em技术在a2 2fo一体化mbr工艺中试验的研究

摘摘要要水是生命之源，是工业的血液，农业的命脉。水资源是基础性的自然资源和战略性的经济资源。然而随着工业化、城市化速度的加快，世界面临着水资源短缺、污染严重的挑战。目前很多国家将EM技术广泛应用在水产、养殖和环保方面，并取得显著效果，而在我国还处于试验研究阶段。试验将EM技术与A2/O一体化MBR反应器结合处理生活污水，将EM菌种投加量、水力停留时间和曝气时间及方式作为主要控制条件，通过三因素三水平正交试验，考察了利用EM技术构建的生物法启动时花费的时间、各因素对启动效果的影响情况以及正常运行后最佳的污水处理水平，得到如下试验结果1、EM中的有效微生物能够起到生物增强剂的作用，明显缩短了A2/O一体化MBR反应器的启动时间。利用EM技术与A2/O一体化MBR反应器结合构建的生物法平均启动时间为126天，大约为传统生物法启动时间的1/2。2、通过正交试验，在EM技术与A2/O一体化MBR反应器结合处理污水的启动过程中，影响启动效果的因素主次顺序为EM菌种投加量水力停留时间曝气方式时间。启动效果影响因素的最佳水平组合为菌种投加量为15G/2D、水力停留时间为16H和曝气方式为曝气1H停止1H。3、利用EM技术构建的生物法启动成功后处理模拟生活污水的效果佳，出水COD、TN、NH4N和TP平均浓度可达23MG/L、7MG/L、8MG/L和0218MG/L，处理率分别达到95、83、88和93以上，出水完全可达城镇污水处理厂污染物排放标准GB189182002一级A排放标准。关键词EM技术；A2/O一体化MBR反应器；反应器的启动；生活污水；IABSTRACTABSTRACTWATERISTHESOURCEOFLIFE,THEBLOODOFINDUSTRIAL,THELIFEBLOODOFAGRICULTUREWATERISTHEFUNDAMENTALNATURALRESOURCEANDTHESTRATEGICECONOMICRESOURCEHOWEVER,WITHTHEINDUSTRIALIZATIONANDTHEURBANIZATIONTOSPEEDUP,ANDTHEWORLDISFACINGTHESERIOUSCHALLENGESOFWATERSHORTAGEANDPOLLUTIONATPRESENT,THETECHNOLOGYOFEMISWIDELYUSEDINAQUATIC、BREEDINGANDENVIRONMENTALINMANYCOUNTRIES,ANDITHASACHIEVEDREMARKABLERESULTSBUTINCHINA,THISTECHNOLOGYISJUSTINSTUDYSTAGEINTHISPAPER,WECOMBINEDTHEEMTECHNOLOGYWITHA2/OINTEGRATIONHYBRIDMEMBRANEBIOREACTORFORTREATINGSEWAGEWITHTHEQUANTITYOFEM、HYDRAULICRETENTIONTIME、THETIMEANDTHEWAYOFAERATEASTHEMAINCONTROLCONDITION,THREEFACTORSOFTHREELEVELSORTHOGONALEXPERIMENTWASESTABLISHED,THEINTENTIONOFTHISSTUDYWASTOMASTERTHESHORTESTSTARTUPTIMETOEXPLORETHEOPTIMALOPERATINGPARAMETERSANDTHEEFFECTOFEACHFACTORTOTHEPROCESSSTARTUPANDWEWANTTOKNOWTHEBESTEFFECTOFSEWAGETREATMENTWHENTHISPROCESSGOESTONORMALTHETESTRESULTSAREASFOLLOW1、EMCANSTRENGTHENTHEBIOLOGICALROLE,SHORTOFTHESTARTUPTIMEA2/OINTEGRATIONHYBRIDMEMBRANEBIOREACTOROBVIOUSLYTHEAVERAGESTARTUPTIMEISJUST126DAYSABOUTHALFOFTHETRADITIONALBIOLOGICALTREATMENT2、THROUGHORTHOGONALTEST,INTHESTARTUPOFUSINGEMTECHNOLOGYINA2/OINTEGRATIONHYBRIDMEMBRANEBIOREACTOR,THEPRIMARYSEQUENCEOFEFFECTTOSTARTUPISTHEQUANTITYOFADDINGEMHRTTHEWAYANDTHETIMEOFAERATIONANDTHEOPTIMALOPERATINGPARAMETERSISADDTHEQUANTITYOFEM15G/2D、HYDRAULICRETENTIONTIMEIS16HANDTHETIMEANDTHEWAYOFAERATEISRUN1HSTAY1H3、THEEFFECTOFBIOLOGICALTREATMENTCONSTRUCTBYEMTECHNOLOGYTOTREATTHESIMULATIONSEWAGEISVERYWELLTHEAVERAGECONCENTRATIONOFCOD、TNANDNH