（市政工程专业论文）移动床生物膜同步硝化反硝化生物脱氮的研究.pdf

摘要 摘要 移动床生物膜反应器( m b 8 r ) 是在生物滤池和流化床的王艺基础上发展起 来的，是近年来颇受重视的一种革新型生物膜反应器。它既具有传统生物膜法耐 冲击负荷、泥龄长、剩余污泥量少的特点，又其有活性污泥法的高效性和运转灵 活性，而且克服了两者的缺点。同步硝化反硝化( s n d ) 与传统的生物脱氮技术 相比，节省能耗，减少碳源的投加，可大大降低运行费用，具有很大发展前途。 本试验首先选用了聚乙烯圆柱形填料为m b b r 的载体，通过在不同填充率 下的静态清永试验，观察了在相应曝气强度下的填料流仡状态，测定其充氧性麓， 最终得出填料的最佳填充率为5 0 。 接着通过生物膜的连续进水和间歇进水的对比培养及改变运行参数方式来 在m b b r 内获得良好脱氮性能的生物膜。结果表明：连续式进水培养的生物膜 在两个月左右的c o d 去除率将达到7 0 左右，氨氮的去除率在3 0 左右；阆歇 式进水培养的生物膜在一个月左右的c o d 去除率能达到将近6 0 ，氨氮去除率 在9 0 左右。并且发现h r t 对生物膜的培养有很大的影响，过短的和过长的h r t 不利于生物膜的培养，本试验条徉下得出培养生物膜的最佳h r t 在强左右。在 显微镜下能观测到生物膜上的生物相十分丰富，时常出现累枝虫属、钟虫等，这 表明本试验条件下的进水负荷是适中的。 再接着在确定的曝气量下通过控制进水量来调整h r t ，戳研究h r t 对 m b b r 同步硝化反硝化的影响。研究结果表明：移动床生物膜反应器的c o d 、 氨氮和 i n 的去除率随h r t 的增大而提高，且氨氮和t n 去除率的效果更为明显； 僵h r t 过高时，细菌得不到足够的营养部分死亡，污泥浓度下降，破坏了系统 孛的硝化反硝化的环境，同样使得脱氮效果下降。在实际工程中，延长水力停留 时间，反应器的容积将会增大，基建投资就会增加。本实验得出保证有机物去除 和脱氮效果最佳的h r t 为1 4 h 。 然后在确定的h r t 下通过控制进气量大小来研究曝气量对m b b r 同步硝化 反硝化的影响。研究结果表明：一方面是曝气量控制了反应器内水的d o ，从而 影响c o d 、氨氮和t n 的去除率，c o d 、氨氮和t n 去除率随曝气量的减小而 降低，氨氮和t n 去除率的效果更为明显。另一方面是曝气量的大小决定了水力 剪切作用的强弱，丽水力剪切作用是决定生物膜浓度与新1 日更替的重要因素，因 此曝气量对移动床生物膜反应器内填料上的生物膜的生长和脱落又很大的影响。 本试验中在曝气量增加为1 2 0 i j h 时，观察到大量的生物膜的脱落现象。在本实 验条件下得出最佳豹曝气量为1 0 0 l & 。 一l 一 托京工、| p 大学工学硕七学位论文 量黑爱舅量量囊鼍曼曼量嬲篁曼量菖燃曼曼曼寰黑曼曼量黑鼍曼曼皇嬲皇曼曼皇黑曼曼曼曼i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i 拦曼鲁曼嬲鼍皇曩 最后，得出在本实验条件下移动床生物膜反应器最佳运行工况是： 嚣糊降l 镛，曝气量为1 0 0 l h ，d o 在4 5 m g l 左右。此时，c o d 去除率为8 3 5 3 ， 氨氮去除率为7 8 5 1 ，t n 去除率为6 2 8 9 。 关键词：移动床生物膜反应器；同步硝化反硝化；生物脱氮；污水 a b s t r a c t a b s t r a c t m b b rw a sd e v e l o p e di nt h eb i o f i l t e ra n di nf l u i db e d sc r a f tf o u n d a t i o n , w h i c h w a so n e 虹i l do fi n n o v a t i o nb i o m e r n b r a n er e a c t o rw h i c hr e c e i v e dv e r ym u c ht a k e s s e r i o u s l yi nt h er e c e n ty e a r s i th a dn o to n l ym a n yc h a r a c t e r i s t i c so ft h et r a d i t i o n a l b i o l o g ym e m b r a n em e t h o dt ob e a rt h ei m p a c tl o a d 、s l u d g ea g el o n g e r 、f e we x c e s s s l u d g eq u a n t i t y , b u ta l s oh a sa c t i v es l u d g em e t h o dh i g h l ye f f e c t i v ea n dt h er e v o l u t i o n f l e x i b i l i t y , a n dh a do v e r c o m et h e i rs h o r t c o m i n g s s i m u l t