膜生物反应器处理生活污水的研究

1、第一章 综述 1.1 引言 水资源短缺是21世纪人类面临的最为严重的资源问题。目前全世界只有14人群饮用到合乎标准的清水，13的人口得不到安全用水，而且缺水的形势日趋严峻。我国人口占世界的22，淡水资源只有世界的7，人均供水量只有世界人均占有量的14。据统计，我国每年因缺水造成的粮食减产达50多亿公斤，因缺水造成的经济损失达1200亿元，水资源的短缺严重地制约着经济的发展速度。因此，解决水资源不足，开辟第二水资源污水回用，是21世纪解决水资源危机的最有效途径。 膜生物反应器技术，是用膜取代活性污泥法中的二沉池而得到的一种新方法。与传统活性污泥法相比,膜生物反应器具有如下优点:固液分离效率高,设

2、备简单,易实现自动化控制,不需二沉池,耐冲击负荷好,污泥产量少,出水水质好等。目前各种活性污泥法都不可避免要排剩余污泥，并且污泥的处理技术和费用历来是污水处理厂的难题。膜生物反应器技术就是对活性污泥法进行改进而得到的一种膜分离与生物处理相结合的方法。 1.2 膜生物反应器（MBR） 1.2.1 膜SBR生物反应器发展状况 20世纪60年代美国Smith等学者利用膜将活性污泥从出水中截留回生物反应器的曝气池，提出具有减少活性污泥产量，能保持较高的污泥浓度，减少污水厂占地等优点的MBR工艺。20世纪70年代初，密歇根州Ann Arbor的Thetford Systems公司开发了一种简单的膜生物反

3、应器系统Cycle-Let，用于处理和回用来自商业区的冲洗水。80年代，MBR首先出现在日本。 1.2.2 膜SBR生物反应器工作原理 膜生物反应器(MBR)是以酶,微生物或动、植物细胞为催化剂,进行化学反应或生物转化,同时凭借微滤分离膜不断的分离出反应产物并截留催化剂而进行连续反应的装置。 本文采用膜生物反应器处理生活污水，利用膜组件进行固液分离，膜组件代替了传统生物处理系统中的二沉池，处理装置简单紧凑，占地面积小，出水清澈、透明、无臭味、色度浊度极微，可直接作为中水回用。 1.2.3 MBR活性污泥法工艺特点 分离效率高； 活性污泥浓度高。 1.2.4 膜SBR生物反应器的循环过程 膜SB

4、R工艺运行过程包括进水、搅拌、曝气、停曝搅拌以及曝气和排水5个阶段并组成其运行的一个周期 进水工序 搅拌工序 曝气工序 停曝搅拌工序 曝气和排水工序 1.2.5 对膜生物反应器处理污水的展望 膜生物反应器在处理废水中具有独特的技术优势，特别在污水需回用和占地有限制的场合下更是一项极具潜力的技术，其能不能推广应用关键在解决膜污染和经济上是否可行的问题.所以为了改善膜污染，减少运行成本，MBR工艺的研究可从以下几个方面努力： 研究低成本、高性能的超滤膜。 采用浸没式膜生物反应器。 研究具有一定结构的曝气池池型。 1.3 本论文的目的与任务 本论文主要是污泥驯化，在膜生物反应器运行的过程当中，通过对

5、原水、上清液、膜出水水质，尤其是膜出水水质的各种指标的确定来判断膜生物反应器的污水进化作用以及出水效果。 同时还要分析各种条件的改变对出水水质的影响，本实验过程中着重研究的是曝气量的改变对出水水质的影响。的二章 实验部分 2.1 实验仪器与试剂（见论文） 2.2 实验方法 2.2.1 污泥驯化 一个生化系统的运行,必须要有活性污泥及与之相适应的生物相。所以,污水处理前,要进行活性污泥的培养和驯化。活性污泥的驯化是通过逐渐改变细菌的生存环境，诱发微生物细胞内产生酶，是给微生物定向的过程，接种污泥在正式运行前都必须经过驯化，常用的驯化方法有： 1、利用实验室分离出来的细菌进行培菌与驯化； 2、利用

