（环境工程专业论文）缺氧好氧膜生物反应器处理氨氮废水的试验研究.pdf

山东建筑大学硕士学位论文 摘要 随着工农业的迅速发展，水体氮污染问题日益严重。氮污染会引起水体的富营养化， 并会对水体生态系统和人类健康产生严重影响。因此，经济、高效的脱氮工艺的研究是 环境工作者的重要课题。基于传统生物脱氮原理和膜生物反应器的优点，本试验设计了 一种缺氧一好氧膜生物反应器用于处理氨氮废水。课题对该工艺的运行性能和影响因素以 及膜污染的情况进行了比较系统的试验研究。 l 、当混合液回流比分别为0 、1 、2 、3 时，a o 膜生物反应器对c o d 的去除率较 高且变化不大，对氨氮和t n 的去除率先增大再减小，且当回流比为2 时，反应器的处 理效果最好，c o d 、氨氮和t n 的平均去除率分别为9 3 1 7 、9 2 7 6 和6 7 6 0 。 2 、在混合液的回流比为2 ，反应器稳定运行的情况下，进水中c n 比在0 5 - 5 0 范围内变化时，a o 膜生物反应器对c o d 、氨氮和 i n 的去除率均随c n 比的增加而升 高，且当进水中c n 比约为5 0 时，c o d 、氨氮、t n 的平均去除率分别高达9 4 0 6 、 9 3 2 1 、6 8 7 3 。试验表明：低c n 比条件下，在进水氨氮浓度不变的情况下，提高进 水中有机物的浓度有利于对c o d 和氮的去除。 3 、在反应器稳定运行的情况下，保持进水中c o d 浓度相对稳定，当氨氮容积负荷 为0 4 6 k g ( m 3 - d ) 时，c o d 、氨氮、 i n 的平均去除率分别为8 9 3 1 、8 6 1 7 、6 4 2 1 ； 当氨氮容积负荷增大到0 6 8 k ( m 3 d ) 时，c o d 、氨氮、t n 的平均去除率也分别提高到 9 4 8 8 、9 3 9 4 、7 5 3 0 ；当氨氮容积负荷继续增大时，系统对污染物的去除率又开始 下降，当氨氮容积负荷增大到1 3 7 k g ( m 3 d ) 时，c o d 、氨氮、t n 的平均去除率下降到 8 3 0 6 、7 4 6 1 、5 3 7 4 。 4 、在膜反应器中投加填料可使系统中生物量大，同时形成附着生长型和悬浮生长型 微生物混合体系；世代时间较长的硝化菌优先附着在载体上，维持了系统中高浓度的硝 化菌种；并且生物膜形成的溶解氧梯度，使系统能够更加有效地进行生物脱氮。通过对 缺氧好氧池内悬浮污泥活性的研究得到：好氧池内悬浮污泥的比硝化速率为0 2 2 9 d ， 较常规处理工艺中活性污泥的硝化活性要高很多；缺氧池内悬浮污泥的反硝化速率为 0 2 2 3 d 。 5 、膜室中的活性污泥和膜对于污染物的去除贡献较小，该工艺中污染物的去除主要 是在缺氧一好氧池内发生。 山东建筑大学硕士学位论文 6 、在整个工艺运行过程中共对膜进行了一次化学清洗和二次清水清洗，化学清洗效 果比清水清洗效果好。本文从工艺的运行操作条件和工艺特性方面对膜污染的影响因素 进行了初步分析，得出该工艺的运行操作条件和工艺特性都是有利于减缓膜污染的。 关键词：缺氧一好氧膜生物反应器氨氮废水生物脱氮膜污染 i i 山东建筑大学硕士学位论文 s t u d y o na n o x i c - - a e r o b i cm e m b r a n eb i o r e a c t o rf o ra m m o n i a 嘶is t e w a t e rt r e a t m e n t p e n gj i n ( e n v i r o n n a e n t a le n g i n e e r i n g ) d i r e c t e db yy a n g 衔 a b s t r a c t w i t ht h er a p i dd e v e l o p m e n to fi n d u s t r ya n da g r i c u l t u r e ，p o l l u t i o nc a u s e db yw a s t e w a t e r c o n t a i n i n ga m m o n i ah a sb e e nb e c o m i n gaw o r s e n i n gp r o b l e m n i t r o g e np o l l u t i o nh a sc a u s e d e u t r o p h i c a t i o n , a n da l s oh a sb e c o m eas e r i o u sp r o b l e mt ot h eh e a l t ho fa q u a t i co r g a n i s m sa n d h u m a nb e i n g s i ti sa ni m p o r t a n ts u b j e c tt od e v e l o pe c o n o m i ca n dm o r ee f f i c i e n tp r o c e s s e st o