4NWERE23MG/L、7MG/LAND8MG/LTHEAVERAGECOD、TN、NH4NANDTPREMOVALPERCENTWEREASHIGHAS95、83、88AND93,THEREMOVALEFFECTOFTHISINDICESHADALSOACHIEVED“CITIESSEWAGETREATMENTPLANTPOLLUTANTDISCHARGEDSTANDARD“GB189182002THECENTERONELEVELSATODISCHARGETHESTANDARDKEYWORDSTHETECHNOLOGYOFEMA2/OINTEGRATIONHYBRIDMEMBRANEBIOREACTORSTARTUPSEWAGE河北工程大学硕士学位论文独创性声明本人郑重声明所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得河北工程大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。学位论文作者签名签字日期年月日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解河北工程大学有关保留、使用学位论文的规定。特授权河北工程大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。同意学校向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子文档。（保密的学位论文在解密后适用本授权说明）学位论文作者签名导师签名签字日期签字日期年年月月日日。第1章绪论第1章绪论11我国水资源现状水是生命之源，是工业的血液，农业的命脉。水资源是基础性的自然资源和战略性的经济资源。20世纪以来，国际社会逐渐认识到淡水问题的严重性。全球范围内的淡水资源保护已经开始，联合国及其成员国为此付出了极大的努力，通过召开国际会议，提出国际宣言，订立国际条约调整各国在利用淡水资源中的关系，规定各国保护全球淡水资源的义务，并取得了显著的成效。在2002年南非约翰内斯堡举行的可持续发展世界首脑会议上，水被列为水、能源、健康、农业和生物多样化五大可持续发展的世界性课题之首，全球对水与社会经济发展、水与环境的强烈关注反映出水资源在可持续发展中的基础性地位和至关重要的作用1我国的水资源总量约为281012M3，并不丰富，在世界排名第6位。人均占有量2300M3，仅是世界人均占水量的1/4，是世界上13个贫水国之一。我国水资源形势非常严峻，据预测到2030年我国人口增至16亿时，人均水资源量将降低到1760M3，按国际一般承认的标准人均水资源量少于1700M3为用水紧张的国家。据对全国669个城市的不完全统计，有400个城市常年供水不足，其中110个城市严重缺水，日缺水量达1600万，年缺水量约30亿M3。每年由于缺水造成工业产值受损达2000多亿人民币。即使在这种水资源严重短缺的情况下，我国在开发和使用中的浪费还是十分严重。经调查，水资源的有效利用效率最高才达到16。目前在我国70的水资源用于农业，工业和城市用水不足30，随着中国现代化、工业化和城市化的逐步发展和提高，用水量也将随之增加。一般来讲，使用L0M3水就产生07M3污水，使用越多，浪费越多，意味着排污越大2。12我国水污染现状据了解，我国在2003年污水排放总量620亿吨，约80未经任何处理直接排入江河湖库，90以上的城市地表水体、97的城市地下含水层受到污染。由于部分地区地下水开采量超过补给量，全国已出现地下水超采区164片，总面积18万平方公里，并引发了地面沉降、海水入侵等一系列生态问题。目前七大江河水质仍在恶化，类和劣于类水所占比例仍然很高。水污染严重河流，依次为海河、辽河、淮河、黄河、松花江、长江、珠江。其中海河劣于类水质河段高1河北工程大学硕士学位论文达567，辽河达37，黄河达361。长江干流超过类水的断面已超过38，比8年前上升205。除西藏、青海外，75的湖泊富营养化问题突出。造成地表水污染的主要原因还是工业水污染。近年来，水污染事故频繁出现，从1994年7月爆发的淮河水污染事件震惊中外，到2004年沱江“302”特大水污染事故，再到2005年松花江重大水污染事故等等，个个案例都让人触目惊心。据不完全统计，每年水污染事件约达1000起左右。在我国工业水治理现状中存在这样的问题老企业没钱治理，高污染的乡镇企业仍大量存在，企业违法排污现象普遍。截止到2009年底，我国城镇污水处理厂累计建成1993座，总处理能力已超过1亿M3/天。全国污水处理率已达73。然而在城镇污水处理厂的快速建设中，也逐渐暴露除了一些问题，例如区域发展不平衡、城乡差距大、项目实施机制不完善、离“全收集、全处理”目标还有很大的差距、污水收采管网建设滞后等等。因此除了一些大城市外，很多城镇和农村的污水并没有得到有效处理，造成了城镇居民和农民的饮用水存在安全隐患。随着城市规模的不断扩大以及人口的进一步增长，生活污水排放量与日俱增。中国环境监测总站在2010年1至4月对全国地表水水质监测结果表明，流经上述限批城市的水质多数为重度污染。如长江安徽段的巢湖全湖平均为V类类水已不能和人体接触，劣类水更是丧失基本生态功能；黄河支流渭河的渭南市、淮河支流沙颍河的周口市的国控断面2010年前四个月的监测结果全部为劣类。