（环境工程专业论文）平板膜生物反应器工程化应用中的关键问题研究.pdf

摘要 摘要 膜一生物反应器作为一种新型、高效的污水处理技术，具有诸多传统生物处 理工艺所无法比拟的优点，在近年来已经广泛应用于城市生活污水以及工业废 水的处理。目前，在国际膜一生物反应器市场上主要是平板膜一生物反应器和中 空纤维膜一生物反应器两种。平板膜与中空纤维膜相比，具有水力学条件易于控 制、通量高、抗污染能力强和清洗更换方便等特点，能够在更高污泥浓度条件 下保持高通量稳定运行。但是，我国的平板膜一生物反应器的研究明显滞后，且 平板膜一生物反应器的应用比例远远小于中空纤维膜一生物反应器，而在国际的 膜一生物反应器市场上，平板膜一生物反应器的应用比例达到了6 8 ( 截止至2 0 0 6 年) 。因此，加大平板膜生物反应器的研发力度，构建我国膜生物反应器的合 理结构和布局，促进膜生物反应器在我国的均衡发展，对膜生物反应器技术的 发展及其在水污染控制和污水资源化的应用具有重要的意义。 本论文主要借助于4 0 0 m 3 d 规模的平板膜生物反应器和几套小试膜生物反 应器，跟踪研究平板膜生物反应器在工程化应用中的主要问题。研究结论对平 板膜生物反应器在工程化应用中的设计及运行具有一定的借鉴和参考价值。 建设了4 0 0 m 3 d 的平板膜生物反应器中水回用工程，并正常运行了一年半。 该工程出水达到了城市污水中水回用一杂排水水质标准g b l 8 9 2 0 - - 2 0 0 2 中 的水质要求，可以回用做厂区绿化、洗车用水；技术经济分析表明，采用中水 回用代替自来水，可年节约自来水费用1 5 9 4 万元；本工程的吨水能耗、清洗费 用达到了国际同类产品的相同水平，膜价格更是具有很大的优势。 对平板膜生物反应器的出水进行了长期跟踪，发现无论迸水如何变化，出 水c o d 、氨氮和s s 均较为稳定；通过计算污泥的动力学系数表明，该工程的污 泥净产率系数y = 0 2 2 5 k g m l v s s k g c o d ，内源代谢系数磁为0 0 0 4 5d 。 开发了膜组件边侧固定技术、自动在线清洗设备、可清洗式曝气管、事故 紧急处理系统等工程化应用中的关键技术，并在本工程上得到了成功的应用， 大大提高了工程的稳定运行能力，方便了操作管理。 通过长期跟踪膜污染规律发现，在2 0 l m 2 h 的通量下，正常运行t m p 不超 过2 0 k p a ，t m p 增长到3 0 k p a 时就应进行在线化学清洗；处理化学一级强化处 理后的城市污水时，平板膜的清洗周期比处理普通生活污水要短；对于不同水 摘要 泵抽吸的上下支架，在上、下支架通量之比为1 1 5 ：1 的条件下，可以实现两个 支架t m p 增长基本一致。 针对典型的城市合流污水，平均c o d 厂r n 为8 o ，利用a o 膜生物反应器， 出水c o d 、氨氮和t n 去除率分别可以达到9 7 、9 9 和7 7 6 ，出水能够稳定 达到城镇污水处理厂污染物排放标准g b l 8 9 1 8 2 0 0 2 中的一级a 标准； 缺氧段h r t 和硝化液回流比是t n 去除的关键影响因素；在缺氧段h r t 3 h 条件 下，增加缺氧段h r t 对于总氮去除无影响；在回流比r 1 0 0 条件下，增加r 对于t n 去除无明显影响。 关键词：膜一生物反应器，平板膜，污水处理，工程应用 a b s t r a c t a b s t r a c t m e m b r a n eb i o r e a c t o r ( m b r ) p r o c e s sh a se m e r g e da san e wa n de f f i c i e n t t e c h n o l o g yf o rw a s t e w a t e rt r e a t m e n t c o m p a r e dw i t hc o n v e n t i o n a la c t i v a t e ds l u d g e ( c a s ) s y s t e m ，m b rp r o c e s sh a sm a n ya d v a n t a g e s t h e r e f o t e ，m b rh a sb e e n i n c r e a s i n g l yp o p u l a rf o rt h et r e a t m e n to fm u n i c i p a la n di n d u s t r i a lw a s t e w a t e ri n r e c e n ty e a r s n o w d a y s ，h o l l o w - f i b e rm e m b r a n ea n df l a t s h e e tm e m b r a n ea x et