r e m o v en i t r o g e nf o re n v i r o n m e n t a le n g i n e e r s o nt h eb a s i so ft h ep r i n c i p l e so ft r a d i t i o n a l b i o l o g i c a ln i t r o g e nr e m o v a la n dt h ea d v a n t a g e so fm e m b r a n eb i o r e a c t o r , a na n o x i c - a e r o b i c m b rw a sd e s i g n e dt ot r e a tt h ea m m o n i aw a s t e w a t e r i nt h ee x p e r i m e n t ，t h er u n n i n g p e r f o r m a n c ea n di m p a c tf a c t o r so f t h ep r o c e s sa n dt h em e m b r a n c ef o u l i n gw e r es t u d i e d w h e nt h er e f l u xr a t i oo fm i x t u r ew a s0 ，1 ，2 ，3r e s p e c t i v e l y , t h er e m o v a le f f i c i e n c yo f c o dw a sh i g h e ra n dc h a n g e dl i t t l e ，y e tt h er e m o v a le f f i c i e n c yo fa m m o n i an i t r o g e na n dt n i n c r e a s e df i r s t l ya n dt h e nd e c r e a s e d w h e nt h er e f u xr a t i ow a s2 ，t h ee f f e c to ft h er e a c t o rw a s b e s ta n dt h ea v e r a g er e m o v a lr a t eo fc o d ，n h 4 - na n dt nw e r e9 3 17 ，9 2 7 6 a n d6 7 6 0 w h e nt h er e f l u xr a t i oo f m i x t u r ew a s2 ，t h er e a c t o rw a si ns t a b l eo p e r a t i o n ，c nr a t i ow a s 0 5 - 5 0 ，c o d ，n h 4 一na n dt nr e m o v a lw e r ei n c r e a s e da sc nr a t i oi n c r e a s e d r v v h e nt h e i n f l u e n tc nr a t i ow a sa b o u t5 0 ，t h ea v e r a g er e m o v a lr a t eo fc o d ，n h a - na n dt nw e r e 9 4 0 6 ，9 3 2 1 a n d6 8 7 3 t h ee x p e r i m e n ts h o w e dt h a t ：w h e nt h ei n f l u e n tc nr a t i bw a s l o wa n dt h ei n f l u e n tn h 4 - nw a sc o n s t a n t ，i n c r e a s i n gt h ei n f l u e n tc o dw a sb e n e f i tf o rt h e r e m o v a lo fc o da n dn i t r o g e n 。 w h e nt h er e a c t o rw a si ns t a b l eo p e r a t i o n ，t h ei n f l u e n tc o dw a ss t a b l e ，t h ev o l u m e t r i c l o a do fn h 4 一nw a s0 4 6 k ( m 3 d ) ，t h ea v e r a g er e m o v a lr a t eo fc o d ，n h 4 - na n dt nw e r e 8 9 31 ，8 6 17 a n d6 4 21 w h e nt h ev o l u m e t r i cl o a do fn h 4 - nw a so 6 8 k g ( m 3 d ) ，t h e a v e r a g er e m o v a lr a t eo fc o d ，n h 4 一na n dt ni n c r e a s