a n e o u sn i t r i f i c a t i o na n d d e n i t r i f i c a t i o n ( s n d ) ，c o m p a r e dt h e t r a d i t i o n a l b i o l o 孚c a ld e n i t r o g e n a t i o n t e c h n o l o g y ，s a v e dt h ee n e r g yc o n s u m p t i o n ，r e d u c e dc a r b o ns o u r c et h r o w i n g , r e d u c e dt h eo p e r a t i n gc o s tg r e a t l y , h a st h ev e r yb i gc a r e e rd e v e l o p m e n t t h ef i r s t l ys e l e c t e dc a r r i e rw a sh i sp o l y e t h y l e n ec y l i n d e r p a d d i n gi n t h e e x p e r i m e n t t h r o u g hi nd i f f e r e n tp a c k i n gr a t eu n d e rs t a t i cc l e a rw a t e re x p e r i m e n o b s e r v e dp a d d i n gf l u i d i z a t i o nc o n d i t i o nu n d e rt h ec o r r e s p o n d i n ga e r a t i o ni n t e n s i t y , t h ee x p e r i m e n to b t a i n e df i n a l l yt h ep a d d i n gt h eb e s tp a c k i n gr a t ew h i c hw a s5 0 t h e nc o n t r a s tr a i s i n gb i o m e m b r a n et h r o u g he n t e r i n gw a t e rc o n t i n u o u s l ya n d i n t e r m i t t e n c ee n t e r i n gw a t e ra n dc h a n g eo p e r a t i o n a lf a c t o rw a y s ，w ew o u l do b t a i nh e 9 0 0 dd e n i t r o g e n a t i o np e r f o r m a n c et h eb i o m e m b r a n ei nt h em b b r t h er e s u l t i n d i c a t e d ：t h ec o n t i n u o u st y p ew i l lc u l t u r eb i o m e m b r a n ew h i c hc o de l i m i n a t i o nr a t e a c h i e v e st oa b o u t7 0 a b o u tt w om o n t h s n 臻+ ne l i m i n a t i o nr a t ea b o u t3 0 i k i n t e r m i t t e n c et y p ew i l lc u l t u r eb i o m e m b r a n ew h i c hc o de l i m i n a t i o nr a t ea c h i e v e st o a b o u t 6 0 a b o u tt w om o n t h s n t t , l ne l i m i n a t i o nr a t ea c h i e v e st oa b o u t 9 0 a n d d i s c o v e r i n gt h a th r t h a st h ev e r yt r e m e n d o u si n f l u e n c et ot h eb i o m e m b m u er a i s e a n de x c e s s i v e l ys h o r ta n de x c e s s i v e l yl o n gh r td o e sn o tf a v o rt h er a i s eo f b i o m e m b r a n e , w eo b t a i n st h er a i s eb i o m e m b r a n eb e s th r ta b o u t5 hu n d e rt h i s e x p e r i m e n tc o n d i t i o n w ec a no b s e r v ei nt h eb i o m e m b r a n eu n d e rt h em i c r o s c o l et h e b i o f a c i e st ob ev e r yr i c h , o f t e nd i s c o v e r e de p i s t y l i s 、v o r t i c e l l aa n ds oo n ，t h el o a d i sm o d e r a t eu n d e rt h i se x p e r i m e n tc o n d i t i o n 。 