h et w o m a j o rm e m b r a n et y p e si nm b r s i ni n t e r n a t i o n a lm b rm a r k e t , f l a t - s h e e tm e m b r a n e h a sb e e ni n t e n s i v e l ys t u d i e da n dw i d e l yu s e dd u et oi t sh i g hf l u x ，a n t i f o u l i n g c a p a b i l i t ya n de a s i l y - c o n t r o l l e dh y d r a u l i cc o n d i t i o n s a c c o r d i n gt or e l a t e ds t a t i s t i c s ， f l a t - s h e e tm b r sa c c o u n t e df o r6 8 o ft h et o t a lf u l l s c a l em b r st h r o u g h o u tt h e w o r l db yt h ee n do f2 0 0 6 ；h o w e v e r , t h er e s e a r c ho nf l a t s h e e tm b ri nc h i n a o b v i o u s l yl a g g e db e h i n d t h u s ，i n t e n s i v ee f f o r t sm u s tb ed e d i c a t e dt ot h er e s e a r c ho f f l a t - s h e e tm b ri no u rc o u n t r yi no r d e rt ob e t t e rp r o m o t et h ed e v e l o p m e n to fm b r t e c h n o l o g ya n di t se n g i n e e r i n ga p p l i c a t i o no nw a t e rp o l l u t i o nc o n t r o la n dw a s t e w a t e r r e u s ei nc h i n a t h eo b j e c t i v eo ft h i st h e s i si st os t u d yt h ek e y p r o b l e m so ff l a t s h e e tm e m b r a n e b i o r e a c t o rf o rt h ee n g i n e e r i n ga p p l i c a t i o nb ye m p l o y i n gaf u l l s c a l em b ro f4 0 0 m 3 d u n d e rl o n g - t e r mo p e r a t i o na n ds e v e r a ll a b - s c a l em b r s t h er e s u l t sw e r ee x p e c t e dt o p r o v i d eas o u n du n d e r s t a n d i n go ft h ed e s i g na n do p e r a t i o no ff u l l s c a l ef l a t - - s h e e t m b r s a4 0 0 m 3 df l a t s h e e tm b ru s e df o rr e c l a i m e dw a t e rr c u s ei se s t a b l i s h e da n d w o r k sf o ro n ea n dah a l fy e a r s t h ee f f l u e n tw a t e rq u a l i t yo ft h i sm b ri n c l u d i n g c o d ，a m m o n i a ，t u r b i d i t ya n dp hw a ss u p e r i o rt ot h a to ft h es t a n d a r d “w a t e rq u a l i t y r e q u i r e m e n t sf o rw a t e rr e s o u r c er e u s eg e n e r a t e db ym u n i c i p a lw a s t e w a t e r ( g b t 1 8 9 2 0 - 2 0 0 2 ) ，a n dc a l lb