膜电絮凝反应器处理生活污水的研究 毕业论文.doc

原创性声明原创性声明 兹呈交的学位论文，是本人在导师指导下独立完成的 研究成果。除文中已经明确标明引用或参考的内容外，本 论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的研究 成果。本人依法享有和承担由此论文而产生的权利和责任。 声明人（签名）： 日期： 年 月 日 i 膜电絮凝反应器处理生活污水的研究 摘要 本课题采用电絮凝、膜生物反应器集成设备，以生活污水为研究 对象，对其进行动态处理。探讨电絮凝技术和膜生物反应器相结合对生活 污水的各项水质污染指标的去除效果。实验结果表明，电絮凝对浊度的去 除效果显著，电絮凝时间达到 120 min 时，对浊度的去除率可达到 97 %。电絮凝对氨氮、cod 的去除效果并不明显，去除率分别达到 5.1 % 和 50 %；膜生物反应器对浊度有进一步的去除效果，当膜生物反应器反 应时间达到 360 min 时浊度去除率达到 98 %。膜生物反应器对 cod 的 去除效果显著，当反应时间为 500 min 时，cod 去除率达到 95.5 %。 关键词 电絮凝 膜生物反应器 浊度 cod ii the research of dyeing wastewater treatment by electrocoagulation and membrane bioreactor abstract in this research, the methylene blue solution as research object, put to use the electro coagulation and membrane bioreactor integrated devices,and have a dynamic handing. the experimental results indicated the removal effect of turbidity by electro coagulation is prominent, when the time of electro coagulation come to 120min,the removal could reach 97%. the removal effect of chroma and cod by electro coagulation is not prominent, the removal is 5.1% and 50%; membrane bioreactor has a further removal effect to turbidity, when the time of membrane bioreactor come to 360min,the removal could reach 98%. the removal effect of cod by membrane bioreactor is prominent, when the time of membrane bioreactor come to 500min,the removal of cod could reach 95.5%. key words electro coagulation , membrane bioreactor , turbidity , cod iii 目 录 1 引言1 1.1 研究背景.1 1.2 生活污水处理现状综述1 1.2.1 生活污水成分分析.1 1.2.2 生活污水处理现状.2 1.3 电絮凝技术2 1.3.1 电化学的发展.2 1.3.2 电絮凝技术的机理.3 1.3.3 电絮凝的影响因素.3 1.4 膜生物反应器介绍与应用4 1.5 本课题研究内容及目的5 2 实验材料与方法.1 2.1 实验材料1 2.1.1 实验用水.1 2.1.2 实验装置.1 2.1.3 实验试剂与设备.2 2.2 实验方法3 2.2.1 污泥驯化.3 2.2.2 电絮凝反应阶段.3 2.2.3 膜生物反应器反应阶段.3 2.2.4 对比实验.3 2.3 分析项目及方法4 2.3.1 cod 的测量4 2.3.2 浊度的测量.5 2.3.3 ph 值的测量5 3 结果分析与讨论.6 3.1 运行效果及分析讨论6 3.2 电絮凝反应阶段6 3.2.1 浊度的去除效果.6 3.2.2 