国家环保总局近日对海河和淮河流域干流和支流六十七个断面水质抽样监测结果显示，全部为劣类。2005年的松花江事件标志着中国进入了水污染事故高发期；2010年入夏以来太湖、滇池、巢湖的蓝藻接连暴发，标志着中国进入了水污染密集爆发阶段3。13污水生物处理技术研究现状以及发展趋势131污水生物处理技术应用与研究现状污水生物处理技术是通过一定的人工措施如反应器等，创造有利于微生物生长、繁殖的环境和条件，使微生物大量繁殖，从而提高微生物氧化、分解有机污染物的一类方法的总称。根据微生物的生长方式、代谢形式及为其提供的反应器形式等，现行主要的生物处理技术可分为如下多种类型4，见图11。2第1章绪论图11废水生物处理方法总览FIG11SKETCHOFWASTEWATERBIOLOGICALTREATMENTTECHNOLOGIES1311好氧生物处理技术应用及现状目前应用最广泛的一类好氧生物处理技术就是活性污泥法。活性污泥法是由英国在1914年首先发起应用的，将近百年来，人们对传统的活性污泥法进行了很多工艺方面的改革和提高污水处理净化能力方面的研究，并产生了一批新型的活性污泥工艺，例如序批式活性污泥法（SBR法）、氧化沟及其多种变形、吸附生物降解法（AB法）等等。活性污泥法及其变形工艺最主要的运行特点就是对有机质（如COD、SS）去除率较高，因此此类方法成为当前城市污水及低浓度工业废水的生物处理技术的主流方法之一。生物膜法是与活性污泥处理法并列发展的一种生物处理法。生物膜法源自土壤自净过程，是通过人为措施，优化微生物菌群、原生及后生动物等微型动物在载体上附着生长的条件，进而强化生物膜的生长过程，同时对污水进行净化的方法5。生物膜法最早于1983年在英国问世，由于生物膜法的水力负荷和BOD负荷较低，曾一度被活性污泥法而代之。在1950年之后，由于材料科学的快速发展，为生物膜法提供了很多高性能的有机填料，比表面积和孔隙率对于传统的填料而言有了较大提高，从而使得处理水质和处理效率发生明显改善。生物膜反应器的研究与开发的研究和开发工作至此也上了一个新台阶。除普通生物滤池又称滴滤3河北工程大学硕士学位论文池之外，相继涌现出生物接触氧化池又称淹没式生物滤池、生物转盘RBC和生物流化床FB等一批新技术，并进行着由单一反应器向复合反应器的方向发展，如移动床生物膜反应器MBR、复合式活性污泥生物膜反应器HASBR、序批式生物膜反应器SBBR等，逐渐形成了一套较完整的污水生物处理工艺系列6。1312厌氧生物处理技术应用及研究现状传统的厌氧技术存在水力停留时间长、有机负荷率低等缺点，在过去很长一段时间里，没有得到广泛应用。它仅限于处理污水厂的污泥、粪便等。在废水处理方面，几乎都是在用好氧生物处理技术。然而近二十多年来，由于世界上的能源问题日益突出，并且随着生物学、生物化学等学科的发展和工程实践经验的积累，不断开发新的厌氧处理工艺和构筑物，克服了传统工艺的缺点，对缓解污水处理厂“建得起，养不起”的矛盾产生了良好的客观效果。同时使得厌氧处理技术的理论和实践都有了很大进步，使它在处理高浓度有机废水方面取得了良好的效果和经济效益7。近年来，新开发研究的厌氧生物反应器有厌氧滤池（AF）、升流式厌氧污泥床（UASB）、厌氧附着膨化床（AAFEB）、厌氧生物转盘（ABRD）和厌氧折流板反应器（ABR）等。总体来看，这些新型的高速厌氧反应器的共同特点是，能保持较长的固体停留时间（SRT，一般为30100D），反应器内生物量水平高（2060KGVSS/M3）,HRT可缩短至十几甚至几个小时，大大改变了人们所认为的传统厌氧处理技术存在的负荷低、效率低、HRT长以及受各种环境因素影响大的的传统观念8。目前厌氧生物处理技术多用于高、中、低浓度的工业有机废水领域。近年来，在厌氧生物技术的逐渐推广与应用过程中，人们发现经过厌氧生物处理后的出水水质并不能达到污水排放标准，同时还引发了后续处理的问题。目前工业废水经过厌氧生物处理后需经过城市污水管网输送到城市污水厂再次进行处理，因此厌氧生物处理技术在生活污水和城市污水处理领域的应用并不广泛9。132污水生物处理技术的发展趋势从目前国内外污水处理技术的研究与应用现状和发展来看，各种新型的污水生物处理工艺不断推出，污水处理普及程度及处理效率也越来越高，未来城市污水生物处理技术正向着更先进、更高效、更节能、自动化程度更高的方向发展，并突出在如下几个领域取得长足的进展。1321细胞及微生物固定化技术的应用固定化细胞技术是用化学或者物理的手段将游离的细胞定位于限定的空间区4第1章绪论域，并使其保持活性、反复利用的方法，是六七十年代发展起来的新技术。国内外不同的研究工作者对对固定化法采用的分类方式也不同，目前较合理的方法有表面吸附法、键联固定、细胞自交联和多聚体包埋技术。生物固定化技术以其独特的特点应用于城市污水的处理，近年来一直是国内外学者研究的热点，同时国内外在这方面进行了许多有益的探索，特别是在表面吸附固定技术、键联固定技术和细胞间自交联固定技术等领域取得了较好的成绩，达到了显著提高反应器抗污染负荷、耐污染冲击和水力冲击，减少污泥产量等效果10,11。南野立夫等人12利用固定化微生物载体对污水进行脱氮处理试验，试验结果标明，在同一个反应器内加入由硝化细菌和反硝化细菌共存的载体，不但可以同时达到脱氮与除磷的目的，并且还可起到凝固化作用，该工艺在较低的温度下试验期间在冬季进行依然能稳定脱氮，为生物脱氮除磷技术开辟了一条较为理想的新途径。