t h e nt h i se x p e r i m e n ta d j u s t e dh r ta g a i nu n d e rt h ed e f i n i t ea e r a t i o nq u a n t i t y t h r o u g ht h ec o n t r o la m o u n to fw a t e ri n t a k e ，a n ds t u d i e di n f l u e n c e so fh r t t om b b r a b o u ts i m u l t a n e o u sn i t r i f i c a t i o na n dd e n i t r i f i c a t i o n , 羽锵r e s u l ti n d i c a t e d ：t h e 北京工碡羹大学工学硕士学位论文 量曼麓, , , i i i 一i i , i i i i i i i i i i i i i i , i ii i 嬲邕量量黑糕鼍 e l i m i n a t i o nr a t e so fc o d 、n i - l - na n d ini n c r e a s ea l o n gw i t hh r te n h a n c e si nt h e m b b r t h ee l i m i n a t i o nr a t ee f f e c t so fn h 4 * - na n dt ni sm o r eo b v i o u s ；b u tw h e nt h e h r ti se x c e s s i v e l yh i g h , t h eb a c t e r i u me a r m o to b t a i nt h ee n o u g hn u t r i t i o np a r tt od i e , a n dt h es l u d g ed e n s i t yd r o p s ，a n di td e s t r o y e di ns y s t e m sn i t r a t i o nd e n i t r i f i c a t i o n e n v i r o n m e n t ，a n di ts i m i l a r l yc a u s e st h ed e n i t r o g e n a t i o ne f f e c t t od r o p i na c t u a l p r o j e c t ，e x t e n s i o no f h r tw i l li n c r e a s er e a c t o r sv o l u m ea n di n i t i a lc o s t t h e nt h i se x p e r i m e n tr e s e a r c hi n f l u e n c eo fa e r a t i o nq u a n t i t yt om b b ra b o u t s i m u l t a n e o u sn i t r i f i c a t i o na n dd e n i t r i f i c a t i o n ，u n d e rd e f i n i t eh r tt h r o u g hc o n t r o l i n s o l a t i o ns p i r i ts i z e t h er e s u l ti n d i c a t e d ：o nt h eo n eh a n dw a st h ea e r a t i o nq u a n t i t y h a sc o n t r o l l e dd oo fr e a c t o rd o m e s t i cw a t e r st h u si n f l u e n c ee l i m i n a t i o nr a t eo f c o d 、n r t ：一na n dt n ，s ot h ee l i m i n a t i o nr a t e so fc o d 、n il , + - na n dt nr e d u c ea l o n g 、析t ht h ea e r a t i o nq u a n t i t yr e d u c e s a n dt h ee l i m i n a t i o nr a t ee f f e c t so fn h 4 + - na n dt ni s m o r eo b v i o u s o nt h eo t h