6、配制的混合液培菌与驯化； 3、利用现成的活性污泥进行培菌与驯化 本实验接种污泥为北京市北小河污水处理厂二沉池回流污泥，属于利用现成的活性污泥进行驯化，是一种既经济又容易做到的事情，特别是利用废水处理厂回流活性污泥进行驯化更好，这种污泥含微生物多，活性好，浓度又高。 2.2.2 膜生物反应器处理生活污水 2.2.2.1 实验装置 反应器长宽高65cm30cm90cm,有效容积为176L,内部被隔板分成容积相等的两部分。两容器中装有中空纤维膜。 采用天津膜天膜技术发展公司生产的聚偏氟乙烯膜,膜孔径0.2,中空纤维外径0.8,内径0.5,膜面积0.6平方米。2.2.2.2 原水（进水）水质2.2.2

7、.3 膜生物反应器工艺流程图1压差计 2恒流泵 3、5电磁阀 4反应器 6鼓风机 本实验装置反应器里装有活性污泥混合液，反应器运行时往反应器内直接加入生活污水，通过鼓风机曝气，从反应器底部两侧出水通过恒流泵得到出水。 2.2.2.4 反应器运行的工作方式及说明 为了说明膜的效用以及曝气量对出水水质的影响，本实验分为两个运行周期。第一个运行周期为15天，1号和2号反应器的气水比分别为35:1和50:1；第二个运行周期为6天，1号和2号反应器的气水比分别为40:1和50:1。通过曝气量的改变观察出水水质的规律，从而选择最佳曝气量。 为了提高去除效率，本实选择的工作方式为： 缺氧搅拌曝气缺氧搅拌静沉

8、膜抽吸 第一个反应运行周期（15天）： 膜抽吸方式:抽吸15min/停抽5min 1号：缺氧搅拌0.5h+曝气4h(2L/min)+缺氧搅拌2.0h+静沉 0.5h +膜抽吸2h（气水比35：1） 2号：缺氧搅拌0.5h+曝气4h(3L/min)+缺氧搅拌2.0h+静沉 0.5h +膜抽吸2h（气水比50：1） 气水比即曝气量与排水量之比。 第二个反应运行周期（6天）： 膜抽吸方式:抽吸15min/停抽5min 1号：缺氧搅拌0.5h+曝气3.5h(2.6L/min) +缺氧搅拌2.0h +静沉0.25h +膜抽吸2h（气水比40：1）； 2号：缺氧搅拌0.5h+曝气3.5h(3.43.5L/

9、min) +缺氧搅拌2.0h +静沉0.25h +膜抽吸2h（气水比2.3 实验水质指标测定方法 2.3.1 化学需氧量（COD）的测定重铬 酸钾法和COD快速测定仪法； 2.3.2氨氮的测定酸式滴定法； 2.3.3 浊度的测定浊度仪测定法； 2.3.4 色度的测定稀释倍数法； 2.3.5 pH值的测定pH试纸法。第三章 实验结果与讨论 3.1 污泥驯化 从上图能看出通过一段时间的污泥驯化，COD和氨氮去除率越来越好，而且在驯化终了时，氨氮和COD的去除率基本稳定，标志着污泥驯化的完成。 在污泥驯化阶段后期污泥沉降比SV在2025之间，4月20号将污泥混合液放入膜生物反应器内，此时上清液的CO

10、D为10.2mg/L，去除率为96.7%;氨氮为0.18mg/L,去除率为99.7%。3.2 影响膜出水水质的因素3.2.1 膜对污水处理的作用 从上图可以看出，无论是1号反应器还是2号反应器膜出水的COD去除率明显比上清液好，通过对膜生物反应器出水水质与曝气池上清液水质的同步监测，可反应膜对大分子有机物质的拦截作用和对COD去除的贡献。 从上图可以看出，膜对氨氮的去除率不是很明显，膜出水的浊度和色度略微好于上清液，因此，膜的拦截作用主要体现在对COD的去除上。3.2.2 曝气量对膜出水水质的影响 本节主要讨论不同的曝气量对膜出水水质的影响，通过实验数据和处理效果，确定膜出水水质最佳曝气量。