氨氮的去除效果.6 3.2.3 cod 的去除效果7 3.2.4 ph 值的变化8 3.3 膜生物反应阶段9 3.3.1 浊度的去除效果.9 3.3.2 氨氮的去除效果.10 3.3.3 cod 的去除效果11 3.3.4 ph 值的变化12 3.4 对比试验13 3.4.1 浊度的去除效果.13 iv 3.4.2 氨氮的去除效果.13 3.4.3 cod 的去除效果14 4 实验结论.16 致谢语.17 参考文献.18 1 1 引言 1.1 研究背景 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 1/4 人群饮用到合乎标准的清水，1/3 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 1/4。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。近几年， 水处理领域出现了许多新型的处理方法，其中电絮凝和膜生物反应器以其 特殊的多功能性、能效高、自动化程度高等优点，已经成为了研究关注的 焦点1-2。但是目前以上两种技术投入在生活污水的处理中的研究还相对 较少，主要还是集中在生活污水方面。而且单独地将电絮凝技术或者是膜 生物反应器应用在污水处理方面，效果并不能到达一种相对完美的地步。 关于将电絮凝技术和膜生物反应器相结合处理生活污水比较好也比较 成功的一个方法是将电絮凝技术和膜生物反应器二者结合，组成一个集成 设备，利用电絮凝技术强化膜生物反应器的处理效果，同时还可以延缓膜 污染。考察了其对ph值、cod、氨氮等的去除效果, 并与普通mbr进行 了比较, 以期为mbr的强化除磷提供一种可行的方法此方法可以被广泛应 用于各种有机废水的处理中有很好的应用前景。 1.2 生活污水处理现状综述 1.2.1 生活污水成分分析 校区生活污水主要由居民日常生活、中小型食堂餐饮及公共卫生服务 设施等排放的污水组成。校区排放的污水主要包括沐浴洗涤废水、粪便水、 餐饮废水等。沐浴洗涤废水有机物和悬浮物浓度相对较低，皂液和洗涤剂 较高；粪便水悬浮物、有机物和细菌浓度较高；餐饮废水油脂、有机物和 悬浮物浓度较高。污水的主要污染物有 ss、cod、bod、总磷、总氮、 动植物油和粪便大肠菌群3。生活污水的主要排放特征是：外观浑浊；容 易恶化，若不及时处理容易产生臭味和腐败变黑等现象；水中含有机物和 氮磷等营养物质高，可提供微生物增长和繁殖；一般不含有毒物质，但含 2 有大量细菌、病毒、寄生虫卵等。 1.2.2 生活污水处理现状 目前，中水回用的处理方法，一般是按照生活污水的各中污染物含量、 中水用途及要求的水质，采用不同处理单元组成的能够达到处理要求的工 艺流程。其处理系统一般由三部分组成：前期处理，中心处理，后期处理。 前期处理一般是指一级处理（格栅和初沉池） ；中心处理可分为两类，即 生物处理技术（活性污泥法或生物膜法）和膜分离技术；后期处理通常采 用滤池、臭氧或二氧化氯氧化、紫外线杀菌、活性炭吸附等进行深度处理。 传统的污水处理技术成熟可靠，但工艺流程复杂，占地面积大，操作 管理复杂且技术上存在一定的不足：二沉池沉淀效率低，污泥生产量大， 氯气消毒会产生致癌物且具有一定的臭氧负荷，紫外线杀菌对粪便大肠杆 菌的去除效果较差，二氧化氯和臭氧的使用效率受到水质的限制。因此， 寻求一种工艺流程简单、占地面积小、建设费用少、运行成本低、操作管 理方便的污水处理技术成为研究者的焦点4。 近年来，各种新型高效的污水处理技术应运而生，这些新的技术与传 统的生化污水处理工艺相比，具有固液分离效果好、生化效果高、出水水 质优、设备集中、占地面积小、污泥浓度高、污泥负荷低、便于管理和自 动控制等优点，基本上解决了传统的活性污泥法存在的污泥膨胀、污泥浓 度低等因素造成的出水水质问题，在污水处理中有着广阔的前景5-6。 1.3 电絮凝技术 1.3.1 电化学的发展 电化学用于污水处理起源于 1889 年的英国，美国于 1909 年申请了铝 电极和铁电极用于电絮凝的专利7。电絮凝技术在饮用水方面的应用起源 1946 年的美国8，但是由于相对较高的投资以及昂贵的电费，初期电絮 凝技术并没有得到普及。随着饮用水标准的提高，以及废水排放环境标准 的日益严格，电化学技术在世界范围内获得了相当大的重视，其优势在于 颗粒去除效率高、集约化的处理设施、运行成本低以及具备全部自控的潜 力。