eu s e df o rg r e e nw a t e r i n ga n dc a rw a s h i n g b a s e do n e c o n o m i ca s s e s s m e n t ，m b rt e c h n o l o g yf o rw a t e rr e s o u r c er u s ec o u l ds a v e1 5 9 4 t h o u s a n dy u a np e ry e a r c o m a p a r e dw i t hi n t e r n a t i o n a lm e m b r a n ec o m p a n i e s ，t h e e n e r g yc o n s u m p t i o na n dc l e a n i n gc o s t so ft h i sa p p l i c a t i o na t eq u i t ec l o s e ，a n dt h e c o s t so fm e m b r a n er e p l a c e m e n ta t em u c hl o w e r i tw a sf o u n dt h a tt h em b rc o u l db e a rt h es h o c k i n gl o a da n de f f l u e n ta tl o wl e v e l i l l a b s t r a c t o fc o d ，a m m o n i aa n ds u s p e n d e n ds o l i dc o u l db ea c h i e v e dt h o u g ht h ei n f l u e n t w a t e rq u a l i t yf l u c t u a t e d t h en e ty i e l dc o e f f i c i e n tm a n de n d o g e n e o u sd e c a y c o e f f i c i e n t ( k d ) o ft h ep i l o t - s c a l em b rf o rm u n i c i p a lw a s t e w a t e rt r e a t m e n tw a s a b o u t0 2 2 5k g m l v s s k g c o da n d0 0 0 4 5d 一，r e s p e c t i v e l y t h ee d g e s i d e f i x i n go ft h ef l a t - s h e e tm e m b r a n em o d u l e ，t h ea u t o m a t i c c h e m i c a lc l e a i n go fm b r ，t h ew a s h a b l ea e r a t i o nt u b ea n dt h ee m e r g e n c yr e s p o n s i n g s y s t e mw e r ee s t a b l i s h e da n dh a dg r e a te f f e c ti ne n g i n e e r i n ga p p l i c a t i o n t h es t a b i l i t y o fm b ri si m p r o v e da n dt h eo p e r a t i o ni ss i m p l i f i e d u n d e rt h em e m b r a n ef l u xo f2 0 l _ m z h ，t h eo p e r a t i n gt m ps h o u l dn o tb em o r c t h a n2 0 k p a , a n dc h e m i c a lc l e a n i n gm u s tb ec a r r i e do u tw h e nt h et m pw a sa t3 0 k p a w h e nt r e a t i n ge f f l u e n to fc h e m i c a lp r i m a r ye n h a n c et r e a t m e n t ，t h ec l e a n i n gp e r i o do f f l a t - s h e e tm e m b r a n ew a sm u c hs h o r t e r a tt h eo p e r a t i n gf l u xo f1 1 5 ：1 ，t h et m p g r o w t ho f t h eu p p e ra n dl o w e rm e m b r