e rh a n dw a st h ea e r a t i o nq u a n t i t ys i z eh a sd e c i d e dt h ew a t e r p o w e rs h e a ra c t i o ns t r o n ga n dt h ew e a k , b u tt h ew a t e rp o w e rs h e a ra c t i o ni si m p o r t a n t a t t r i b u t ew h i c hd e c i d e st h eb i o m e m b r a n ed e n s i t ya n dt h en e wo l dc h a n g e , t h e r e f o r e t h ea e r a t i o nq u a n t i t yt a k ev e r yt r e m e n d o u si n f l u e n c et om b b ro nt h ep a d d i n g b i o m e m b r a n eg r o w t ha n df a l l so f f w h e nt h ea e r a t i o nq u a n t i t yi n c r e a s e si s12 0 i ai n t h i s e x p e r i m e n t , w eo b s e r v e d t h e p h e n o m e n o n o ft h e f a l l i n g o f fm a s s i v e b i o m e m b r a n e s w eo b t a i n st h eb e s ta e r a t i o nq u a n t i t yu n d e rt h i se x p e r i m e n t a l c o n d i t i o ni s10 0 l m f i n a l l y , w eo b t a i nb e s to p e r a t i n gc o n d i t i o nu n d e rt h i se x p e r i m e n t a lc o n d i t i o ni n t h em b b ri s ：h r l p l 4 h ，a n dt h ea e r a t i o nq u a n t i t yi sl o o l h ，d oi sa b o u t4 5 m g l 。 t h es a m et i m e ，t h ee l i m i n a t i o nr a t eo fc o di s8 3 5 3 ，t h ee l i m i n a t i o nr a t eo fn i 屯 - n i st h e7 8 5 1 e l i m i n a t i o nr a t eo f t ni s6 2 8 9 k e y w o r d s ：m o v i n g b e db i o f i l mr e a c t o r ；s i m u l t a n e o u sn i t r i f i c a t i o na n d d e n i t r i f i c a t i o n ；b i o d e n i t r o g e n a t i o n ；s e w a g e i v 独创性声明 本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研 究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他 人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得j 壁塞王些太堂或其它教育机构 的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均 已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 签名：龀龃日期：迹 关于论文使用授权的说明 本人完全了解j 量塞王些太堂有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权 保留送交论文的复印件，允许论文被查阅和借阅；学校可以公布论文的全部或部 分内容，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。 ( 保密的论文在解密后应遵守此规定) 第1 章绪论 曼躺篁暑宣鳓i i i i i i i ii i i i i i ii i i i i i i i i ii i i i i i i i i i i i i i i i i 鼍皇l 第1 章绪论 水是生命之源，是人类文明不断发展的基础条件，是社会持续发展的重要支 柱之一然而，随着科学技术的不断进步，正业文明的迅猛发展，人口的持续增 长，人类面临着严重的水危机，具体表现为严重的水资源短缺和永环境污染。