其中铝电极通常用于给水处理而铁电极通常用于废水处理。目前关于 电絮凝技术的实际工业应用的报道目前还不多，这主要是由于电极寿命以 及能耗的限制。随着环境排放标准的日益严格，电化学技术凭借其低运行 成本以及高处理效率具有广阔的市场。研究证明电絮凝技术应用于除磷可 3 以获得 90 %以上稳定的处理效果9。 1.3.2 电絮凝技术的机理 电絮凝技术包括从铝电极和铁电极上电解出 al3+和 fe3+作为絮凝剂用 于絮凝。在电解过程中可产生独特的混凝和絮凝环境，电极区域所产生的 电解离子具有相当高的活性。阳极金属离子的解离释放，在产生阳离子的 同时并没有同时引入相应的阴离子，而阴离子的存在可影响金属离子氢氧 化物的形成。在水解过程中阴极提供氢氧根离子同时产生氢气，氢气泡有 助于将絮凝态的颗粒物上浮至水体表面，这种现象也被叫做电气浮。同时 电场的存在也会对颗粒运动产生影响。在电絮凝过程中，多级电化学反应 以及多电子转移具有很高的复杂性。在电絮凝的过程中伴随着许多其它的 复杂反应，每一种反应都会对电絮凝系统的反应速率起到限制作用10。 电絮凝机理主要包括如下两个方面11： （a）吸附电中和；通过带正电的水解物质的投加来达到电荷平衡， 降低絮凝过程中的静电斥力； （b）压缩絮凝；在水解物质的浓度维持在 2050 mgl-1、ph 值在 6.28.2 的条件下，金属离子以氢氧化物的形式沉淀。当达到等电点的时 候，对胶体颗粒的吸附发生。在沉降过程中，该金属盐氢氧化物将和胶体 颗粒一起沉降。 1.3.3 电絮凝的影响因素 1.3.3.1 电极材料 电絮凝技术中所采用的电极材料通常为铝和铁。由于铁电极的价格相 对便宜，通常将铁电极用于污水处理，铝电极用于给水处理。当然铝电极 同样单独或与铁电极联合使用用于污水处理。电极可取材于铁或铝的锻造、 切割工厂。在电极的制作和选取中，需要保证没有重金属合金在板材中， 同时需要对电极表面进行定期清洗。当水中有大量 ca2+ 和 mg2+存在的情 况下，阴极材料推荐选用不锈钢。 1.3.3.2 电流密度 电絮凝反应器所需的电量取决于所需释放的 al3+和 fe3+数量。为保证 电絮凝 系统长时间运行无需维护，电流密度建议控制在 2025 am-2，同 时定期对电极进行清洗。电流密度需要和其它参数相结合如 ph 值，温度 和流速以保证较高的电流效率。电流效率取决于电流密度以及阴离子种类。 在没有已知经验值的情况下，电流密度和电荷负荷可以通过试验确定。另 外电流密度存在一个临界值，当电荷负荷达到临界电流密度的时候，出水 4 水质不会随着电流的增加取得明显的提高12。 1.3.3.3 ph 的作用 ph 在水和废水电絮凝处理中的作用体现在影响电流密度和金属氢氧 化物的溶度积。研究发现在酸性和碱性条件下，相同电流产生的电流密度 高于中性条件下。由于电导率的原因，在中性 ph 值下的能耗最大。在电 导率很高的情况下，ph 的影响作用并不显著。经过电絮凝反应器后的酸 性原水 ph 值将升高13碱性原水 ph 值将下降，从而使 ph 趋于中性，这 是该工艺的优势之一。酸性原水处理后 ph 值的升高是因为阴极氢气释放 的作用。阴极氢气释放造成的 ph 的提高将或多或少的被阳极释放的 h+补 充。碱性原水 ph 的下降是由于氢氧根离子与其它阳离子结合生成沉淀。 1.3.3.4 温度 温度对电絮凝效率的影响主要针对铝电极进行了研究。铝电极的电流 效率随 温度的升高而升高，在 60 的时候获得最大的电流效率，温度进 一步增加，电流效率下降14。电流效率随温度升高而增加是由于铝电极的 氧化层的不断破坏。当温度太高的时候，al(oh)3 胶体的大孔洞出现收缩， 导致更为紧密的絮体产生，该絮体更易于沉降在电极表面。较高的温度提 供了较高的电导率因此获得了较低的能耗。 1.3.3.5 氯离子的作用 在给水和污水处理中，碳酸盐和硫酸盐离子的存在将导致 ca2+和 mg2+ 的沉降，并在电极表面形成钝化层。该钝化层将使得电极间的电压升高， 导致了明显的电流密度的下降。而氯离子的存在可显著降低其它离子如 hco-和 so42- 离子的负面作用。因此可通过投加氯化钠来解决电极钝化问 题。同时氯离子存在情况下有利于电荷的运移，提高水的电导率使电能消 耗下降。在其它阴离子存在的条件下，保证 20 %的氯离子含量有助于电 絮凝的正常运行。