a n eu n i tc o u l db et h es a m e i nt h et r e a t m e n to ft y p i c a lm u n i c i p a lw a s t e w a t e r , w h e nt h ec o d t nw a s8 0 ， t h ep e r f o r m a n c eo fal a b - s c a l ea o - m b rs h o w e dt h a tt h ee f f l u e n tw a t e rq u a l i t y i n c l u d i n gc o d ，a m m o n i aa n d i ng a l la c h i e v et h ei - ac r i t e r i a s p e c i f i e di nt h e “p o l l u t a n td i s c h a r g es t a n d a r do fm u n i c i p a lw a s t e w a t e rt r e a t m e n tp l a n t ( g b t 1 8 9 1 8 2 0 0 2 ) t h eh r ta n 疵a n dt h er e c y c l i n gr a t i oa r et h em a i nf a c t o r si n f l u e n c i n gt h et n r e m o v a le f f i c i e n c y w h e nh r t 咖斑 3 h ，t h et h er a i s e o f h r r a d 删cc a nh a r d l yi m p r o v et h et nr e m o v a le f f i c i e n c y w h e nr e c y c l i n gr a t i o r 3 h ，t h et h er a i s eo fh r ta n o x i cc a nh a r d l yi m p r o v et h et n r e m o v a le f f i c i e n c y k e yw o r d s ：m e m b r a n eb i o r e a c t o r ( m b r ) ，f l a t - s h e e tm e m b r a n e ， w a s t e w a t e r t r e a t m e n t ，e n g i n e e r i n ga p p l i c a t i o n i v 学位论文版权使用授权书 本人完全了解同济大学关于收集、保存、使用学位论文的规定， 同意如下各项内容：按照学校要求提交学位论文的印刷本和电子版 本；学校有权保存学位论文的印刷本和电子版，并采用影印、缩印、 扫描、数字化或其它手段保存论文；学校有权提供目录检索以及提供 本学位论文全文或者部分的阅览服务；学校有权按有关规定向国家有 关部门或者机构送交论文的复印件和电子版；在不以赢利为目的的前 提下，学校可以适当复制论文的部分或全部内容用于学术活动。 学位论文作者签名： 乏农旦) 1 和8 年7 月1 妒日 经指导教师同意，本学位论文属于保密，在事 年解密后适用 本授权书。 指导教师签名：关饱 学位论文作者签名：丑旭 - 矿留年) 月f 肜日侧年1 月，垆日 同济大学学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师指导下，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，本学位论文 的研究成果不包含任何他人创作的、已公开发表或者没有公开发表的 作品的内容。对本论文所涉及的研究工作做出贡献的其他个人和集 体，均已在文中以明确方式标明。本学位论文原创性声明的法律责任 由本人承担。 学位论文作者签名： 批 枷喝年7 月f 髟e t 第1 章综述 第1 章综述 我国是一个水资源极匾乏的国家，人均水资源占有量约2 4 6 0 m 3 ，仅为世界 人均占有量的1 4 ，位居第1 0 9 位，己被联合国列为1 3 个水资源贫乏的国家之 一i 。全国6 6 9 座城市中有4 0 0 座供水不足、1 1 0 座严重缺水。与此同时，我国 水资源利用率低，用水严重浪费。今后，随着我国人口的增加、经济的快速增 长和城市化进程的加快，水资源需求量将进一步上升，水资源的供需矛盾将更 为突出。 从城市生活污水和工业废水中回用以节约有限的淡水资源，近年来得到了 我国政府和社会的重视。在国家发改委、水利部、建设部联合发布的节水型 社会建设“十一五”规划【2 】中，明确提出到2 0 1 0 年，北方缺水城市再生水利用 率要达到污水处理量的2 0 ，南方沿海缺水城市达到5 - - 、，1 0 。