卞华松等人13利用冷冻固定化优势菌群来处理含苯酚和甲醛的有机废水，试验结果发现此技术对有机废水的处理效果良好；黄晓维等14用多孔陶珠固定化微生物细胞技术处理印染废水；梁沈平等15,16用固定化微生物柱处理染料废水；张永明等17用固定化细胞流化床生物反应器处理啤酒废水等均实现了有价值的尝试。目前关于微生物固定化技术的开发与利用还处于试验研究阶段，有关于固定化微生物在载体上的生长、繁殖以及是否对固着载体结构产生不利影响10、微生物固定化技术的经济性与实用性及生产运行管理的可操作性11均需开展深入细致的试验和研究，为固定化技术的进一步推广做好前期准备。1322新型填料与载体的开发与应用废水生物处理技术中载体与填料起着关键性作用。填料与载体为微生物的生长和繁殖提供生存空间和条件，废水中的有机污染物通过与载体上附着的微生物充分接触，达到吸附、降解的转化，最终达到有机物无害化的目的。因此填料与载体对于反应器的污水处理能力起着决定性的作用。近年来，国内外的研究学者在开发新型填料与载体方面十分活跃，从理论到实践也都取得了突破性的进展。传统的填料有河卵石、矿渣、树枝、木条等天然填料，后来在其应用基础上开发了塑料蜂窝、玻璃钢蜂窝等广泛应用于生物滤池和生物接触氧化法等生物膜反应器中。然而由于膜生物反应器的不断开发与创新，对填料与载体的要求也在不断的提高。如何进一步改善载体的质构如改善其表面活性特征以提高对微生物的附着能力、加强传质和流化动力学特征，改善粒径与比表面积的关系以提供更大的孔隙率和比表面积，改善材质以降低生产成本和反应器的运行成本等，将成为这一领域中较为集中的研究课题18。目前新型填料有无机生物陶粒、多孔PVC类填料、活性炭等，在污水处理的试验与应用中均已取得较好的效果，并向人们展5河北工程大学硕士学位论文示着广阔的应用前景。14EM有效微生物技术及其在污水处理领域的应用研究现状141EM有效微生物技术及其工作原理有效微生物菌群（EFFECTIVEMICROORGANISMS）简称EM，是由日本琉球大学的比嘉照夫先生1968年在九州大学研究柑橘栽培时偶然发现的。EM技术是基于头领效应的微生物群体生存理论和抗氧化学说，以光合菌为中心，与固氮菌并存、繁殖，采用适当的比例和独特的发酵工艺把经过仔细筛选出的好氧和兼氧微生物加以混合，培养出多种多样的微生物群落。EM群体中共含有5科10属80多种微生物，光合细菌、乳酸菌、酵母菌和放线菌作为其代表性微生物19。各菌群的作用如下201光合菌群光合细菌群以光和热为能源，以有机物及其分解产物和动植物分泌的某些物质为基质，合成氨基酸、核酸，糖类等多种能促进动植物生长发育的有用物质。光合菌的代谢产物一部分被动植物吸收，一部分成为其他有用微生物增殖所必须的养分。2乳酸菌群乳酸菌以从光合细菌、酵母菌得到的糖类为基质，产生乳酸。乳酸有很强的杀菌力，特别是抑制有害微生物的繁殖，以及有机物的急剧腐败分解。乳酸菌群还能使木质素、纤维素等难分解的有机物转化为可溶性有机物，避免未分解的有机物引起的各种危害。乳酸菌群在解除土壤毒性方面也有显著效果。3酵母菌群酵母菌群具有发酵性能，利用有机物和动植物的某些分泌物及光合菌、固氮菌合成的氨基酸、糖类等为原料，合成有利于动植物生长的物质。尤其是酵母菌合成的激素等生理活性物质，能促进根系生长及细胞分裂，也有利于其它有效微生物乳酸菌、放线菌的增殖。4有用放线菌群放线菌群是介于细菌和真菌之间的菌类。有用放线菌群能利用光合菌合成的氨基酸等制造抗菌物质，抑制病原菌，并能提前利用有害霉菌和有害细菌增殖中所必须的物质，从而抑制有害霉菌和有害细菌增殖，为其他有用微生物创造良好的环境。有用放线菌和光合菌共存时，其抗菌性能比单独利用有用放线菌群时增加数倍，有用放线菌还能提高菌根菌的固氮能力。通过上述可以看出EM菌中既含有分解型细菌，又含有合成型细菌，既有厌氧型菌又有缺氧型和好氧型细菌，因此这是一个多细菌共存的生态系统。激活后的EM菌通过驯化在污水中强化或者形成优势菌群，迅速生长繁殖，达到快速降解水中污染物的目的。6第1章绪论142EM在水处理领域的应用研究现状根据EM技术的工作原理，近些年来，EM产品及其技术在农、牧、水产、养殖等较多领域得到了大量的应用研究与推广，并在养殖、种植和环保方面取得了显著的效果。例如，在EM技术的发源地日本，推广应用此技术的机构已达400多个。此外还有美国、英国、法国、巴西等60多个国家也十分注重EM技术的推广。EM应用与污水处理方面主要的有点可表现在以下几个方面臭气（硫化氢、沼气等的腐臭）能明显改善；处理水质好；能减少污泥的产生量1/2至1/3；处理能力；可以减少曝气时间。我国自1991年引进EM生物技术之后，分别在农业和畜牧业中的研究取得了一些重要的进展。然而在水处理应用领域中的应用研究尚处于应用尝试和推广研究初期，全面系统研究应用亟待进行21。王平等22在引入EM菌种构建的EMSBR反应器装置的基础上，以常规的SBR反应器为参照，重点考察了在不同运行模式下处理生活污水的效果与性能，试验结果表明EMSBR反应器及常规SBR反应器处理生活污水出水水质均可达到国家综合排放标准GB897888一级标准，并且与常规的SBR反应处理效果相比，EMSBR反应器对CODCR的去除有明显提高，平均增幅可达931。