当有氯离子存在的情况下，下列反应将发生： 2cl 2e cl2 (1-1) cl2 + h2o hocl + cl + h+ (1-2) hocl ocl + h+ (1-3) 同时由电化学产生的次氯酸根离子具有高效的消毒作用15。 1.4 膜生物反应器介绍与应用 5 膜生物反应器（membrane bioreactor，mbr） ，即将膜分离技术与生 物反应器相结合的生物化学反应系统。膜生物反应器的工作原理是生物反 应器中的活性污泥对污染物进行生物降解，同时由于膜两侧压力差的作用， 水和小于膜孔径的溶液透过膜形成出水，微生物及大分子溶质被膜截留。 膜生物反应器按照其膜组件的放置方式可以分为外置式膜组件和浸没式膜 组件；按照是否需要氧气可以分为厌氧膜生物反应器和好氧膜生物反应器 16。 在膜生物反应器中，膜组件取代了传统活性污泥法中的沉淀池，同时 膜生物反应器实现了水利停留时间和污泥停留时间的分离，保证了反应器 中的活性污泥浓度，能够使废水中有机物的生物降解更彻底17。此外膜生 物反应器还具有处理效率高，出水水质好，排泥周期长，运行管理简单等 优点。mbr 技术实现的水力停留时间和污泥停留时间可分别控制。膜生 物反应器较为重要的单元为膜元件，使用的膜通常为微滤膜或超滤膜。膜 生物反应器由于具有对污染物去除率高，出水水质好且稳定, 剩余污泥少 等优点，是近年来水处理领域的一研究热点。而我国对膜生物反应器污水 处理工艺的研究起步较晚 。 目前，膜生物反应器被广泛应用在生活污水和市政污水的处理上，并 且逐渐被应用在了工业废水的处理上，如制药、制革、食品、化工等行业 的有机废水处理。膜生物反应器的出水一般可用在灌溉、洗涤、环卫等非 饮用功能上。目前膜生物反应器出水也向着高质量回用水方向发展。膜生 物反应器在未来水处理领域将有很强的竞争力。 1.5 本课题研究内容及目的 本课题的研究内容是以生活污水为研究对象，用电絮凝技术与膜生物 反应器相结合的工艺进行处理，同时设计对比实验，研究该工艺对生活污 水主要污染指标（浊度、ph、cod）的去除效果。验证该工艺的优越性。 本课题的研究目的在于应用水处理领域新兴的处理技术和方法，针对 目前生活污水整体处理效果不尽理想的情况，找到一个处理生活污水的新 工艺，解决生活污水处理问题。 1 2 实验材料与方法实验材料与方法 2.1 实验材料 2.1.1 实验用水 本实验的实验用水采用校区外污水处理厂的废水，配制完成后经过测 定，模拟生活污水各项初始指标如表 1 所示。 表 1 模拟生活污水水质初始指标 tab1 the initial indicator of simulation dyeing wastewater (the methylene blue solution) 浊度 ntu氨氮 mgl-1 cod 值 mgl-1 ph 值 98.724.54487.987.51 2.1.2 实验装置 本实验采用自制电絮凝装置和平板式膜生物反应器组成的集成设备。 自制电絮凝装置如图 1 所示，将两块长 10 cm 宽 6 cm 厚 3 mm 的铝片 与 sk1700 系列直流单路可调式稳压电源相接，并配以容积为 18 l 的水桶 承装生活污水。 电絮凝反应原理是铝片在通过直流电条件下分离出铝离子，三价的铝 离子与生活污水中的氢氧根离子反应，生成氢氧化铝沉淀，同时三价的铝 离子具有很好的吸附能力，可以有效的去除生活污水中的污染指标。 al+3eal3+ (2-1) 2h2o+2eh2+2oh- (2-2) 4al+10h2o+o24al(oh)3+4h2 (2-3) 图 1 电絮凝反应设备 fig.1 the electrocoagulation equipment 2 平板式膜生物反应器为三达膜科技（厦门）有限公司生产，型号 tg- 220 型。该设备充分将生物法和膜技术结合，能对废水中的主要污染物进 行有效的处理。 