据相关预测， 2 0 1 0 年我国的城市污水排放总量将达到1 0 5 0 亿m 3 ，以城市污水处理率7 0 ( 国 家建设部要求2 0 1 0 年城市污水处理率不低于7 0 ) 计，再生水利用率统一按5 计算，则年再生水利用量将达到3 6 7 5 亿m 3 。 膜生物反应器( m e m b r a n eb i o r e a c t o r , m b r ) 工艺是利用膜分离系统取代传 统的污水处理系统中的二沉池，具有出水水质好、占地面积小、污泥产量低和 操作维护简单的优点，是2 1 世纪最有发展前景的水处理技术。科技部、财政部、 税务总局在中国高新技术产品目录2 0 0 6 ) ) 中，膜生物反应装置被评为技术水 平最高档的产品；进入了国家发改委的当前国家鼓励发展的环保产业设备( 产 品) 目录( 2 0 0 7 修订) 。有专家称膜生物反应器技术及其组合工艺将成为2 1 世纪污( 废) 水处理及资源化领域的革新技术。 1 1 膜生物反应器的发展历史 传统的活性污泥法中，二沉池的排放出水尚无法达到中水回用的标准，所 以二沉池的出水还要经过进一步过滤、活性炭吸附、杀菌消毒甚至反渗透等三 级处理。这样的工艺较为复杂，运行费用高，并且还有可能产生化学污泥等污 染。随着膜分离技术的发展，出现了利用超滤或者微滤膜代替三级处理工艺的 第1 章综述 尝试，随后进一步发展为利用超滤或者微滤膜代替二沉池的工艺方法，该工艺 被称之为外置式膜生物反应器【引。 1 9 6 9 年s m i t h 首次报道了美国的d o r r - o l i v e r 公司把活性污泥法和超滤工艺结 合处理城市污水的方法。该工艺采用膜分离技术取代常规的活性污泥二沉池， 采用外置式板框组件来实现膜过滤，使反应器中的微生物浓度得到提高。在生 活污水的处理中，获得了较好的处理效果，b o d i m g l ，c o d = 2 0 3 0 m g l ，系 统处理能力为1 0 - 1 0 0 l i l l 3 d 【4 1 。1 9 7 0 年h a r d t 等人【5 】采用1 0 l 的好氧生物反应器处理 合成废水，用死端超滤膜过滤技术实现泥水分离，m l s s 浓度达3 0 e l ，膜通量 为7 5l m 2 h ，c o d 去除率为9 8 。d o r r - o l i v e r 公司1 6 】在6 0 年代开发了m s t 工艺 ( m e m b r a n es e w a g et r e a t m e n t ) ，在该系统中，污水进入悬浮生长的生物反应 器中，通过板框式超滤膜组件的抽吸作用连续出水，进出口压力分别为3 4 5 k n m 2 和1 7 2 k n m 2 ，通量为1 6 9 l m 2 h 。 8 0 年代以后，随着膜制造技术的发展、膜分离工艺的完善、膜清洗方法的 改进和污水厂出水水质要求的提高，m b r 开始在污水处理行业得到较广泛的工 程应用。法国、美国、德国等对m b r 的研究也投入了很大力量，使m b r 的研 究内容更加全面而深入，为今后的广泛推广应用奠定了基础。这一时期有关m b r 的研究，主要集中在m b r 的处理效果和运行稳定方面。许多研究都证实了m b r 能够获得良好的出水水质。日本的三井石化公司采用m b r 对有机物的去除效果 进行了全面研究 7 1 。他们用m b r 处理粪便污水，在进水b o d 5 为8 1 0 0 m 比c o d 为9 0 4 0 m g m 的条件下，经处理后得出水b o d 5 r 清洗压加所以在选定的 因素和水平条件下对在线清洗效果影响最大的因素是产水量即膜组件通量，其 次是气水比即曝气量，影响最小的是清洗压力。此外，产水量的r 值远大于其 余二者，可见在运行控制中，膜组件通量是最值得关注的问题。 5 3 0 0 0 0 0 0 o 芒口i-0，口o o l 一生v山工 第5 章平板膜运行特性研究 从表5 4 可以看出，上支架产水量k 最小的水平是3 5m 3 h ，气水比k 最 小的水平是2 5 ：1 ，清洗压力k 最小的水平是4 0 k p a 。因此通过计算分析找出的 第5 章平板膜运行特性研究 最佳操作条件是产水量为3 5m 3 h ，曝气量为1 0 0 r n 3 h ，清洗压力为4 0 k p a 。但 在m b r 实际运行的过程中，不仅要考虑运行的稳定性，也要考虑实际的处理能 力。也就是说在选择实际的操作条件时，并不能简单的只选择膜污染最轻的操 作条件，还要兼顾到产水量。从上支架产水量k 可以看出，4 0 n 1 3 h 的k 为1 2 7 ， 3 5m 3 h 的k 为o 7 ，二者相差不大。因此综合考虑，选定的最终操作条件为产 水量为4 0 m 3 h ，曝气量为1 0 0m 3 h ，清洗压力为4 0 k p a 。 ( 萄下支架膜组件污染影响研究 对下支架，同样采用产水量、气水比和清洗压力为实验因素，操作压力增 长率为比较指标，设计3 因素、3 水平的正交实验，如表5 3 所示。需要指出的 是由于下支架污染比上支架要重一些，在选择产水量时都比上支架略低，最终 选择的因素水平如表5 3 所示，上支架产水量为4 m 3 h 、3 5 m 3 h 、3 m 3 h 三个水 平；曝气量为1 0 0 m 3 h 、8 0 m 3 h 、6 0 m 3 h 三个水平；清洗压力包括5 0k p a 、4 5k p a 、 4 0 k p a 三个水平。 正交实验结果如表5 5 所示，r 产水量 r 气本比 r 清洗压加所以在选定的因素 和水平条件下对在线清洗效果影响最大的因素是产水量，其次是气水比，影响 最小的是清洗压力，这与上支架得出的结论一致。 表5 5 下支架正交实验方案表 从表5 6 可以看出，上支架产水量k 最小的水平是3 m 3 h ，气水比k 最小 的水平是2 5 ：1 ，清洗压力k 最小的水平是4 0 k p a 。因此通过计算分析找出的最 5 5 第5 章平板膜运行特性研究 佳操作条件是产水量为3 m ，气水比为2 5 ：1 ，清洗压力为4 0 k p a 。但同上支 架一样，考虑到在实际运行中还要兼顾处理能力，而产水量为4 0m 3 f h 的k 和 3 5m 3 h 的k 相差不大，综合考虑，选定的最终操作条件为产水量为3 5 一h ， 曝气量为1 0 0 m 3 h ，清洗压力为4 0 k p a 。 从以上分析可以看出，选定的各因素对上下支架的影响主次顺序一致，都 是r 产木量 r 气求比 r 清洗压加上支架的最佳操作条件为产水量为4 m 3 l l ，曝气量为 a 0 0 m 3 h ，清洗压力为4 0 k p a ；下支架的最佳操作条件为产水量为3 5 m 弧，曝气 量为1 0 0 m 3 h ，清洗压力为4 0 k p a 。 表5 6 下支架正交实验结果分析 第5 章平板膜运行特性研究 考虑到m b r 采用的是上下支架结构，即同一个池内既有上支架又有下支架， 如果在运行过程中二者污染速率不一致，就会出现单独清洗一个支架，而另一 个支架虽然未到清洗压力也要停止运行的情况，给实际操作带来困难。因此， 在实际运行中，为了方便操作，应该尽量做到上下支架污染速率一致。从表3 和4 可以看出，在曝气量和清洗压力一致的条件下，上下支架在产水量分别为 3 5 ：3 ，4 ：3 5 和4 5 - 4 时，压力增长速率基本一致。 因此可以认为，在其他条件一致的情况下，上下支架产水量的比值为1 1 5 左右时，污染速率一致。 第6 章一体式a o m b r 处理城市合流污水的试验研究 第6 章一体式a o m b r 处理城市合流污水的试验研究 在水质富营养化日益严重的今天，越来越多的国家和地区制定了严格的氮 磷排放标准，因此废水脱氮除磷工艺的开发日益受到关注。普通的好氧膜生物 反应器，出水往往含有较多的硝酸盐，无法满足对水质要求较高的中水回用场 合，如城市景观用水的需要。因此，需要对其脱氮能力进行研究。 目前利用膜生物反应器工艺进行的脱氮研究，根据反应器型式的不同，主 要可以分为以下三种类型：( 1 ) 同步硝化反硝化( s n d ) m b r ：反应器构型为 普通好氧m b r ，通过控制反应器运行条件，在同一个反应器内实现硝化一反硝 化的过程，w a n g 粥l 进行了试验研究发现，可以实现6 0 - 7 0 的t n 去除率， 主要影响因子是反应器内的d o 浓度；( 2 ) 序批式m b r ：反应器构型为序批式 反应器，利用控制曝气时间，实现时间上的缺氧一好氧交替，实现脱氮效果， 张捍副9 9 1 利用序批式m b r 进行了处理人工配水的试验，实现了8 7 4 的总氮去 除效果；( 3 ) a o ( 缺氧一好氧) m b r ：类似于传统的脱氮的a ot 艺，前置 反硝化段实现脱氮，w a n g 1 删采用缺氧好氧膜生物反应器( a d m b r ) 处理食 品加工废水，总停留时间1 1 h 的条件下，对c o d 、n h - n 和t n 的去除率分别 为9 4 ，9 1 和7 4 ；也有研究者在此基础上增加了厌氧段，构建a 2 0 - - m b r ， 在脱氮的同时实现磷的生物去除，p a t e l 1 0 1 l 利用a 2 0 m b r 处理生活污水，实现 了7 7 5 的 i n 去除率。 目前在需要考虑脱氮的工程设计和应用中，利用s n d 和序批式的m b r 较 少见到，主要停留在研究阶段；工程应用中较多的是采用a o - - m b r ，例如美国 g e 公司的z e e w e e d 系列膜组件，据报道可以实现9 0 的t k n 的去除1 1 0 2 j 。为 了指导工程应用和实践，针对城市合流污水，选择利用a o - - m b r 工艺进行小 试研究，得出关键设计参数。