北京市海淀区环卫科研所23应用EM技术处理粪便污水，出水CODCR为133MG/L，BOD为30MG/L，去除率可达6699，SS为25MG/L，低于排放标准；臭气强度平均为042级，几乎无臭味；投资省、见效快、占地小、好管理。同时王平等24将EM处理技术应用于富营养化源水的试验研究中，试验结果标明向供试水样中投加VEMV源水110000EM菌液，并辅以低速间歇式曝气处理一个周期89D后，源水中叶绿素A、TN、TP及CODCR等主要富营养化指标的去除率分别达到9049、4525、5548及8273。此时处理出水水质接近国家地表类水质标准，因此可作治理水体富营养化的一项有效措施进行深入研究并进行推广。车美芹等25将EM处理技术与SBR反应器结合应用在食品废水处理的研究中，试验结果表明当进水CODCR为20004000MG/L、PH为5565时，向废水中投加0507的EM复壮液，曝气12H，沉淀10H，CODCR的出水浓度可达7002000MG/L，去除率可达836，因此可以用EM进行食品废水的预处理。综上所述表明，在适宜的条件下，有效微生物菌EM在水处理中对水体中三类污染指标CODCR、NH4N、TP均有较好的处理效果，并且对水体富营养化的治理有很积极的效果，因此EM技术在水处理行业有良好的应用前景和潜力。143EM技术存在的问题EM技术是生物应用技术迅速发展的一大结晶，然而从目前各国的推广应用7河北工程大学硕士学位论文情况来看，EM技术在水处理领域还存在较多问题，需要科研工作者进一步系统的研究，以夯实应用推广基础。1、安全性问题目前在世界上已有13个国家在生产EM菌，他们分别是日本、中国、法国、美国、韩国、菲律宾、澳大利亚、泰国、缅甸、印尼、巴西、印度和巴基斯坦。据调查，在中国也有7家生产EM菌的公司。如果在生产过程中技术走样，或者生产菌种多次移植引起变异等，都有可能在得到的EM菌中含有次级代谢产物和其他有害微生物，因此很难保证EM菌的安全性。2、EM菌的质量评定问题目前，EM菌质量是通过酸性和微生物数量的检测来评定。通常EM菌的PH值小于35以及EM菌内微生物的数量大于106个/升，便认为EM菌符合即定的质量标准。但这个标准是否能确保EM菌的质量还有待进一步研究。3、菌种贮存问题有文献报道26，EM菌液产品在贮藏过程中将随贮藏期的延长，乳酸菌、放线菌、酵母菌等菌数均有不同程度的下降。产品品质的变化无异会影响EM的应用效果。因此，对EM产品与技术的配套技术研究与完善，如贮藏保质等问题尚需深入开展。4、菌种流失问题从目前研究现状发现，菌种的絮凝效果不佳，如果想得到较好的絮凝效果，需投加絮凝剂。目前很多学者将EM技术与SBR技术结合进行研究面临一个最大的问题就是菌种的流失问题，这样的话反应器内菌种浓度不高造成处理效果并没有达到最佳状态，同时菌种的流失也会造成无端的浪费。5、与反应器的结合开发使用EM技术在国内的研究水平还处于单因子试验为主，全面综合的试验和研究极少。在水处理方面还处于投菌性尝试试验，很少有与反应器结合来进行研究的。这并不利于EM技术的应用推广。因此对EM技术的试验研究应结合不同的温度、水质、水体和不同的污染成分和污染程度，来考察在这些条件的影响下其对污水的处理效果，特别是在与反应器结合水平上应用的可能性与可行性，包括有关技术体系和技术规范的研究和建设，是十分必要的。15MBR工艺151MBR工艺研究新进展及应用概况8第1章绪论1511研究新进展在当前能源紧缺问题日益严峻、污水的排放标准越来越严格的形势下，出现了许多新型的MBR工艺。新型的MBR工艺其中包括斜板MBRINCLINEDPLATEMBR、高效截留MBRHIGHRETENTIONMBR、厌氧MBRANMBR、真空旋转MBRVACUUMROTATIONMBR等。图12斜板膜生物反应器FIG12INCLINEDPLATEMBR1斜板MBRYAMAMOTO等27开发了缺氧/好氧MBR，即斜板MBR，其构造见图12。此反应器的缺氧池内污泥浓度较高，进水中的大部分有机物可被吸附。通过在缺氧池内设置斜板来进行污泥的分离，吸附了大量有机物的污泥可以进行消化，回收生物质能。缺氧和好氧池的污泥浓度由缺氧池的上升流速和回流比确定，这样可以控制好氧池内的污泥浓度保持在较低水平，从而达到缓解膜污染的目的。CHIEMCHAISR等28利用该反应器来处理垃圾填埋场渗滤液，对COD和BOD5的去除率分别达到了60和99以上，对TN的去除率也达到了85。FONTANOS29等利用该反应器处理市政污水，通过回流比的调控可以有效改变好氧池和缺氧池的污泥浓度，对于水质波动较大的污水有很强的适应能力。斜板MBR和活性污泥法中的AB法工作原理相似，首先进水中的大部分有机物被吸附，然后通过消化等过程回收生物质能，从而减轻了后续的好氧生物处理工艺的负荷，降低了污泥浓度，缓解了膜污染。9河北工程大学硕士学位论文2高效截留MBR高效截留MBR包括正渗透MBRFOMBR、膜蒸馏MBRMDBR和纳滤MBRNFMBR等。高效截留MBR的特点是用截留分子量小的膜代替传统中微滤或者超滤膜，因此出水水质良好，在提升再生水水质中具有良好的应用前景。美国耶鲁大学的ELIMELECH30教授课题组在正渗透方面的研究也取得了很多骄人的成绩。