图 2 平板式膜生物反应器 fig.2 the flat type of membrane bioreactor 2.1.3 实验试剂与设备 表 2 实验试剂 tab2 the experiment reagent 试剂名称规格厂家 nh4clar 500g汕头市西陇化工厂有限公司 fe2(so4)3ar 500g汕头市西陇化工厂有限公司 硫酸ar 500g汕头市西陇化工厂有限公司 硫酸银ar 100g汕头市西陇化工厂有限公司 重铬酸钾ar 500g汕头市达濠精细化学品公司 硫酸亚铁铵ar 500g汕头市西陇化工厂有限公司 表 3 实验设备 tab3 the experiment equipment 设备名称规格厂家 平板式膜生物反应器tg-220 型三达膜科技（厦门）有限公司 直流单路可调式稳压电源sk1700 系列上海三科仪器有限公司 微机浊度仪sgz-2p 型上海悦丰仪器仪表有限公司 紫外可见分光光度计725 型上海光谱仪器有限公司 低速离心机sc-2556 型安徽中科中佳科学仪器有限公司 ph 精密酸度计pb-10 型德国赛多利斯 空气压缩机aco-009 型广东海利集团有限公司 电子分析天平yp601n 型上海精密科学仪器有限公司 电子分析天平te124s 型德国赛多利斯 双层铁皮电炉1000w浙江嘉兴市枫桥电热器厂 3 2.2 实验方法 本实验充分利用了实验室现有条件，对活性污泥进行培养和驯化生活 污水，同时设计组装电絮凝设备和平板式膜生物反应器，做小型实验验证 该工艺的可行性。在前期工作准备就绪之后，将生活污水投入电絮凝设备 中进行反应，每间隔一段固定时间取水样进行测定，当水样主要测量指标 趋于稳定时，电絮凝反应终止。随后将电絮凝处理过的生活污水用抽吸泵 抽入已投加活性污泥的平板式膜生物反应器中进行生化反应，每间隔一段 时间取水样进行测定，当水样主要测量指标趋于稳定时，膜生物反应器反 应终止。 设计对比实验，将生活污水不通过电絮凝反应直接进入平板式膜生物 反应器进行处理，对比两个工艺的处理情况差别，从而验证电絮凝技术与 膜生物反应器相结合的优越性。 电絮凝膜生物反应器工艺的最终出水水质指标参照城市污水综合排放 标准一级（gb8978-1996） 。 2.2.1 污泥驯化 污泥驯化开始时将适量干化污泥倒入曝气桶中，并注入适量清水。利 用空气压缩机进行 24 h 不间断曝气，同时取样品测量污泥的 cod 值，发 现污泥 cod 初始值较高。整个污泥驯化过程必须保证曝气不间断，直至 驯化结束。 2.2.2 电絮凝反应阶段 电絮凝反应总历时 180 min，将 10 l 生活污水倒入自制的电絮凝反应 装置中进行反应。通过前期定性实验发现，当恒流稳压电源电压过低时， 电絮凝反应不明显，当横流稳压电源电压过高时，电絮凝反应过于剧烈， 导致絮状物由于气浮作用无法沉降，影响效果。最终确定本次实验时恒流 稳压电源电压控制在 10 v。反应期间每隔 20 min 对废水进行采样，测量 水样的浊度、氨氮、cod 值和 ph 值。 2.2.3 膜生物反应器反应阶段 通过电絮凝反应处理的生活污水用抽吸泵导入平板式膜生物反应器中 继续反应，膜生物反应器反应阶段采用序批式进水方式，控制曝气量为 1 l/min。膜生物反应器反应阶段总历时 24 h，每隔相应反应时间，通过蠕 动泵抽吸出水测量出水的浊度、氨氮、cod 和 ph 值。 2.2.4 对比实验 电絮凝膜生物反应器工艺同时，设计一个对比实验。在处理水样和反 应条件相同的情况下，单独应用平板式膜生物反应器对生活污水进行处理， 4 测量浊度、氨氮、cod 和 ph 值，对比分析两个工艺的处理效果差异。 2.3 分析项目及方法 2.3.1 cod 的测量 本实验 cod 的测量采用重铬酸钾氧化法。取 20.00 ml 水样，加入 10.00ml 重铬酸钾标准溶液和沸石，加入 30 ml 硫酸-硫酸银溶液，加热 回流 2 h，冷却后加 90 ml 蒸馏水和三滴试亚铁灵指示剂，用硫酸亚铁铵 标准溶液滴定。 标定准确吸取 10.00ml 重铬酸钾标准溶液于 500 ml 锥形瓶中，加水 稀释至 110 ml 左右，缓慢加入 30 ml 浓硫酸，摇匀，冷却后加入 3 滴试 亚铁灵指示液（约 0.15 ml），用硫酸亚铁铵溶液滴定，溶液的颜色由黄 色经蓝绿色至红褐色即为终点。 测定水样中加如一定量的重铬酸钾和催化剂硫酸银，在强酸性介质中 加热回流 2h 冷却后，用 90.00ml 水冲洗冷凝管壁，取下锥形瓶。溶液再 度冷却后，加 3 滴试亚铁灵指示液，用硫酸亚铁铵标准溶液滴定，溶液的 颜色由黄色经蓝绿色至红褐色即为终点，记录硫酸亚铁铵标准溶液的用量。 测定水样的同时，取 20.00 ml 重蒸馏水，按同样操作步骤作空白实验.记 录滴定空白时硫酸亚铁铵标准溶液的用量。 原理：在强酸性溶液中，准确加入过量的重铬酸钾标准溶液，加热回 流，将水样中还原性物质（主要是有机物）氧化，过量的重铬酸钾以试亚 铁灵作指示剂，用硫酸亚铁铵标准溶液回滴，根据所消耗的重铬酸钾标准 溶液计算水样化学需氧量。 (2-4)v/00.102500 . 