e dt o9 4 8 8 ，9 3 9 4 a n d7 5 3 0 1 i i 山东建筑大学硕士学位论文 w h e nt h ev o l u m e t r i cl o a do fn h 4 - nc o n t i n u e dt oi n c r e a s e , t h er e m o v a lr a t eo fp o l l u t a n t s b e g a nt od e c l i n e w h e nt h ev o l u m e t r i cl o a do fn h 4 一ni n c r e a s e dt o1 3 7 k g ( m 3 - d ) ，t h ea v e r a g e r e m o v a lr a t eo fc o d ，n h 4 一na n dt nd e c l i n e dt o8 3 0 6 ，7 4 61 a n d5 3 7 4 d o s i n gf i l m ri nt h em b r c o u l di n c r e a s et h eb i o m a s sa n df o r ma t t a c h e dg r o w t ht y p ea n d s u s p e n d e dg r o w t ht y p em i c r o b i a lm i x t u r e s t h en i t r o b a c t e r i aw h i c hh a sal o n g e rg e n e r a t i o n t i m e a t t a c h i n gt ot h ec a r r i e rf i r s t l ym a i n t a i n e dt h es y s t e mi nah i g l lc o n c e n t r a t i o no f n i t r o b a c t e r i a t h ed i s s o l v e do x y g e ng r a d i e n tm a k e db yt h eb i o f i l me n a b l e dt h es y s t e mt o r e m o v en i t r o g e nm o r ee f f e c t i v e l y t h en i t r i f i c a t i o nr a t eo ft h es u s p e n d e ds l u d g ei nt h e a e r o b i ct a n k sw a s0 2 2 9 d ，w h i c hw a sm u c hh i g h e rt h a nt h ec o n v e n t i o n a lt r e a t m e n tp r o c e s s t h ed e n i t r i f i c a t i o nr a t eo ft h es u s p e n d e ds l u d g ei nt h ea n o x i cw a s0 2 2 3 d t h ea c t i v a t e ds l u d g ea n dm e m b r a n ei nt h em e m b r a n ec h a m b e rc o n t r i b u t e dt ot h e r e m o v a lo fp o l l u t a n t sl i t t l e t h er e m o v a lo fp o l l u t a n t sp r i m a r i l yo c c u r r e di nt h ea n o x i c a e r o b i ct a n k si nt h i sp r o c e s s i nt h ee x p e r i m e n t ，t h em e m b r a n ew a sw a s h e dw i t hc h e m i c a l so n et i m ea n dw i t hw a t e r t w i c et o t a l l y w a s h i n g 诵mc h e m i c a l sw a sb e t t e rt h a n 、7 l r i t l lw a t e r t h eo p e r a t i o na n d c h a r a c t e r i s t i c so ft h ep r o c e s sw e r eb e n e f i c i a lt or e d u c et h em e m b r a n ef o u l i n g k e y w o r d s ：a n o x i c a e r o b i cm e m b r a n eb i o r e a c t o r , a m m o n i aw a s t e w a t e r , b i o l o g i c