我 国是一个水资源极为匾乏的国家，入均水资源占有量只有2 1 6 3m 3 ，为世界人均 量的l 4 ，在世界银行统计的1 5 3 个国家中只居第8 8 位，并被联合国列为1 3 个 水资源贫乏的国家之一疆】。同时由于我困仍处于工业化稳步推进的社会发展阶段， 2 0 0 2 年，全国工业和城镇生活废水排放总量为4 3 9 。5 亿吨，其中工业废水排放量 2 0 7 2 亿吨，城镇生活污水排放量2 3 2 3 亿吨。废水中化学需氧量c o d 排放总量 1 3 6 6 9 万吨，其中工业废水中c o d 排放量5 8 4 0 万吨，城镇生活污水中c o d 排 放量7 8 2 9 万吨闭。全国2 3 的湖泊受到不网程度的富营养化污染危害，七大水 系( 海河、辽河、黄河、淮河、松花江、长江、珠江) 6 3 的河段因受到不同程度 的污染而失去了饮用水功能【3 】。 污水中的污染物种类繁多，但是以有机污染物为主，一般都采用生物处理法 予以去除。在污水的生物处理工艺中，主要是活性污泥法和生物膜法。活性污泥 法是当今世界范围内应用最广的一种生物处理工艺，具有处理能力高、出水水质 好等优点，但传统活性污泥法存在基建与运行费篇较高、能耗较大、管理操作复 杂、污泥产量大、易出现污泥膨胀和污泥上浮等问题，对n ，p 等营养物质去除能 力有限、抗毒性物质和冲击负荷能力差等缺点。生物膜法作为与活性污泥法平行 发展起来的生物处理工艺，不仅能替代传统活性污泥法用于各种污水的处理，更 是具有一些独特的优点，如运行负荷嵩、抗毒性和冲击负荷、污泥产量低、运行 稳定、更经济节能、无污泥膨胀闯题、可以实现硝化反硝化以及能够封闭运行防 止臭味等优点，受到了广大研究者和污水工程师们的极大关注。 。 生物膜法废水处理的基本原理及特点 - 1 1 1 生物膜的形成机理 根据c h a r a c k l i s 4 和h e i j 建。0 5 】等的研究，认为生物膜的累积形成是物理、化 学和生物过程综合作用的结果，经历如下几个过程： ( 1 ) 有机物分子从水相中向载体表面运送，其中部分被吸附在载体的表面从而 形成了改性的载体； ( 2 ) 水中悬浮生长的微生物细胞被传送到改性的载体表面，其中部分微生物 托京工业大学工学硕七学位论文 细胞在吸附段时间后因为水力剪切或者其它物理、化学和生物作用又被解吸出 来，蔼剩下的一部分刘被成了不可解吸的微生物细胞面停留在载体上； ( 3 ) 这部分不可解吸的微生物细胞摄取并消耗水中的有机底物，实现自身增殖 生长，同时细胞产生大量的胞外聚合物，这些聚合物进一步将微生物细胞紧紧地 结合在一起形成生物膜，微生物缁胞不断地消耗水中底物进行新陈代谢时便使得 生物膜不断累积增厚； ( 4 ) 在生物膜累积的同时，由于水力剪切及其它作用，不断向水体中释放出游 离的微生物细胞。由此可见，认为微生物在载体表面上固定化形成生物膜的过程 是一个动态的过程，受吸附、生长、脱落的影响湖。 1 1 。2 生物膜法的污水处理基本原理 生物膜是高度亲水的物质，在污水不断在其表面更新的条件下，其终侧总是 存在着一层附着水膜，相对于外侧运动着的水流，水膜是静止的。生物膜又是微 生物高度密集的物质，在膜的表面和一定深度的内部生长繁殖着大量的各种类型 的微生物和微型动物，并形成水中污染物一细菌一原生动物( 后生动物) 的食物 链。水流中的污染物可被生物膜氧化。由于水膜中污染物浓度比流动水层中的低， 于是流动水层中的污染物可通过水流的紊动和浓度差扩散作用进入水膜中，并进 一步扩散到生物膜中去，不断被生物膜吸附、吸收和降解。同时，空气中的氧不 断溶入水中，通过流动水层和水膜进入生物膜，被微生物用来氧化污染物和进行 本身的新陈代谢。微生物在分解污染物的过程中，本身不断增殖，使生物膜不断 变厚，传递进来的氧很快被表层微生物消耗掉，生物膜的内层得不到氧的供应， 使厌氧微生物在生物膜的内侧大量滋长，形成厌氧层，丽污染物的分解主要依靠 好氧层的作用。微生物的代谢产物如水、二氧化碳、氨以及其他无机盐则沿相反 方向，从生物膜经过水膜进入流动水层或空气中。当生物膜的厚度不大时，好氧 层与厌氧层之闻可以维持平衡关系，厌氧层产生的代谢产物如有机酸、醇类、硫 化氢等在透过好氧层时，可被进一步降解除去，取得满意的出水水质。但当厌氧 层逐渐加厚，厌氧层的代谢产物憎多，特别是气态产物不断逸出，削弱了生物膜 的固着力，这时的生物膜称为老化了的生物膜，很容易从载体或填料上脱落下来。 同时，在原来的位置又生长出耨的生物膜f 卜9 】。 1 1 3 生物膜法的特点 与微生物悬浮生长的活性污泥法相比，生物膜法具有如下几个方面的特点唑 ( 1 ) 微生物相多样化，生物的食物链长，并能存活世代时间较长的微生物。由 一2 一 第1 章绪论 于生物膜上的微生物没有像活性污泥法中的悬浮生长微生物那样承受强烈的曝 气搅拌冲击，生物膜反应器为微生物的繁衍、增殖及生长栖息创造了安稳的环境， 除了大量细菌生长外，还可能出现大量真菌( 丝状菌) 、线虫类、轮虫类及寡毛虫 类，故生物膜上能够栖息高次水平的生物，可以在生物膜上能形成较长的食物链。 又由于生物膜附着生长在固体填料上，其生物固体平均停留时间( 即污泥龄) 较长， 因此在生物膜上能够生长世代时间较长、增长速度慢的微生物，如硝化菌等。 ( 2 ) 微生物量多，处理能力大，净化功能显著提高。