0 c 式中：c硫酸亚铁铵标准溶液的溶度 mgl-1 v硫酸亚铁铵标准溶液的用量 ml (2-5)vcvvlmgocod/10008)()/,( 102 式中：c硫酸亚铁铵标准溶液的溶度，mgl-1 v0滴定空白时硫酸亚铁铵标准溶液用量，ml v1滴定水样时硫酸亚铁铵标准溶液的用量，ml v水样的体积，ml 5 8氧（1/20）摩尔质量，gmol-1 2.3.2 浊度的测量 本实验浊度的测量采用 sgz-2p 型微机浊度仪测量。 (2-6)%100/ )( 010 bbb 式中：浊度去除率，% b0初始浊度，ntu b1测定浊度，ntu 2.3.3 ph 值的测量 本实验 ph 的测量采用 pb-10 型 ph 精密酸度计测量。 6 3 结果分析与讨论 3.1 运行效果及分析讨论 整个过程开始于 2011 年 12 月 20 日，结束于 2012 年 1 月 05 日，经 过污泥驯化。并且进行活性污泥法处理的对照试验，测定出水的 cod、ph 值和浊度的变化，以确定生活污水中浊度、氨氮和 cod 的去除 效果。 3.2 电絮凝反应阶段 3.2.1 浊度的去除效果 生活污水的初始浊度为 98.7 ntu，在电絮凝装置中的反应过程中， 如图 3 所示，随着反应的进行生活污水的浊度下降明显，当反应时间到达 80 min 后生活污水的浊度在 2.42 ntu 上下变化，但基本趋于稳定。电絮 凝反应阶段对生活污水浊度的去除效果显著，去除率可达到 96 %以上。 图 3 0.00 20.00 40.00 60.00 80.00 100.00 120.00 020406080100120140160180 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 时间/min 浊度/ntu 去除率/% 浊度 去除率 电絮凝反应对浊度的去除效果 fig.3 the removal effect of turbidity by electrocoagulation reaction 3.2.2 氨氮的去除效果 7 生活污水初始氨氮为 24.54 mgl-1，如图 4 所示随着电絮凝反应的进 行生活污水的氨氮有所上升，但是下降幅度不大，当电絮凝反应时间达到 120 min 后，氨氮基本趋于稳定。电絮凝反应对生活污水的氨氮去除效果 并不显著，去除率只有 5.1 %左右。 024.540 2035.370.5021 4031.781.7167 6040.142.0008 8038.313.6509 10035.34.9385 12027.344.7239 14032.2995.2947 16037.2985.1531 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 氨氮含量/mgl-1 图 4 电絮凝反应对氨氮的去除效果 fig.4 the removal effect of ammonia nitrogen by electrocoagulation reaction 3.2.3 cod 的去除效果 生活污水的初始 cod 值为 487.9 mgl-1，在电絮凝反应过程中，如图 5 所示随着反应的进行，生活污水的 cod 值不断下降，当反应时间达到 80 min 后 cod 值基本趋于稳定，在小范围内波动。电絮凝反应对生活污 水的去除效率在 50 %左右。 图 5 7.4 7.5 7.6 7.7 7.8 7.9 8 020406080100120140160180 时间/min ph ph 8 电絮凝反应对 cod 的去除效果 fig.5 the removal effect of cod by electrocoagulation reaction 3.2.4 ph 值的变化 如图 6 所示，随着电絮凝反应的进行，生活污水的 ph 值呈现缓慢上 升的总趋势，在部分时间段内有略微波动。生活污水的 ph 值从初始的 7.51 上升至 7.64 左右。ph 值的总体变化趋势为上升过程，原因是由于随 着反应进行电解作用产生 oh-，oh-与 al3+结合生成氢氧化铝，氢氧化铝 有很强的吸附功能，随着反应的不断进行，大量的 oh-累积，从而导致 ph 值上升。 