他们利用醋酸纤维素FO膜，将碳酸铵作为提取液，提取液被稀释后其中的碳酸铵可以通过后续的加热转化生成CO2和NH3从而释放出去产生淡水。在此过程中的加热所需热量可以通过废热供给，并且CO2和NH3可以回收然后反复进行利用。FO膜与RO膜相比之下不需要很高的跨膜压差，因此FO具有能耗低，膜污染程度相对较低的优点。FANE31等将FO膜与MBR结合形成FOMBR进行试验，对于FOMBR中无机盐的积累和膜污染等问题进行了研究，并总结出FOMBR应用中需要克服的几大难题，包括培养能在高盐环境下生存的微生物、制备对有机物和盐截留率均很高的膜、提取液的再生等。纳滤NF与反渗透RO相比具有截留率高、能耗低的优点。YAMAMOTO和ELIMELECH的课题组均对ROMBR工艺提出了改进方案，即利用NF代替MF/UF并省去RO单元，形成NFMBR新工艺，实现污水处理过程中有机物和盐的去除。YAMAMOT等27等通过NFMBR工艺获得了较好的出水水质，但是此工艺存在的较大问题就是膜通量低。ELIMELECH教授30课题组还将制膜与碳纳米管结合，制备了纳米管膜。此种膜具有高的盐截留率，在污水净化方面具有广阔的应用前景。膜蒸馏技术MDBR也是最近几年新兴的一类高效截留MBR工艺，但是该工艺运行时需要50。C的较高环境温度以促使通过膜蒸馏来顺利通过膜，因此耗能相对来说较高，但是可以合理利用废热来弥补这一缺憾。此工艺具有出水程度较高、污染程度轻等优点，相比于传统的MBRRO工艺来说运行费用也较低。FANE31等利用MDBR处理污水，污泥浓度能稳定在5G/L，通量稳定在5L/M2H,污染轻。MDBR不仅出水水质极好,基本不含有机物，而且对于RO膜等难以去除的N亚硝基二甲胺NDMA都能有效去除。除此之外，能耗701032（CM/CMSCMHG）120MPA4050河北工程大学硕士学位论文图22中空纤维膜组件FIG22HOLLOWFIBERMEMBRANEMODULE膜组件的主要性能指标如表24表24膜组件主要性能指标TABLE24MAINPERFORMANCEOFTHEMEMBRANEMODULE223填料及性能污水处理中的生物载体要求具有较高的孔隙率和较大的比表面积，以利于基质传递和生长较多生物膜。惰性材料一般具有较强的机械强度，其中有机聚合物生物载体因其具有价格低廉、制造工艺简单和耐腐蚀等优点，在污水处理中得到越来越广泛的应用。在试验中所采用的填料为立体弹性填料，其采用聚烯烃类和聚酰胺为材料，用特殊的拉丝、丝条制笔工艺将丝条穿插固着在耐腐、高强度的中心绳上，丝条呈立体均匀排列辐射状态，在有效区域内能立体全方位均匀舒展满布，使气水、生物膜得到充分混渗接触交换，生物膜不仅能均匀地着床在每一根丝条上，保持良好的活性和空隙可变性，在运行过程中获得较大的比表面积及良好的新陈代谢。该立体弹性填料的性能参数如比表面积为300M2/M3、成膜重量为50100KG/M3、填料单元直径为80MM，实物如图23所示20第2章试验材料与检测方法图23立体弹性填料FIG23SOLIDFLEXIBLEPACKING23检测方法231污水排放标准试验中采用的是由国家环保总局与国家质量监督检验总局联合发布的城镇污水处理厂污染物排放标准GB189182002表24一级A标准作为本工艺的出水标准。表24城镇污水处理厂污染物排放标准GB189182002TABLE24DISCHARGESTANDARDOFPOLLUTANTSFORMUNICIPALWASTEWATERTREATMENTPLANT序号基本控制项目一级标准A标准B标准二级标准三级标准12345678化学需氧量COD生化需氧量BOD5悬浮物SS动植物油石油类阴离子表面活性剂总氮以N计氨氮以N计5010101105155860202033120815100303055225301206050201559总磷以P计2005年12月31日前建设的2006年1月1日起建设的105151335510色度稀释倍数3030405011PH6912粪大肠菌群数个/L10310410421河北工程大学硕士学位论文232水质指标检测方法COD重铬酸钾法氨氮（NH4N）纳氏试剂分光光度法总氮（TN）过硫酸钾氧化紫外分光光度法总磷（TP）钼酸铵分光光度法22第3章EM在A2/O一体化MBR工艺启动中的效果与分析第3章EM在A2/O一体化MBR工艺启动中的效果与分析有效微生物群EFFEETIVEMICROORGANISMS简称EM是从自然界筛选出来的多种有益微生物，用特定的方法混合培养所形成的微生物复合体系，其中含有约5科10属80余种微生物，多种好氧微生物和嫌氧微生物共存，光合细菌、乳酸菌、酵母菌和放线菌作为其代表性微生物27。EM菌液是现行EM产品的主要商用形式，一般分为农用型、食品添加型和环保型三种使用形式。90年代初期后，在我国南京、南昌、南宁及长沙等地相继建成该产品的生产基地，以推动EM产品在我国各领域的应用推广。在应用EM处理生活污水方面，EM原产地日本国有少量应用实例报道28，但我国目前这一方面的应用研究还局限于EM对生活污水中有机质降解能力的测试，报道很少，且评价不一4446。不利于客观公正地评价EM在生活污水处理中的应用前景，并因此成为人们普遍关注的问题。A2/O一体化MBR技术将生物膜法和膜分离技术结合起来，使膜组件代替传统生物法中的二沉池，进行高效的固液分离。