a ln i t r o g e nr e m o v a l ，m e m b r a n ef o u l i n g i v 原创性声明 本人郑重声明：所提交的学位论文是本人在导师的指导下，独立进行研究 取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，论文中不合其他人已经发表或撰 写过的研究成果，也不包含为获得山东建筑大学或其他教育机构的学位证书而 使用过的材料对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确 方式标明本人承担本声明的法律责任 学位论文作者签名：圭刍垒日期 2 olo ，6 d 学位论文使用授权声明 本学位论文作者完全了解山东建筑大学有关保留，使用学位论文的规定， 即：山东建筑大学有权保留并向国家有关部门或机构送交学位论文的复印件和 磁盘，允许论文被查阅和借阅本人授权山东建筑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，可以采用影印，缩印或其它手段保存、 汇编学位论文。 保密论文在解密后遵守此声明。 学位论文作者签名： 导师签 名： 茎三釜日期业：m 山东建筑大学硕士学位论文 第1 章绪论 随着人口的增长和经济的发展，我国水资源短缺的问题日益严重。我国的人均水资 源量仅为世界人均水平的l 4 ，世界上人均水资源量极少的1 3 个国家中也包括我国【1 1 。 我国的6 0 0 多座城市中，接近2 3 的城市存在缺水问题，缺水严重的达1 3 0 多座。在缺 水问题日益严重的情况下，水资源的污染问题也日益严重。全国范围内地表水的有机污 染现象非常严重，其中富营养化现象尤为突出。水体富营养化现象主要是由于过量的氮、 磷元素大量地排入水体中引起的。为控制富营养化现象，世界各国的环境工作者已经把 对氮、磷的高效脱除作为重要目标。 对氮素污染的控制，世界上大多数采用生物脱氮工艺，针对怎样改进传统的脱氮工 艺已成为目前研究工作的重点。特别是针对氨氮含量较高的废水，存在反硝化过程中碳 源不足、总氮去除率低等一系列问题尚待解决。 1 1 水体中氮的来源及氮污染的危害性 1 1 1 水体中氮的来源 氮化合物在自然界中的存在形式主要包括以下几种：有机体( 如动物蛋白、植物蛋 白) 、氨态氮( n h 4 、n h 3 ) 、亚硝酸氮( n 0 2 。) 、硝酸氮( n 0 3 。) 以及气态氮( n 2 ) 。 近些年来，过量的氮、磷元素大量地排入水体中使水体富营养化的现象日益严重。 在我国缺水问题异常严峻的情况下，目前很多地区已经把防治饮用水源的污染和水体的 富营养化作为防治水污染工作的重点。 氮元素进入水体主要是通过自然过程和人类活动两个方面的途径。 氮元素通过自然过程进入水体的途径主要包括以下几个方面：降水、地表水和地下 水的注入、水中和沉积物种的固氮作用等。 氮元素通过人类活动进入水体的途径主要包括以下几个方面： 1 ) 没有经过处理的生活污水和工业废水直接排入水体：生活污水和一些工业废水中 有机氮的含量非常高，生活污水中有机氮的含量约是总氮量的6 0 ，通过微生物的分解 的有机氮，被转化为无机氮；焦化厂、化肥厂等企业排放的废水中氨氮的含量也很高， 如焦化废水中氨氮浓度在2 0 0 - - - 7 0 0 m g l f 2 1 ，化肥废水中氨氮浓度约为5 0 0 - 7 0 0 m g l ， 有的甚至高达1 0 0 0 2 0 0 0 m g l t 孙，味精废水中氨氮含量在5 0 0 0 , - - - , 6 0 0 0 m g l 1 4 1 。如果这类 山东建筑大学硕士学位论文 含氮量非常高的废水不经处理直接排入水体中，势必会引起藻类的生长过度，进而对水 环境造成更大的危害。 2 ) 污水处理厂的出水：现在的污水处理厂大多还都是采用常规的处理工艺，它们的 排放水中氮元素的含量都比较高。这主要是因为在常规处理工艺中，含氮的化合物除了 供给微生物生长构成细胞组分外，其余的部分被氧化分解生成氨氮、硝酸盐等物质，这 类物质便随着出水进入水体中，成为适合藻类生长的营养元素，这就是城市污水虽然经 过常规的二级处理但是水体仍然出现富营养化和黑臭现象的主要原因之一。 3 ) 面源性农业污染源：从农田中流失的肥料和农药通过雨水的冲淋、农业排水和地 表径流等途径进入水体。化肥和农药是水体中氮的重要来源，仅有一部分施入农田的氮 肥被农作物吸收，没有被吸收的超过5 0 。然而农民为了取得高产量，加大农田的用肥 量，另外因为科学施肥法尚未普及，越来越多流失的肥料进入水体。而且经过微生物的 分解作用，有机肥料也可能成为可溶性的无机盐进入水体中。 4 ) 城市固体废弃物通过填埋作用产生的垃圾渗滤液：目前常用的垃圾处理方法主要 有卫生填埋法、堆肥发酵法、简单堆放法、焚烧发电法等。在这些方法中，卫生填埋法 因具有适用范围广、成本低等优点，在世界各国被普遍采用。然而，采用卫生填埋法处 理垃圾，随之而来产生的是垃圾渗滤液。