由于微生物附着生长并使 生物膜具有较少的含水率，单位反应器容积内的生物量可高达活性污泥法的5 - - - 2 0 倍，因而生物膜反应器具有较大的处理能力。又由于有世代时间较长的硝化菌生 长繁殖，生物膜反应器不仅能有效的去除有机污染物，而且更具有一定的硝化功 能，因而其净化功能显著提高。 ( 3 ) 污泥沉降性能良好，易于固液分离；剩余污泥产量少，降低污泥除去与处 置费用。由生物膜上脱落下来的污泥，因所含动物成分多且比重较大使得污泥颗 粒个体较大，因而具有良好的污泥沉降性能，易于固液分离。在生物膜中，因较 多栖息着高次营养水平的生物、食物链较长，因而剩余污泥量明显减少，特别是 在生物膜较厚时，底部厌氧层的厌氧菌能够降解好氧过程合成的剩余污泥，从而 使总的剩余污泥量大大减少，因而可减轻污泥处理与处置的费用。 ( 4 ) 耐冲击负荷，对水质、水量变动具有较强的适应性，并能处理低浓度的污 水。生物膜反应器受水质、水量变化而引起的有机负荷和水力负荷波动的影响较 小，即或有一段时间中断进水或工艺遭到破环，反应器的性能亦不会受到致命的 影响，恢复起来也较快。再有，生物膜反应器系统可处理进水b o d 5 低子 5 0 6 0 m g l 的污水，使其出水b o d 5 低至5 1 0 m g l ，这点是活性污泥法无可比 拟的。 ( 5 ) 易于运行管理，减少污泥膨胀问题。生物膜反应器具有较高的生物量，一 般不需要污泥回流，因而不需要经常调整反应器内污泥和剩余污泥排放量，易于 运行的维护和管理。另外，生物膜反应器由于微生物附着生长，即使丝状菌大量 繁殖，也不会导致污泥膨胀，相反还可以利用丝状菌较强的分解氧化能力，提高 处理效果。 除上面所述的生物膜反应器的好的特点外，它也存在着不足，如需要较多的 填料和支撑结构，在不少情况下基建投资超过活性污泥法；出水常常携带较大的 脱落的生物膜片，大量非活性细小悬浮物分散水中使处理水的澄清度降低；厌氧 生物膜反应器启动需使较长的时间且处理出水往往达不到排放标准等。但综合比 较起来，生物膜反应器还是有着活性污泥法等其他处理工艺不可代替的优势。 北京工业大学工学硕士学位论文 鼎篁曼罾曼嬲曼曼曼黑葛曼曼皇嬲曼曼曼舅粤置曼鼍黑鼍曼曼曼黑曼曼笪i i i i i i 嬲曼寡曼烹粤曼曼曼黑寰曼! 篡舞皇曼曼黑置曼曼舅黑笪曼量甍麓曼曼曼躺鼍量_ 1 2 生物膜反应器 如前面所述，只要有污染物存在于水体，就会滋生和繁衍大量的以细菌为主 体的微生物，在合适的条件下就能在载体的表面形成生物膜并通过其自身的新陈 代谢作用从而对污染物进行分解【潮。实际中，生物膜广泛存在予自然中任何能存 活微生物的地方。从广义上来说，只要是在水处理工艺中将附着微生物的载体弓l 入反应器的工艺均可以称为生物膜反应器【l l 】。 1 2 1 生物膜反应器的发展沿革和趋势 在1 8 9 3 年，英困进行将污水在粗滤料上喷洒进行净化实验取得了良好的净 化效果，作为生物膜反应器的生物滤池开始闻世，从此膜生物开始用于污水处理。 在2 0 世纪2 0 - 3 0 年代，建造了许多生物膜反应器系统，其主要形式就是生 物滤池。与活性污泥法相比，生物滤池具有生物量高和净化效果较好等优点，但 由于其水力负荷和b o d 5 负荷均较低、环境卫生条件也较差、处理构筑物占地面 积较入显有可能被脱落酶生物膜堵塞等缺点， 在4 0 5 0 年代生物滤池有被活性污泥法取代的趋势。主要原因是在此期间， 作为生物膜反应器的生物滤池的填料主要是碎石、卵石、炉渣和焦炭等无机的天 然材料，一般都具有比表露积小帮空隙率低等缺陷。 在6 0 年代，新型有机人工合成填料开始人量生产，改善了原有填料比表西 积小和空隙率低等的不足。再加上环境保护对水质要求的进一步提高，生物膜反 应器获得了新的发展。 在钧年代，除了普通生物滤池外，生物转盘、淹没式生物滤池和生物流化 技术也得到了比较多的研究和应用。 近年来，生物膜反应器以其独特的优势受到更广大研究者和工程师的关注， 涌现了一大批新型的生物膜反应器，如膜生物反应器、气提式生物膜反应器、移 动床生物膜反应器、附着生长稳定塘以及复合式活性污泥生物膜反应器。研究内 容涉及到生物膜载体的开发与改良、微生物固定机理与技术、生物膜增长规律、 生物膜的传质特性、对有机物的去除及基质去除动力学等等方面。 今后，生物膜反应器的研究将更趋向予进一步探讨微生物在载体表面的固定 机理，开发具有生物亲和性的生物膜载体和工程实际中普遍使用的微生物固定技 术，优化生物膜机构及各种反应器工艺参数。进一步使各种膜反应器系统的净化 功笺更为广谱高效，使其净化功能进步掇高。深入研究生物膜微生物的增长规 律及底物去除动力学和生物膜微生物的能量代谢机制，建立生物膜内各种基质变 化的动力学模型。同时生物膜反应器更是朝着节能和臼动化控制方向发展。 第1 章绪论 1 2 2 生物膜反应器的分类 生物膜反应器，根据载体的流动状态可以分为固定床和流动床，根据是否有 氧气的参与可分必好氧生物膜反应器和厌氧生物膜反应器。下表将生物膜反应器 进行了概括性的划分。 困 翊对于同步硝化反磷亿的作用 从理论上来分析p h 对于网步硝化反硝化的影响：硝化菌的最适p h 为8 0 8 5 ，而反硝化菌最适p h 在6 5 7 5 ，所以同步硝化反硝化的最适p h 应在7 5 左右王仲超通过试验说明翊是影响露步硝化反硝化的重要影响因素，只有保证 翊在7 。