研究中在A2/O悬浮生长系统中设立了立体弹性填料，将会形成悬浮生长的活性污泥和附着生长的生物膜两种微生物，共同承担去除污染物的任务。另外，在系统内还存在缺氧、厌氧区，以及生物絮体和生物膜结构内部因氧浓度梯度而形成的缺氧/厌氧层，在降解有机污染物的同时可以达到脱氮除磷的效果。然而在试验中采用的污水为模拟污水，几乎不含有悬浮物质，因此不会有大量的活性污泥产生，那么在试验中将主要以生物膜法形式来考察。目前生物膜法的挂膜启动多是采用逐渐增大进水流量和污染物浓度的方法，这种方法的启动时间较长夏季大约20D左右。冯骞等人通过试验发现在生物接触氧化工艺中使用EM能够缩短反应器的启动时间提高启动阶段的处理效果47。试验中将EM技术与A2/O一体化MBR反应器结合最重要的一点就是解决了菌种流失问题，可以使反应器内保持较高的微生物浓度。本阶段试验考察EM技术在A2/O一体化MBR工艺中形成生物膜的速度，通过正交试验来了解三个相关因子对反应器生物膜形成的影响，从而确定最佳的启动条件，为EM在处理城市污水处理工程实践中的推广应用提供一定的客观技术依据。31试验结果每个阶段的前两天都是在反应器内加入菌种然后闷曝，目的是驯化与激活微生物。闷曝方式如正交试验安排表22所示。第三天开始正常进出水，反应器的23COD含量MG/LCOD去除率TN含量MG/LTN去除率河北工程大学硕士学位论文处理量大约为1M3/D，从第三天开始每天测定出水的CODCR、NH4N、TN三项指标，待处理率达到70以上并且同时立体弹性填料上清晰可见附着生物膜时视为挂膜成功。311第一阶段处理结果COD处理效果见图3160050040010090807060进水COD300200100050403020100出水COD去除率12345678910运行时间D图31第一阶段COD处理效果FIG31CODREMOVALPERFORMANCEOFSTAGE1TN处理效果见图32605080706040302010050403020100进水TN出水TN去除率12345678910运行时间D图32第一阶段TN处理效果FIG32TNREMOVALPERFORMANCEOFSTAGE124氨氮浓度MG/L氨氮去除率TP含量MG/LTP去除率FIG33NH4NREMOVALPERFORMANCEOFSTAGE1第3章EM在A2/O一体化MBR工艺启动中的效果与分析NH4N处理效果见图333530258070602015105050403020100进水氨氮出水氨氮去除率12345678910运行时间D图33第一阶段氨氮处理效果TP去除效果见图3443539080702521510506050403020100进水TP出水TP去除率12345678910运行时间D图34第一阶段TP处理效果FIG34TPREMOVALPERFORMANCEOFSTAGE1从以上图示可以看出，COD在正常进水后的第1天处理率就高达59，第四天处理率已达72，TP的处理率在刚开始也很高，并且在第5天已高达73。而TN和NH4N分别在第10天和第9天才达到70以上的处理率，此时COD的去除率已高达90左右。观察反应器内的立体弹性填料发现，其上已附着一层黄褐色的生物膜，因此可以确认此阶段的挂膜在第十天已完成。25COD浓度MG/LCOD去除率TN浓度MG/LTN去除率河北工程大学硕士学位论文312第二阶段处理结果COD处理效果见图3560050040010090807060进水COD300200100050403020100出水COD去除率123456789101112运行时间图35第二阶段COD处理效果FIG35CODREMOVALPERFORMANCEOFSTAGE2TN处理效果见图36605080706040302010050403020100进水TN出水TN去除率123456789101112运行时间D图36第二阶段TN处理效果FIG36TNREMOVALPERFORMANCEOFSTAGE226氨氮浓度MG/L氨氮去除率TP含量MG/LTP去除率FIG37NH4NREMOVALPERFORMANCEOFSTAGE2第3章EM在A2/O一体化MBR工艺启动中的效果与分析NH4N处理效果见图373530258070602015105050403020100进水氨氮出水氨氮去除率123456789101112运行时间图37第二阶段氨氮处理效果TP去除效果见图3843531009080702521510506050403020100进水TP出水TPTP去除率123456789101112运行时间D图38第二阶段TP处理效果FIG38TPREMOVALPERFORMANCEOFSTAGE2从以上图示可以看出，COD在正常进水后的第4天处理率已达71，TP在正常进水后的第6天已达73，而TN和NH4N分别在第12天和第11天才达到70以上的处理率，此时COD的去除率已高达90左右。观察反应器内的立体弹性填料发现，其上已附着一层黄褐色的生物膜，因此可以确认此阶段的挂膜在第12天已完成。