有机物分解产生的水分、垃圾自身所含有的水 分以及降水和地表径流等由地表渗入到填埋区的水，除了一部分被蒸发外，剩余的水分 将储存在垃圾填埋层中，当填埋层的含水量达到饱和后，就形成了垃圾渗滤液。垃圾渗 滤液中的氨氮含量大都要高于1 0 0 0 m g l ，并且随着填埋时间的推移，其中的氨氮含量还 将不断上升，如不很好地处置，这些氨氮含量很高的垃圾渗滤液可能会进入地表水体甚 至污染地下水源。 按照水体中氨氮浓度的不同，氨氮废水可以分为高浓度氨氮废水( 大于5 0 0 r n g l ) 、 中浓度氨氮废水( 5 0 5 0 0 m g l ) 和低浓度氨氮废水( 小于5 0m g l ) 三类。随着工农业的迅 猛发展和人口的激增，高、中浓度氨氮废水的排放量越来越大。 1 1 2 水体中氮污染的危害陛 水体中氮污染的危害性主要体现在以下几个方面： ( 1 ) 水体出现富营养化：氮元素在藻类生长的过程中是必需的，如果水体中含过量 的氮和其他营养元素，藻类等浮游生物将会大量地增殖，导致水体表面形成水华或者赤 潮。藻类的代谢也会造成水体质量的下降，如使水体变色、发臭。同时，藻类的腐败死 2 山东建筑大学硕士学位论文 亡将造成水中溶解氧量的锐减，引起鱼类等水生生物的大量死亡。此外，发生富营养化 后，水体中大量藻类遗体的堆积会使水体变浅、水流变缓，最后甚至导致水体的消亡。 并且水体一旦发生富营养化，就很难再恢复，即便恢复也需要相当长的一段时间。 ( 2 ) 氨氮消耗水中的溶解氧。污水经过常规二级处理后的排出水中仍然存在大量的氨 氮，氨氮进入水体后，硝化细菌会将其氧化为硝态氮，彻底氧化l m g 氨氮需要消耗水体 中的溶解氧为4 5 7 m g 。进入水中的氨氮量越高，就会消耗掉水体中越多的溶解氧，这对 维持和改善水体的质量是非常不利的。 ( 3 ) 影响给水水源，提高给水处理的费用。水厂采用加氯法消毒时，有一小部分氨氮 会与氯反应生成氯氨，大大降低消毒的效率，为了达到所需要的消毒效果势必需要增加 投氯量。并且水厂会使用大量的化学药品进行除臭、脱色和除味。另外，因为水体富营 养化现象导致的藻类的大量滋生也会大大增加滤池的反冲洗用水量。 ( 4 ) 氮化合物对人和生物的毒害作用【5 1 。水体中的游离氨会影响鱼鳃中氧的传递，如 果浓度较高甚至会导致鱼类死亡。虽然硝酸盐本身是无毒的，但硝酸盐可能在人的胃中 还原为亚硝酸盐，亚硝酸盐与胺作用会生成亚硝胺，亚硝胺是“三致 物质，对人类健 康存在严重的威胁。 1 2 生物脱氮工艺概述 废水中氮的脱除方法可分为生物法和物化法【6 1 。物化法主要有空气吹脱法、选择性 离子交换法、折点氯化法、磷酸氨镁沉淀法等。但一般情况下，物化法存在对环境容易 造成二次污染，成本高、过程复杂，再生方法不完善等缺点，仅适合于处理中小水量， 很难大范围地推广和应用。生物法相对于物化法而言因具有适用范围广，无二次污染， 投资运转成本低，过程简便，并且处理后的污水易达标排放等优点，已经成为常用的脱 氮方法。 1 2 1 废水生物脱氮机理 废水生物脱氮的基本原理是：有机氮首先通过氨化作用转化为氨氮，氨氮再通过硝 化作用转化为亚硝酸盐氮和硝酸盐氮，硝态氮再通过反硝化作用转化为氮气，最后气态 氮从水中逸出，从而达到从废水中脱氮的目的。 生物脱氮的过程主要由氨化反应、硝化反应、反硝化反应三个反应阶段构成，另外 还有同化作用。 山东建筑大学硕士学位论文 同化作用是指废水里的部分含氮化合物被微生物吸收利用构成微生物细胞的组分。 微生物细胞中氮的含量约占细胞干重的1 2 5 。 1 2 1 1 氨化反应 有机氮化合物，在氨化菌的作用下，分解、转化为氨态氮，这一过程称之为“氨化 反应 ，以氨基酸为例，其反应式为： 氨化菌 l r c h n h 2 c o o h + 0 2 一r c o o h + c 0 2 + n h 3 1 2 1 2 硝化反应 在硝化菌的作用下，氨态氮进一步分解氧化，就此分两个阶段进行，首先在亚硝酸 菌的作用下，使氨( n h 4 + ) 转化为亚硝酸氮，反应式为： 亚硝酸菌 l n h 4 + + 3 2 0 2 一n 0 2 。+ h 2 0 + 2 h + 继之，亚硝酸氮在硝酸菌的作用下，进一步转化为硝酸氮，其反应式为： 硝酸菌 l n 0 2 。+ 1 2 0 2 一n 0 3 硝化反应的总反应式为： n h 4 + + 2 0 2 一n 0 3 。+ h 2 0 + 2 h + 在硝化反应中，亚硝酸菌和硝酸菌统称为硝化菌，硝化菌是化能自养菌，革兰氏染 色阴性，不生芽孢的短杆状细菌，广泛存活在土壤中，在自然界的氮循环中起着重要的 作用。 1 2 1 3 反硝化反应 反硝化反应是指硝酸氮( n 0 3 - - n ) 和亚硝酸氮( n 0 2 - - n ) 在反硝化菌的作用下， 被还原为气态氮( n 2 ) 的过程。 反硝化菌是异养型兼性厌氧菌。在厌氧条件下，营厌氧呼吸，以硝酸氮( n 0 3 - - n ) 为电子受体，以有机物( 有机碳) 为电子供体。在这种条件下，不能释放出更多的a t p ， 相应合成的细胞物质也较少。 