5 - - 8 5 之闻才能取得较好的处理效果f 6 l l 。 ( 6 ) 水力停留时间( h r t ) 对同步硝化反硝化机制的作用 h r t 的选择对污泥浓度和同步硝化反硝化产生重要影响，h r t 较低时污泥中 微生物获褥的营养物质多，处于对数生长耀，细菌繁殖快，污泥浓度增大，潮i 气蠛 和t n 的去除率都较低，n 地乙n 的去除不完全影响了反硝化的去除效果。h r t 较 高时，污泥中微生物处予衰亡期，细菌老化，污泥浓度降低，n h 4 + _ n 的去除率不 受影响，但t n 的去除率下降。各种影响因素之闻只有在保证相对稳定的状态下， 才能保证比较高的去除效果。 北京i _ 、i k 大学工学硕士学位论文 3 。- l 试验流程 第3 章试验装置与方法 本实验工艺流程如图3 - 1 ，污水从原水箱壶可调节流速的蠕动泵进行提舞， 经转子流量计进入移动床的底部，污水在移动床由空气压缩机提供空气进行曝 气，再从移动床的上部流出，进入二沉池，最后出水。 擎鸷 _ “ 一7 窖，o 国 u 水耩水泵景计气头5 动床反应器 6辩承管骧8 镶台淀渣1 出农 1 试验装置流程示意露 f3-1 s c e m a t i cd i g r a mo ft e ti n t a l l a t i o n 3试验装置 主体装置由有机玻璃制成的移动床生物膜反应器，移动床生物膜反应 器置照片图3-2。移动床生物膜反应器是由上部的圆柱体和下部的圆锥台组 成部的圆柱体的尺寸力：高50cm，外径失20cm，肉径是19cm；下部的圆锥 台寸为：上底圆直径20cm。下底圆直径7cm，高15cm；反应器的总容积约为 1，反应区总容积为1445l，反应区有效容积为1289l。圆柱体和圆锥台之间 设块有机玻璃板，有机玻璃板上有许多直径为8m的小孔，这些小孔的作用 是是让填料上脱落的生物膜及衰老的活性污泥通过，二是防止填料进入底部 的台。在整个反应器中还设有5个取样口，第一个取样羽距容器顶部5cm， 取间距l o c m ，第一个取样口同时又是出水口。 一一 兰：兰兰丝童兰皇2 薹 33 填料 幽3 - 2 试验装置照片 f i g3 - 2p i c l h f eo ft e s tin s t a ll t i 本实验采用的是聚乙烯圆柱形填料，聚乙烯圆柁形填料的照片如图3 3 。聚 乙烯圆柱彤填料高l o m m ，外径1 0 m m ，内径8 m m ，外周有高i m m 的鳍片；聚 乙烯圆柱形填料的空隙率是8 2 ，密度是0 9 7 9 c m 3 。 刚3 - 3 填科照片 f i g3 - 3p i c tr i t eo ff i l l i n gn l a t e r i a l 北京工啦大学工学硕士学位论文 ! i i ! ! , , , i i i iii i i i i i iii i i i =,i i i i ! i ! i i iiiii i 皇曼曼篡曼皇皇墨皇曼皇曼黑曼曼曼舅鼍量曼曼嬲鼍曼曼冀爱詈量曼黑鳖量舅童嬲鼍 3 4 水质条件 污水水源为北京工业大学西院家属区生活污水，取水点在化粪池检查井，污 水由潜污泵通过管道提升至调节水箱，对原水水质进行化验，结果见表3 1 f 6 2 】。 表3 - 1 原水水质表 t a b 3 - 1w a t e rq u a lit yo fo r i g i n a lw a t e r 项c o d 圈 ( m g l ) b o d 5 ( m g l )n 臻+ - n ( m g l )t n ( m g l ) p n 范 2 0 0 - 4 0 09 0 2 0 05 0 1 0 06 0 1 1 07 2 8 o 围 由上表可以看出，进水氨氮浓度比普通的生活污水要高( 大多数生活污水的 氨氮浓度约5 0 m g l 左右渊) ，这使得试验所用原水具有c 麒比较较低的特点，平 均c n 在3 5 左右。另外，b c o d 在0 5 左右，可生化性能较好。 3 5 检测项目及分析方法 本试验所涉及的各项指标检测方法参考国家环保总局和水和废水监测分析 方法编委会编制的水和废水监测分析方法选用。水质分析项目主要包括 c 、溉砖、n 0 厂n 、豫等；进水、出水、反应器杰混合液等样品进行水震分析 时需通过0 4 5 微米的定性滤纸过滤，分析其可滤性组分。另外，对于进、出水 内所含有机物即c o d ，还需对其未过滤水样进行测定分析；并对活性污泥中的生 物相进行常规观察。 试验在北京工业大学建工学院市政工程实验室进行。选用的具体水质分析项 目及分析方法如表3 - 2 所示： 表3 - 2 水质分析项胬及分析方法 t a b 。3 - 2w a t e ra n a l y s i sp r o j e c ta n da n a l y t i c a lm e t h o d 检测项目分析方法检测项耳分析方法 p h 值p h 计测量 n 0 3 浓度麝香草酚分光光度法 d od o 测定仪测量 n 0 2 。浓度 n ( 1 一萘基) 。