本试验构建了缺氧一好氧平板膜生物反应器 ( a n o x i c - - a e r o b i cm e m b r a n eb i o r e c t o r ) ，对其脱氮影响因素进行了研究。 6 1 试验材料与方法 6 1 1 试验装置和工艺流程 第6 章一体式a o - m b r 处4 城市台流污水的试验研究 试验装置和工艺流程见图6 1 。污水由潜水泵从沉砂池提升至原水箱，然后 利用进水泵提升至配水槽，从配水槽内溢流至缺氧池：在好氧池内布置平扳膜 组件，利用空气泵提供氧气，同时上升气泡起到冲刷膜表面的作用；好氧池中 的混合液利用回流泵回流至缺氧池；在出水泵的管路上设置水银压力表显示跨 膜压力。 缺氧池 * 氧 目6 1a o 一平板膜生物反应器试验装置工艺流程图 幽6 2 a 0 - - 平扳膜- 生物反戍器试验装置实物照片 试验装置共2 套分别记为l 号、2 号反应器。l 号反应器缺氧段容积72 l 好氧段容积1 4 4 l 合计2 28 k2 号反应器a 段容积1 44 lo 段容积1 44l f 第6 章一体式a o m b r 处理城市合流污水的试验研究 合计2 8 8 l 。其中采用自制的平板膜组件，膜组件有效面积0 3 7 m 2 , 膜孔径0 4 比m 。 装置按照缺氧一好氧方式运行6 0 d 。 6 1 2 原水水质 实验用原水来自上海白龙港水质净化厂旋流沉砂池出水，为典型的城市合 流污水，主要水质指标见表6 1 。 表6 1 试验进水水质 6 1 3 分析项目与方法 试验水质的主要分析项目为化学需氧量c o d 、氨氮、总氮和s s 。测定方法 采用国家环保局的水和废水监测分析方法标准方法。( 国家环境保护总局 水和废水监测分析方法 m i 第4 版北京：中国环境科学出版社，2 0 0 2 ) 6 2 试验运行情况 6 2 1 反应器启动 2 0 0 7 年1 1 月1 日启动反应器，接种污泥为自龙港水质净化厂内一个正常运 行的a 2 0 ( 缺氧一厌氧一好氧) 活性污泥法中试装置，启动时污泥浓度为6 9 l 左右，污泥性状良好，经过5 天的驯化后，正式开始了本试验。试验期间保持 污泥龄为4 0 d 。 6 2 2 反应器运行工况 反应器运行期间的工况条件如表6 2 所示。 第6 章一体式a o - m b r 处理城市合流污水的试验研究 表6 2a o - - m b r 试验运行工况 2 0 0 7 1 1 1 6 - 2 0 0 7 1 1 3 0 1 号 2 号 1 号 2 号 1 号 2 号 1 号 2 号 2 4 4 8 2 4 4 0 2 4 2 9 2 4 2 4 8 4 8 4 8 4 o 4 8 2 9 4 8 2 7 2 9 6 7 2 8 4 0 7 2 5 8 7 2 4 5 0 1 1 0 0 1 1 5 0 1 0 0 2 1 0 0 6 3 结果与讨论 6 3 1 对污染物的去除效果 ( 1 ) 对c o d 的去除效果 两套试验装置的c o d 去除效果如图6 3 所示。试验过程中，进水c o d 在 1 9 3 - 4 3 1 m g l 之间波动，平均进水c o d 为2 7 6 m g l 。出水c o d 均稳定在3 5 m g l 以下，平均出水c o d 为2 3 5 m g l ；平均c o d 去除率为9 1 4 。出水水质稳定 达到城镇污水处理厂污染物排放标准g b l 8 9 1 8 2 0 0 2 ) ) 中的一级a 标准要求和 城市污水再生利用景观环境用水水质标准g b l 8 9 2 1 2 0 0 2 ) ) 中的相关水质要求。 6 1 第6 章一体式a o - m b r 妊4 城m 台诫h m 的i 验研究 蚺气啼“ 融：| l 一m4 0 鲁 * + 20 9 6 壹1 “”1 0 0 2 0 4 06 0 天数( d ) 图6 3c o d 去除效果 在试验进行过程中，利用2 号装置，通过缩短h r t ，增加c o d 容积负荷， 考察系统对c o d 的去除能力。结果如图6 4 所示。总h r t 分别为9 6 h 、8 h 、5 8 h 和4 h ，c o d 容积负荷从05 4 k g c o d m 3 d 增加到2 5 9 k g c o d m 3 d ，但是c o d 去除率一直非常稳定。这体现了膜生物反应器对于水质冲击负荷的适应能力， 在其他研究者的研究中，也普遍得到了类似的结论。例如刑传红1 1 0 3 l 等人的研究 中，利用管式膜生物反应器处理生活污水，当c o d 容积负荷提高几倍的情况下， 出水c o d 基本不变，去除率仍可达9 7 以上。 h 於w “w ”“ n 8 0 ：1 ：戮ns 。趣 ，1 。4 0 誉 ，- h r 。2 。 2 04 0 0 6 0 天数( d ) 圈6 4 不同c o d 容积负荷变化下c o d 去除率情况 ( 2 ) 对氢氮的去除效果 试验装置对氨氮的去除效果如图6 5 所示。