在反硝化反应过程中，硝酸氮通过反硝化菌的代谢活动，可能有两种转化途径，即： 同化反硝化( 合成) ，最终形成有机氮化合物，成为菌体的组成部分；另一为异化反硝化 ( 分解) ，最终产物是气态氮。 4 山东建筑大学硕士学位论文 图1 1 反硝化反应过程( 同化反硝化、异化反硝化) 1 2 2 传统生物脱氮工艺 传统生物脱氮途径包括硝化反应和反硝化反应两个阶段，硝化反应是有氧条件下在 硝化菌的作用下完成的，而反硝化反应是缺氧条件下在反硝化菌的作用下完成的，因为 这两种茵对溶解氧浓度等反应条件的要求有所不同，这两个过程只能序列式地进行，即 它们在空间和时间上是分开的。所以，传统生物脱氮工艺是把缺氧与好氧两个阶段分离 的分级硝化反硝化工艺，有的是在两个分离的反应器中进行，有的是在时间上构成交替 缺好氧的同一反应器里进行，从而使硝化、反硝化反应都能够顺利地进行。 传统的生物脱氮工艺包括：由巴茨( b a r t h ) 开创的所谓三级活性污泥法脱氮工艺【刀、 缺氧一好氧活性污泥法脱氮工艺( 即a o 法脱氮工艺) i s 】、厌氧一缺氧一好氧脱氮工艺 ( 即a 2 o 法脱氮工艺) 嘲、巴顿甫脱氮工艺1 9 、u c t 脱氮工艺【1 0 】以及一体式传统生物脱 氦工艺。上述的生物脱氮工艺在废水脱氮领域发挥了一定的作用，但是仍然存在以下的 问题【l l 】：( 1 ) 硝化菌群增殖的速度慢并且很难维持在一个较高的生物浓度，尤其在低温 条件下。所以造成系统的水力停留时间( h l 玎) 长，有机负荷低，提高了投资和运行的 成本；( 2 ) 需要大量的能耗以提供硝化阶段所必需的氧；( 3 ) 反硝化阶段需要一定的有机 物作为碳源，当原污水中b o d 5 t n 3 5 时，勿需外加碳源，而当b o d 5 t n 3 5 时，即认为碳源充足，勿需外加碳源川，因此进水中含碳有机物与总氮 浓度之比( 通常用b o d g t n 、c o d j i n 来表示) ，对生物脱氮过程有很大的影响。 本阶段将工艺中混合液的回流比设为2 ，并在反应器稳定运行的情况f ，控制进水 中氪氯和t n 浓度基本保持不变，通过改变c o d 浓度进而改变进水中c n 比分别为05 、 l5 、25 、4 5 、5 0 ，通过测定c o d 、氨氮和t n 的去除率，研究不同c n 比对a o 膜 生物反应器处理效果的影响。试验期倒水温为2 4 - 3 l 。 3 4 1 进水c n 比对c o d 去除效果的影响 如图35 3 9 所示为) d o 膜生物反应器在不同进水c n 比条件下稳定运行时进、出 水中c o d 的浓度及去除率。 呻加舯如趵m o 山东建筑大学硕士学位论文 4 64 85 05 25 45 6 时间( d ) 图3 5 进水c n 比为0 5 时c o d 的去除 效果 1 4 0 0 1 2 0 0 31 0 0 0 38 0 0 垫6 0 0 箴 q 84 0 0 2 0 0 o 一6 6 6 6t t v 一 + 进水c o d + 出水c o d 一 一 十c o d 去除率 m； 。 -i i 一 7 4 7 6 7 88 08 28 4 时间( d ) 图3 7 进水c n 比为2 5 时c o d 的去除 效果 l l 31 。 3 恻 蔗 8 u 母 v 糌 篮 稍 葶 v 褂 鬣 稍 卜 - 6 一1 蟹r - - 1 1 + 进水c o d 一 + 出水c o d + c o d 去除率一 r t i m 一一 一 一 一 i 6 06 2 6 4 6 66 87 0 时间( d ) 1 0 0 9 0 8 0 7 0 6 0 母 5 0 埒 4 0 篮 3 0 粕 2 0 l o 0 图3 6 进水c n 比为i 5 时c o d 的去除效 果 9 09 2 9 4 9 69 81 0 0 时问( d ) 1 0 0 9 0 8 0 7 0 6 0 芭 5 0 瓣 4 0 篮 3 0 稍 2 0 l o 0 图3 8 进水c n 比为4 5 小t c o d 的去除效 果 0 一一一o 1 0 41 0 6 1 0 8 1 l o 1 1 21 1 4 时问( d ) ，一、 冰 v 簿 篷 稍 图3 9 进水c n 比为5 o n , c o d 的去除效 果 0 4 2 o 8 6 哥 2 ，l墨v趟矮口ou m加的的m 0 18mv毯疑口8 o h 屹 加 8 6 4 2 ，i昌v魁蠖qou 菩；加鼬如m o 山东建筑大学硕士学位论文 c o d 的去除可以认为分为三部分：第一部分是作为碳源供给微生物的生长；第二部 分是被好氧异养菌氧化去除；第三部分是为反硝化过程提供电子供体。由图3 5 3 9 可 知，本阶段进水中c o d 浓度在1 1 7 4 一1 2 7 3 8 m g l 范围之间变动，c o d 的去除率随进 水中c n 比的变化而变化。但从总体而言，虽然进水中c o d 浓度变化很大，但是该工 艺对c o d 的去除率均在6 6 以上，进一步说明了该工艺对c o d 的去除具有高效性。当 进水中c n 比约为5 0 时，c o d 的平均去除率高达9 4 0 6 。 