7.4 7.5 7.6 7.7 7.8 7.9 8 020406080100120140160180 时间/min ph ph 图 6 电絮凝反应对 ph 值的影响 fig.6the impact on ph by electrocoagulation reaction 3.3 膜生物反应阶段 3.3.1 浊度的去除效果 如图 7 所示，在膜生物反应器反应初期生活污水出水浊度不稳定，上 下波动，但是从实际波动范围来看波动程度不大。当反应时间达到 500 min 后，生活污水出水浊度逐渐趋于稳定。当反应时间达到 2 h 时膜生物 反应器最终出水浊度为 0.32 ntu，膜生物反应器对生活污水浊度的去除 效果显著，去除率达到 98 %以上。 9 图 0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 0200400600800100012001400 0 20 40 60 80 100 120 时间/min 浊度/ntu 去除率/% 浊度去除率 8 膜生物反应器反应对浊度的去除效果 fig.8 the removal effect of turbidity by membrane bioreactor reaction 3.3.2 氨氮的去除效果 通过电絮凝反应的生活污水出水氨氮为 37.29 mgl-1，如图 9 所示膜 生物反应器对生活污水的氨氮去除效果明显，在反应的前 500 min 里采样 点出水氨氮有明显下降，500 min 后氨氮基本没有明显变化，逐渐趋于稳 定。膜生物反应器对生活污水氨氮去除率达到 99 %以上。 10 图 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 0100200300400500600 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 时间/min 氨氮含量/mgl-1 去除率/% 氨氮含量 去除率 7 膜生物反应器反应对氨氮的去除效果 fig.7 the removal effect of chroma by membrane bioreactor reaction 3.3.3 cod 的去除效果 通过电絮凝反应的生活污水出水 cod 值为 252.13 mgl-1，与原水样 相比有所下降，但远远达不到城市污水排放标准一级。如图 8 所示，膜生 物反应器对生活污水 cod 的去除效果显著，在反应的前 600 min，cod 值下降明显，600 min 后 cod 值基本趋于稳定。膜生物反应器对生活污水 的 cod 去除率可以达到 95 %以上。 11 0 50 100 150 200 250 300 0200400600800100012001400 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 时间/min cod/mgl-1 去除率/% cod去除率 图 8 膜生物反应器反应对 cod 的去除效果 fig.8 the removal effect of cod by membrane bioreactor reaction 3.3.4 ph 值的变化 如图 9 所示，生活污水在膜生物反应器中 ph 值基本在 7.1 到 7.98 之 间稳定波动。 6.6 6.8 7 7.2 7.4 7.6 7.8 8 8.2 -100100300500700900110013001500 时间/min ph ph 图 9 膜生物反应器反应对 ph 值的影响 fig.9 the impact on ph by membrane bioreactor reaction 12 3.4 对比试验 3.4.1 浊度的去除效果 如图 10 所示，在反应条件相同的情况下，单独使用平板式膜生物反 应器处理生活污水，对溶液浊度的去除效果明显，在反应的前 600 min 内 能够对生活污水浊度起到明显的去除效果，去除率可以达到 95 %以上。 600 min 后的反应时间内浊度基本趋于稳定。但是通过对比可以看出，在 浊度的去除率上电絮凝技术与膜生物反应器相结合的工艺还是更高，效果 更好。 