系数Y和内源呼吸系数Kd在传统活性污泥法的范围内，且高于上述两人测得的参数值，原因可能是由于实验运行时间较短，系统还未达到稳定所造成的。4.3 有机污染物降解动力学在废水生物处理中，有机污染物去除是首要的目标，而微生物增长是对有机物物去除的结果，在Monod方程的基础上，Lawrence-McCarty成功描述了微生物反应器中的第物降解速率，即： (4.13)如果进水底物浓度较低(BOD5300500mg/L)，则底物降解速率满足一级反应，式(4.13)可以简化为： (4.14)式中， (4.15)而根据底物降解速率基本定义有： (4.16)将式(4.16)代入式(4.14)中，然后根据时间从0到HRT和相应的有机物浓度从Ci到Csup积分，有：计算可得： (4.17)式中：v底物比去除速率，d-1； Vmax底物最大比去除速率，d-1； C底物浓度，mg/L； KS饱和常数，mg/L； K底物降解速率常数，d-1。将实验数据代入式(4.17)，可以求得废水的底物降解速率常数，见图4.4。图4.4 模拟废水的降解速率常数的变化对于城市生活污水，传统活性污泥法K值的变化范围是0.0030.02d-111，膜生物反应器的K约为普通活性污泥法K值的1/5。张宝杰14得到合成城市污水的K值范围为0.00160.0042d-，平均值为0.0022d-1，实际城市污水的K值范围为0.00190.0047d-1，平均值为0.0029d-1。Wen Xiang-hua1530时膜生物反应器的K值变化范围为0.0010.01 d-1，平均值为0.0026 d-1。由图4-4可知，本实验配置模拟废水的降解速率K的范围为0.0020.0045 d-1，平均值为0.0027 d-1。4.4 本章小结（1）在SRT=84d的条件下，MBR的污泥理论产率系数Y=0.377mgVSS/ mgCOD，衰减系数Kd=0.086d-1，在传统活性污泥法的范围内。（2）实验配置模拟废水的降解速率K的范围为0.0020.0045 d-1，平均值为0.0027 d-1。第五章 一体式膜生物反应器运行影响因素的研究5.1一体式膜生物反应器运行效果影响因素的理论分析保持膜生物反应器的长期稳定运行是该工艺推广应用面临的重要问题之一。膜生物反应器运行效果的影响因素来自于生物反应器和膜两个方面，其中生物反应器的影响因素包括：水力停留时间、污泥龄、污泥浓度、有机负荷、溶解氧浓度、pH、温度等；膜通量的影响因素包括：膜自身的阻力、单位面积上的驱动压力、膜表面的动力学状况、浓差极化与膜污染，其中“浓差极化与膜污染”是造成通量下降的主要原因。影响膜污染的因素包括以下几个方面：膜的性质、膜组件型式、料液性质和运行条件。5.2 研究内容膜生物反应器运行条件包括泵出水量、抽吸时间、停抽时间、以及曝气量。本节以运行条件作为研究对象，通过正交实验确定一体式膜生物反应器的最佳运行工艺参数。5.3结果与分析实验中考察了一天内抽吸压力的增长情况，并测定了每天的COD去除率。由于膜组件的截留作用可以使出水COD稳定在一定范围，因此以上清液COD去除率作为指标考察操作条件对COD去除的影响。同时为了更灵敏更准确的读数，在12 和24mL/min时，U型压力计注满纯水；在36和48mL/min时，由于膜两侧压力高于纯水U型压力计的量程，因此选用水银U型压力计。5.3.1 运行条件对COD去除的影响正交实验期间系统对COD去除的数据见表5.2。由于膜组件的截留作用，出水COD基本稳定在20mg/L以下，而运行条件主要影响上清液COD，因此选用上清液COD去除率作为考察指标。对表5.2中的数据进行极差分析，分析结果见表5.3。表5.2 正交实验期间COD测定试验号进水COD(mg/L)上清液COD(mg/L)出水COD(mg/L)123811.9 0.0 230919.4 8.1 3315 10.1 7.4 4320 15.7 9.1 5317 15.3 6.0 6304 18.5 11.2 7333 15.3 12.8 8262 12.5 7.6 9337 28.3 14.8 10348 25.7 19.1 11253 17.1 6.6 12312 31.6 22.8 13313 37.4 14.7 14353 43.2 25.2 15309 33.1 17.4 16301 44.2 25.1 表5.3 正交实验期间上清液COD去除率极差分析因素 (列号)试验号A泵出水量(mL/min)1B抽吸时间（min）2C停抽时间（min）3D曝气量（m3/h）4试验结果上清液COD去除率/% 112700.195.0 2121020.293.7 3121340.396.8 4121660.495.1 524720.395.2 6241000.493.9 7241360.195.4 8241640.295.2 936740.491.6 10361060.392.6 11361300.293.2 12361620.189.9 1348760.288.1 14481040.187.8 15481320.489.3 16481600.385.3 K1380.6 369.8 367.5 368.0 K2379.7 368.0 368.1 370.2 K3367.3 374.7 371.4 369.9 K4350.4 365.5 371.2 369.9 k195.2 92.5 91.9 92.0 k294.9 92.