在低进水c n 比条件下，c o d 的去除率随进水中c n 比的降低明显降低。这种现象 可能有以下几方面的原因：一是因为c n 比低时，异养菌的生长会受到抑制，异养菌过 多地进行内源呼吸以致衰减、死亡，从而造成污水中大分子物质和溶解性有机物含量的 升高，进一步导致出水中c o d 的浓度也比较高；二是因为c n 比低时，反硝化过程的 碳源明显不足，导致反硝化能力的降低，反硝化菌对c o d 的去除率也大大下降；三是 因为出水c o d 不可能无限低，因为其中含有难生物降解的部分，因此在低c o d 段，即 便出水c o d 已经很低，且满足排放标准，c o d 的去除率也不是很高。 3 4 2 进水c n 比对氨氮去除效果的影响 如图3 1 0 - 3 1 4 所示为a o 膜生物反应器在不同进水c n 比条件下稳定运行时进、 出水中氨氮的浓度及去除率。 2 5 0 2 0 0 j 訾1 5 0 巡 磋1 0 0 灏 城”5 0 o 4 64 85 05 25 45 6 时间( d ) 1 0 0 9 0 8 0 7 0 6 0 琶 5 0 糌 4 0 篮 3 0 稍 2 0 l o o 图3 1 0 进水c n 比为0 5 时氨氮的去 除效果 2 5 0 2 0 0 j 、 管1 5 0 赵 疑1 0 0 晤 聒5 0 0 6 06 26 46 66 87 0 时间( d ) 1 0 0 9 0 8 0 7 0 6 0 艺 5 0 糌 4 0 篮 3 0 稍 2 0 1 0 0 图3 1 l 进水c n 比为1 5 时氨氮的去除 效果 山东建筑大学硕士学位论文 2 5 0 2 0 0 一 誉1 5 0 型 蛏1 0 0 腻 掘5 0 o 7 47 67 88 08 28 4 时间( d ) 1 0 0 9 0 8 0 7 0 6 0 艺 5 0 龉 4 0 餐 3 0 稍 2 0 l o o 图3 1 2 进水c n 比为2 5 时氨氮的去 除效果 一 目 v 趟 蠖 腻 腻 2 5 0r 一10 0 9 0 2 0 0 一 警1 5 0 一v 恻 蠖1 0 0 酶 瓤5 0 0 9 d9 29 49 6 9 81 0 0 时间( d ) 图3 1 3 进水c n 比为4 5 时氨氮的去 除效果 1 0 0 9 0 8 0 7 0 6 0 艺 5 0 静 4 0 畿 3 0 稍 2 0 1 0 o 1 0 4 1 0 6 1 0 8 1 1 0 1 1 21 1 4 时间( d ) 图3 1 4 进水c n 比为5 o 时氨氮的去 除效果 由图3 1 0 3 1 4 可以看出，本阶段进水中氨氮浓度在1 9 0 3 9 - 2 1 0 3 1 m g l 范围之间 变动，氨氮的去除率随着进水中c n 比的变化而变化，但总体而言氨氮的去除率都保持 在6 5 以上。当进水中c n 比约为5 0 时，氨氮的平均去除率高达9 3 2 1 。 在低进水c n 比条件下，氨氮的去除率随进水中c n 比的降低而降低。这可能是因 为：c n 比降低时，缺氧段可利用的反硝化碳源减少，反硝化反应不能充分地进行，从 而使进入好氧段的污水中c o d 浓度升高，抑制了硝化菌的生长和硝化反应的进行。据 文献报导，在有机物大量存在的情况下，自养硝化菌对营养物和氧气的竞争力弱于好氧 异养菌，造成好氧异养菌在体系中占优势，使氨氮不能很好地转化为n 0 2 和n 0 3 。另外， 重v 糌鬣求 加的们；m 0 山东建筑大学硕士学位论文 反硝化反应不充分时，硝化菌的代谢产物硝酸盐和亚硝酸盐会在体系中积累，这些代谢 产物也会抑制硝化菌的生长。 3 4 3 进水c n 比对t n 去除效果的影响 如图3 1 5 3 1 9 所示为a o 膜生物反应器在不同进水c n 比条件下稳定运行时进、 出水中 i n 的浓度及去除率。 4 64 85 05 25 45 6 时间( d ) 1 0 0 9 0 8 0 7 0 6 0 艺 5 0 审l 卜 4 0 篮 3 0 书 2 0 1 0 0 图3 1 5 进水c n 比为0 5 时t n 的去除 效果 3 0 0 2 5 0 2 0 0 目 。1 5 0 趟 董1 0 0 5 0 o 7 47 67 88 08 28 4 时间( d ) 1 0 0 9 0 8 0 7 0 6 0 誊 5 0 姗 4 0 笾 3 0 眯 2 0 1 0 0 图3 1 7 进水c n 比为2 5 时t n 的去除 效果 3 0 0 2 5 0 2 0 0 目 。1 5 0 趟 誉1 0 0 b 5 0 o 卜入r - 1 二一 i一 = - + 进水t n 一 - - i t - - 出水t n 十去除率 tn 6 06 26 46 66 87 0 时间( d ) 1 0 0 9 0 8 0 7 0 6 0 艺 5 0 静 4 0 畿 3 0 稍 2 0 l o 0 图3 1 6 进水c n 比为1 5 t 寸t n 的去除 效果 k 、昏咕一一卜啮叫 卜 、1 p - 叫 + 进水t n 一 + 出水t n 一 扣t n 去除率 9 0 9 29 49 69 81 0 0 时间( d ) 1 0 0 9 0 8 0 7 0 6 0 艺 5 0 得 4 0 篷 3 0 峭 2 0 1 0 o 扣 图3 1 8 进水c n 比为4 5 时t n 的去除 效果 的 o 3 2 2 l l ri置v趟爨z o 0 0 o o 0 o 鲫 沥 垢 砌 目 。 