11、膜生物反应器中曝气量不能过大也不能过小，曝气量过小，出水效果不好，反之，能耗相对较大。因此应该选择最佳曝气量。由于一般的气水比时在30：150：1，本实验选择气水比为35：1，40：1和50：1的实验条件做比较，最终确定最佳气水比。 前十五天反应器的运行1号和2号反应器气水比分别为35:1和50:1 从上图可以看出，无论时COD的去除还是氨氮的去除，2号反应器（气水比为50:1）的处理效果明显优于1号反应器（气水比为35:1）。因此，在这两种情况下，我们应该选择气水比为50:1。接下来一个周期（六天）的实验情况，1号、2号反应器气水比分别是40:1和50:1。这个周期的实验目的是为了比较这两种

12、气水比下的污水处理效果。1号反应器气水比40：1；2号反应器气水比50：1。 后六天1号、2号反应器的气水比分别为40:1和50:1，由上图可以看出在这两种气水比下，COD的去除率相差不大，差值范围在1以内；氨氮的去除率基本相同；膜出水的浊度好一点，色度基本相同。 由此可以看出：在气水比为40:1和50:1时膜出水水质指标相差不大，出水效果基本相同。 综上所述：气水比为50:1的反应器处理效果优于气水比为35:1的反应器，而气水比为50:1的反应器和气水比为40:1的反应器处理效果几本相同，所以我们选择气水比为40:1。 通过文献查得景观用水和生活杂用水的水质指标与本实验膜生物反应器膜出水水质

13、指标对比如下表：第四章 结论 本文通过膜生物反应器对生活污水的处理，对得出以下结论：1、 通过对接种污泥（北京市北小河污水处理厂二沉池回流污泥）的驯化，进入反应器的污水上清液的COD为10.2mg/L，去除率达到96.7%;氨氮为0.18mg/L,去除率达到99.7%。2、 从上清液和膜出水的COD、氨氮的去除率可以看出，膜出水的COD、氨氮去除率明显优于上清液，体现了膜的拦截作用。3、 反应器通过两个周期的运行，分别比较了气水比为35：1，40：1和50：1时的出水水质，从数据分析可以确定最佳气水比为40：1。说明曝气量对出水水质的影响，曝气量不能过大也不能过小。4、 实验膜出水COD为25

14、mg/L35mg/L，氨氮基本接近于完全去除，浊度小于1，色度为15.6，pH值为6.58.0，符合景观用水和生活杂用水水质指标。 谢 谢！ 1.2.2 膜SBR生物反应器工作原理 膜生物反应器(MBR)是以酶,微生物或动、植物细胞为催化剂,进行化学反应或生物转化,同时凭借微滤分离膜不断的分离出反应产物并截留催化剂而进行连续反应的装置。 本文采用膜生物反应器处理生活污水，利用膜组件进行固液分离，膜组件代替了传统生物处理系统中的二沉池，处理装置简单紧凑，占地面积小，出水清澈、透明、无臭味、色度浊度极微，可直接作为中水回用。 1.2.3 MBR活性污泥法工艺特点 分离效率高； 活性污泥浓度高。 1

15、.3 本论文的目的与任务 本论文主要是污泥驯化，在膜生物反应器运行的过程当中，通过对原水、上清液、膜出水水质，尤其是膜出水水质的各种指标的确定来判断膜生物反应器的污水进化作用以及出水效果。 同时还要分析各种条件的改变对出水水质的影响，本实验过程中着重研究的是曝气量的改变对出水水质的影响。2.2.2.2 原水（进水）水质 第一个反应运行周期（15天）： 膜抽吸方式:抽吸15min/停抽5min 1号：缺氧搅拌0.5h+曝气4h(2L/min)+缺氧搅拌2.0h+静沉 0.5h +膜抽吸2h（气水比35：1） 2号：缺氧搅拌0.5h+曝气4h(3L/min)+缺氧搅拌2.0h+静沉 0.5h +膜抽吸2h（气水比50：1） 气水比