7 , - - 胺光度法 c o dc o d 快速测定法 s i - u 浓度钠氏试剂分光光度法 t nt o c 仪器测量 温度水温计测量 m l s sm l s s 速测仪测量 o r p便携式o r p 仪 一2 2 第毒章移动床生物膜酶培养方法鲍泷鞍研究 第霉章移动床生物膜的墙养方法的比较研究 毒， 填料填充率的确定 奉试验在寝动瓣嚣之蔫毙确定反癍器懿最健蝼充攀，优健爱废器熬性笺。 因为填料是m b b r 处理效率的主要影响因素之一，方瓤它是微生物负载的主要 场所，其总表面积决定了填料上生物量的多少；另一方面填料的填充率还会影响 壤耩麓流纯状态薪反应器熬充戴毪能，这氇会塞接关系裂系统王艺瓣楚毽效果。 4 1 不同填充率下填料的流仡状态 碡，1 。1 童试验方法将蓬柱影壤料戳不瓣熬壤蹇攀麓入裂移动寡菠痤嚣孛，进 翁静态麴清水状态试验，观察填料在不同的曝气强度下的流化状态和分布情况， 并记录均匀流化状态下的曝气强度。 4 。i 。1 。2 试验结巢与讨论试验过程串溉察了壤辩在不彝曝气强凄下静滤就状 态，壤料填充奉与瀑气强度之阙豹关系如图4 - 1 骈罨。结累如下：在填糕填充率 较低时，填料流化较容易，运动速度较快，鼠填料均匀分布在中上部，但填料流 动方向院较鬣。随蔷填辩壤充率酶增加填科流诧过禳逐步变馒，藻料运动速度意 3 04 05 06 07 0 壤党率舔) 图4 - 1 填究率譬爆气媸度的关系 f i g 4 - ir e l a t i o n so fp a c k i n gr a t ea n da e r a t i o ni n t e n s i t y 2 密 8 6 4 2 o 键。键v谜骥扩酵 北京工浊大学工学硕士学位论文 量舅嬲量量紫i iilii 一一, i iiiiiiiii ii i i i l i i i 麓i 曼置曼嬲舅曼皇囊薯 逐步下降，填料分布均匀且慢慢上面往下填充，但填料流动的方向性变好；填充 率为5 0 篱时，填料流化速度继续减慢，填料能均匀分布在整个反应器中，填料 的运动速度适中，流动方向性也很好；填充率升蔫到7 0 时，填料流化速度交得 更慢，且运动开始困难，填料只在附近浮动而不能形成上下流化，在反应器的上 部甚至出现滞留不动的现象，中部出现严重的相互拥挤、摩擦现象。 4 1 2 不同填充率下反应器的充氧性能 移动床生物膜处理污水过程率曝气的主要律用有：一是为填料流动提供动 力，二是向反应器提供足够的溶解氧，三是反应器中的悬浮污泥和生物膜与污水 充分接触，使气、液、固充分混合，促使氧气从气相转移到液相，再从液相转移 到生物膜中，保证微生物有足够的氧进行物质代谢。曝气充氧性能的影响将直接 关系到系统的运行效果，焉填料的填充率对曝气充氧性能有着重要的影响。 4 。1 2 1 实验原理采用清水( 自来水) 实验测定曝气充氧能力，先用n a 2 s 0 3 以 c o o l 。为催化剂进行脱氧。n a 。s o 。的用量可以根据式( 4 - 1 ) 和( 4 - 2 ) 计算出理论需求 量，约为实测水中溶解氧量的8 倍。徨水中有部分杂质会消耗n a 2 s 0 3 ，故实际用 量需乘上一个系数，通常取1 5 。c o c l 。的用量一般以溶液中c 0 2 + 浓度为0 。4 m g l 为宜【6 4 1 。 2 n a 2 s 0 3 + 0 2 马2 n a 2 s o | ( 4 - 1 ) 一旦一：j l ；一1 ( 4 2 ) = 一= 一一 4 一，l 2 n a 2 s 0 3 2 1 2 68 。 当水中溶解氧等于或接近于零的时候进行曝气，使溶解氧升高趋于饱和水 平。假定整个反应器为完全混合状态，根据刘易斯( l e w i s ) 与怀特曼( w h i t m a n ) 创建的双膜理论，认力此充氧过程符合级反应动力学，此时水中溶解氧的变化 可以用下式表示： d c 斑= kl b 婶s c t )t 4 - 3 ) 对( 4 3 ) 式积分褥： m e q ) = 一如( f ) f + 常数( 4 - 4 ) 瓯( 2 0 ) = 如( f ) x 1 0 2 4 舯 ( 4 - 5 ) 乱| d t ( 2 0 ) = x 。a ( 2 0 ) x c s ( 2 0 ) ( 4 - 6 ) o c =k h 州卜d 去除搴 图4 - 3c o d 的去除效果 f i g 4 - 3r e m o v a le f f i ci e n c yo fc o d 第一段s 月5 圈到6 月1 5 日：进水c o d 的平均浓度为3 2 5 6 m g l ，掰水c o d 的平均浓度为6 5 3 1 m g l ，c o d 去除率为7 5 。5 雠；进水和出水的c o o 浓度都比 较稳定，c o d 去除率也相对而言比较稳定。 一2 8 第4 章移动床生物膜的培养方法的比较研究 1 1 1 1 1 1 l l l l lf i llfill f i l l l,ll q l l l l ll 詈曼曼麓曼曼皇寰皇舅璺一 第二段6 月1 8 到7 月4 日：进水c o d 的平均浓度为5 1 0 2 m g l ，出水c o d 的平均浓度为2 5 2 2 m g l ，c o d 去除率为5 2 0 7 ；进水的c o d 浓度整体水平比 较高，并在前面一段时闻很赢，6 月2 8 日以以后回落到平时的水平，啦水的c 0 1 ) 浓度也随着进水的c o d 浓度