一目v越爨z一 山东建筑大学硕士学位论文 j 凹 宣 、一， 毯 袋 z _ 1 0 4 1 0 6 1 0 8 1 1 01 1 21 1 4 时间( d ) 图3 1 9 进水c n 比为5 0 时t n 的去除 效果 由图3 1 5 - 3 1 9 可以看出，本阶段进水中t n 浓度在2 4 0 2 5 - - 2 5 9 7 6 m g l 范围之间 变动，t n 的去除率随着进水中c n 比的变化而变化，且受c n 比的影响较大当c n 比在0 5 - - 5 0 范围内变化时，t n 的去除率随进水中c n 比的增加而增加。当进水中c n 比约为5 0 时，t n 的平均去除率为6 8 7 3 。而当c n 比约为2 5 时，t n 的平均去除率 为4 2 9 1 。 反硝化反应中，反硝化菌以有机物作为电子供体，通过异化反硝化将硝态氮最终还 原为氮气，或通过同化反硝化使硝态氮最终转化为菌体的组成部分，可见有机碳源对反 硝化过程非常重要。因此在低进水c n 比条件下，随进水中c n 比的上升，t n 的去除 率也不断升高。但就总体而言t n 的去除率比较低，这是因为a o 膜生物反应器在运行 期间，试验用水中的c n 比明显地比反硝化充分时所需要的c n 比低，并且当反硝化反 应不充分时，氨氮的去除率也会大大降低，最终也会造成t n 的去除率不高。 3 5 氨氮容积负荷对a o 膜生物反应器处理效果的影响 本阶段在反应器稳定运行的情况下，保持进水中c o d 浓度相对稳定，通过改变进 水中氨氮浓度分别为1 0 0 、1 5 0 、2 0 0 、3 0 0 m g l 来改变好氧池氨氮容积负荷分别为 0 4 6 k g ( m 3 - d ) 、0 6 8 k g ( m 3 d ) 、0 9 1 k g ( m 3 d ) 、1 3 7 k g ( m 3 d ) ，通过测定c o d 、氨氮和t n 的去除率，研究不同氨氮容积负荷对a o 膜生物反应器处理效果的影响。试验期间水温 为1 5 2 2 。 3 5 1 氨氮容积负荷对c o d 去除效果的影响 毒v 瓣篮求 m阳的；加m o 山东建筑大学硕士学位论文 如图3 2 0 - - 3 2 3 所示为a o 膜生物反应器在不同氨氮容积负荷条件下稳定运行时 迸、出水中c o d 的浓度及去除率。 1 2 11 2 3 1 2 51 2 71 2 91 3 1 时间( d ) 图3 2 0 氨氮容积负荷为 0 4 6 k g ( m 3 d ) 时c o d 的去除效果 1 4 0 0 1 2 0 0 ，、- a1 0 0 0 38 0 0 掣6 0 0 麓 凸 84 0 0 2 0 0 0 1 4 91 5 11 5 31 5 5 1 5 71 5 9 时间( d ) ，- 、 毋 v 褥 餐 稍 1 0 0 9 0 8 0 7 0 6 0 艺 5 0 糌 4 0 凿 3 0 稍 2 0 l o o 图3 2 2 氨氮容积负荷为 0 9 1 k g ( m 3 d ) 时c o d 的去除效果 1 3 5 1 3 7 1 3 91 4 11 4 3 1 4 5 时间( d ) 图3 2 l 氨氮容积负荷为 0 6 8 k g ( m 3 d ) 时c o d 的去除效果 1 6 6 1 6 8 1 7 01 7 21 7 4 1 7 6 时间( d ) 葶 槲 鬣 稍 1 0 0 9 0 8 0 7 0 6 0 琶 5 0 锝 4 0 鬣 3 0 求 2 0 l o 0 图3 2 3 氨氮容积负荷为 1 3 7 k g ( m 3 d ) 时c o d 的去除效果 由图3 2 0 - 3 2 3 可以看出，本阶段进水中c o d 浓度在1 1 2 7 2 - 1 2 6 5 3 m g l 范围之 间变动，c o d 的去除率随氨氮容积负荷的变化而变化。当好氧池氨氮容积负荷分别为 0 4 6 k g ( m 3 d ) 、0 6 8 k g ( m 3 d ) 、0 9 1 k g ( m 3 d ) 、1 3 7 k g ( m 3 d ) 时，c o d 的平均去除率分别 为8 9 3 1 、9 4 8 8 、9 1 9 0 、8 3 0 6 。可见，随氨氮容积负荷的增加，c o d 的去除率 先升高再降低，且当氨氮容积负荷为0 6 8 k g ( m 3 d ) 时，c o d 的去除率最高。但就总体而 言，该工艺在这四种氨氮容积负荷条件下对c o d 的去除率相差不是很大，都能达到较 好的去除效果，进一步说明该工艺对c o d 的去除具有高效性。 o 4 2 o 8 6 4 2 ，l凹皇v脚日蠖凸ou ：雪s；加的舱m 0 o o o o o 0 o o 们 砌 舳 鲫 sv