27COD浓度MG/LCOD去除率TN浓度MG/LTN去除率河北工程大学硕士学位论文313第三阶段处理结果COD处理效果见图3960050040010090807060进水COD300200100050403020100出水COD去除率123456789101112131415运行时间图39第三阶段COD处理效果FIG39CODREMOVALPERFORMANCEOFSTAGE3TN处理效果见图310605080706040302010050403020100进水TN出水TN去除率123456789101112131415运行时间D图310第三阶段TN处理效果FIG310TNREMOVALPERFORMANCEOFSTAGE328氨氮浓度MG/L氨氮去除率TP含量MG/LTP去除率FIG311NH4NREMOVALPERFORMANCEOFSTAGE3第3章EM在A2/O一体化MBR工艺启动中的效果与分析NH4N处理效果见图311403530807060252015105050403020100进水氨氮出水氨氮去除率123456789101112131415运行时间D图311第三阶段氨氮处理效果TP去除效果见图31243531009080702521510506050403020100进水TP出水TP去除率123456789101112131415运行时间D图312第三阶段TP处理效果FIG312TPREMOVALPERFORMANCEOFSTAGE3从以上图示可发现，COD依然从刚开始的处理率就很高，在第4天就达到了71，TP在第六天去除率达到72。而此阶段的TN和NH4N在第15天才分别达到70以上。此时立体弹性填料上可肉眼看见一层黄褐色的生物膜，因此可确定此阶段在第15天完成挂膜，标志启动成功。29COD浓度MG/LCOD去除率TN浓度MG/LTN去除率河北工程大学硕士学位论文314第四阶段处理结果COD处理效果见图31360050040010090807060进水COD300200100050403020100出水COD去除率123456789101112运行时间D图313第四阶段COD处理效果FIG313CODREMOVALPERFORMANCEOFSTAGE4TN处理效果见图314605080706040302010050403020100进水TN出水TN去除率123456789101112运行时间D图314第四阶段TN处理效果FIG314TNREMOVALPERFORMANCEOFSTAGE430氨氮浓度MG/L氨氮去除率TP含量MG/LTP去除率FIG315NH4NREMOVALPERFORMANCEOFSTAGE4第3章EM在A2/O一体化MBR工艺启动中的效果与分析NH4N处理效果见图3153530258070602015105050403020100进水氨氮出水氨氮去除率123456789101112运行时间D图315第四阶段氨氮处理效果TP处理效果见图31643531009080702521510506050403020100进水TP出水TPTP去除率123456789101112运行时间D图316第四阶段TP处理效果FIG316TPREMOVALPERFORMANCEOFSTAGE4从以上图示可发现，COD依然从刚开始的处理率就很高，在第4天就达到了71，TP在第5天的去除率达到70，而此阶段的TN和NH4N在第12天和第11天才分别达到70以上。此时立体弹性填料上可肉眼看见一层黄褐色的生物膜，因此可确定此阶段在第12天完成挂膜，此阶段的启动成功。31COD浓度MG/LCOD去除率TN浓度MG/LTN去除率河北工程大学硕士学位论文315第五阶段处理结果COD处理效果见图31760050040010090807060进水COD300200100050403020100出水COD去除率1234567891011121314运行时间D图317第五阶段COD处理效果FIG317CODREMOVALPERFORMANCEOFSTAGE5TN处理效果见图318605080706040302010050403020100进水TN出水TN去除率1234567891011121314运行时间D图318第五阶段TN处理效果FIG318TNREMOVALPERFORMANCEOFSTAGE532氨氮浓度MG/L氨氮去除率TP含量MG/LTP去除率第3章EM在A2/O一体化MBR工艺启动中的效果与分析NH4N处理效果见图319403530807060252015105050403020100进水氨氮出水氨氮去除率1234567891011121314运行时间D图319第五阶段氨氮处理效果FIG319NH4NREMOVALPERFORMANCEOFSTAGE5TP去除效果见图32043531009080702521510506050403020100进水TP出水TP去除率1234567891011121314运行时间D图320第五阶段TP处理效果FIG320TPREMOVALPERFORMANCEOFSTAGE5从以上图示可发现，COD依然从刚开始的处理率就很高，在第4天就达到了71，TP在第5天的去除率达到70。此阶段的TN和NH4N在第14天分别达到70以上。此时立体弹性填料上可肉眼看见一层黄褐色的生物膜，因此可确定此阶段在第14天完成挂膜。33COD浓度MG/LCOD去除率TN浓度MG/LTN去除率河北工程大学硕士学位论文316第六阶段处理结果COD处理结果见图32160050040010090807060进水COD3002001000504030