0.00 20.00 40.00 60.00 80.00 100.00 120.00 0200400600800100012001400 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 时间/min 浊度/ntu 去除率/% 浊度 去除率 图 10 对比实验对浊度的去除效果 fig.10 the removal effect of turbidity by contrast test 3.4.2 氨氮的去除效果 如图 11 所示，单独通过平板式膜生物反应器的生活污水，在反应条 件相同情况下氨氮去除率在左右，虽然去除效果明显，但对比于电絮凝膜 生物反应器相结合的工艺来看，其去除效果在以上。 13 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 0200400600800100012001400 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 时间/min 氨氮含量/mg/l 去除率/% 氨氮含量 去除率 图 11 对比实验对氨氮的去除效果 fig.11the removal effect of ammonia nitrogen by contrast test 3.4.3 cod 的去除效果 如图 12 所示，单独使用平板式膜生物反应器处理生活污水，cod 的 去除效果比较明显，在反应的前 390 min 内能够对 cod 进行有效的去除， 去除率在 80 %左右。通过对比可以看出，电絮凝膜生物反应器工艺对生 活污水的 cod 去除率在 97 %左右。 14 0 50 100 150 200 250 300 0200400600800100012001400 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 时间/min cod/（mg/l） 去除率/% cod去除率 图 12 对比实验对 cod 的去除效果 fig.12 the removal effect of cod by contrast test 15 4 实验结论 （1） 经过实验验证，电絮凝技术和膜生物反应器相结合的工艺对生 活污水的处理效果显著。该工艺能够有效地去除生活污水中的主要污染指 标，如浊度、氨氮和 cod。与单独使用膜生物反应器处理生活污水相比， 在浊度、氨氮和 cod 指标的去除率上更高，效果更好。 （2）从整个工艺效果分析，该工艺的处理效果良好。该工艺处理效 果能够达到城市污水综合排放标准对浊度、氨氮、cod 和 ph 值的要求。 在与单独使用平板式膜生物反应器进行处理的工艺对比中可以看出该工艺 的优越性。 （3）电絮凝反应对生活污水的浊度去除效果显著，出水与原水相比 浊度明显降低，基本达到澄清，去除率在 96 %。电絮凝对生活污水 cod 有一定去除效果，但远远不能达到城市污染综合排放标准。 膜生物反应器对经过电絮凝反应的出水进行进一步处理。同时膜生物 反应器对生活污水的 cod 去除效果明显，去除率到达 95 %以上。膜生物 反应器反应对经过电絮凝反应的出水浊度有进一步去除效果。 （4）电絮凝技术能够有效的去除废水中的浊度，能够减小膜污染， 提高膜生物反应器的处理效果。 （5） 从整个工艺流程来看，污泥培养和驯化是膜生物反应器发挥处 理作用的关键，电絮凝反应过程确定合适的电压值是关键，过大或过小的 电压都不能形成絮凝作用。 （6） 电絮凝的加入可以提高污泥活性，降低污泥粘度、平均粒径 以及上清液中的有机物浓度。 （7） 电絮凝的加入在一定程度上延缓了膜污染的发生，使反应器能 够长时间稳定运行。 16 致谢语 17 参考文献 1 gutierrez mc, crespi m.a review of electrochemical treatments for colour eliminationj. j soc dyers colourists, 1999, 115(9): 342-345. 2 乐波,麻敏华,陶媛等. 直流电絮凝法处理印染废水的研究j. 高压电技术, 2005, 31(10): 49-51. 3 唐亮, 左玉辉. 我国小城镇污染控制战略的思考. 重庆环境科学, 1998, 20(5): 9-13. 4 陈永勇, 愈伟波. 杨伯起. 常规废水生物处理方法优缺点比较及生物处理技术新 进展. 环境科学与技术, 1998, (4): 10-13. 5 stephenson. t., judds., jefferson b., et a1. membrane bioreactors for wastewater treatment. iwa pubilshing. london,