可以看到两套反应器对于氨氮 均有9 9 以上的去除率，且1 分稳定。出水氧氮均在l m g ：l 以f ，山水氨氮平 舳呻舯呻毒0 曹oou孝 年菩酵鲁u 第6 章一体a a o - m b r 赴理城市告流* m * 研究 均值为01 5 m g l 。系统能够实现比较彻底的硝化，体现了膜生物反应器对于鲺 氨高效去除的特点。因为膜能够截留硝化苗，使其不随水流出反应器，因此硝 化效果远远好于传统的活性污泥工艺。膜一生物反应器对于氨氯的高效去除，已 经是目前研究者公认的结论【1 叫。 3 5 3 0 3 2 5 普2 0 赋1 5 酶1 0 r 。 o 小绺 02 04 0 幽6 5 氨氮去除效果 8 0 $ 蚌 6 0 9 6 篮 糊 4 0 1 6 酶 晡 2 ( 鹏 一0 6 0 天数( d ( 3 ) 对总氮的去除效果 1 号反应器对于t n 的去除情况如图6 6 所示。反应器运行期间，1 号反应 器保持缺氧段h r t - - 2 轴，好氧段h r t - - 48 h ，总h r t - - 72 h ，s r t = 4 0 d ，四 个工况下回流比分别取5 0 、1 0 0 、1 5 0 和2 0 0 。在5 0 的回流比的条件下， 反应器出水t n 浓度较高，平均出水t n 浓度1 73 m g l ，平均总氮去除率仅为 4 5 ；在1 0 0 、1 5 0 和2 0 0 的回流比条件下，反应器出水t n 平均值分别为 1 2 m g l 、1 37 m g l 和1 22 m g l ，平均总氮去除率分别为6 5 、6 34 和6 5l 。 除了工况1 之外，其余工况出水t n 基本能够达到城镇污水处理厂污染物排放 标准g b l 8 9 1 8 - 2 0 0 2 中的一级a 标准要求。 a 氮骅斛桶! 譬酗贴蛐蛐晾媳 一 一 第6 章一体式a o - m b r 处理城市台斑污水的试验究 二! ! 二! ! hj ! ! + 二! ! + 图6 61 号反应器总氮击除效果 2 号反应器对于t n 的去除情况如图6 7 所示。反应器运行期间，根据四个 工况，2 号反应器缺氧段h r t 分别取48 h 、4 h 、2 9 h 和2 h ，对应的总h r t 分 别为9 6 h 、g h 、5 8 h 和4 h 回流比均取1 0 0 。在四个工况条件下下，反应器出 水t n 平均值分别为84 m g l 、8 0 m g l 、8 2 m g l 和1 39 m e , 几，平均总氨去障率 分别为7 33 7 66 、7 76 和5 6 8 。所有工况条件下出水t n 全部能够达到 城镇污水处理厂污染物排放标准g b l 8 9 1 8 2 0 0 2 ) 中的一级a 标准要求。 幽6 72 号反应器总氪主除效粜 6 3 2t n 去除效果的影响因素 ( 1 ) 小同影l 啊因素对总氮去除率的影响 0 5 o 5 0 5 0 5 o 5 0 1普)n工 驰蛎帅嚣面蝣m 0 0 一普v z h 第6 章一体式a o m b r 处理城市合流污水的试验研究 本试验考察了6 种影响因素对出水t n 浓度和 i n 去除率的影响，采用数学 统计软件s p s s 分析了各参数与t n 去除率和出水t n 之间的关系。p e a r s o n 指 数妇) 如为正值，代表正相关，其值越大代表正相关联度越显著；p e a r s o n 指数 如为负值，代表负相关，其值越小代表负相关联度越显著。统计结果如表 6 3 所示。 表6 3 不同影响因素与出水t n 、1 1 , 1 去除率之间的p e a r s o n 相关系数 注：，关联度在0 0 5 水平( 2 - t a i l e d ) ，关联度在0 0 1 水平( 2 t a i l e d ) 。 结果表明：对出水t n 和t n 去除率影响最大的因素是缺氧段h r t 和硝化 液回流比。在本试验中，c o d 倒相对稳定，因此在本试验中不是主要影响因素； 进水t n 对出水t n 浓度无影响，因此也不是主要影响因素；好氧段h r t 对于 t n 的去除也没有影响。 ( 2 ) 缺氧段h r t 对t n 去除率的影响 缺氧段水力停留时间是a o 脱氮工艺中重要的设计和运行参数之一，直接 能够影响到处理效果以及工艺设备的投资。图6 8 是不同缺氧段h r t 下平均 i n 去除率的变化情况。在平均c o 洲为8 0 左右，回流比1 0 0 的条件下，当缺 氧段h r t 小于3 h 时， i n 去除率与之成线性关系；当缺氧段h r t 大于3 h 时， 则对于t n 去除率基本没有影响。本试验中，当缺氧段h r t 从2 h 增大到2 9 h ， t n 去除率从5 6 8 增大到7 7 6 ；而当缺氧段h r t 增大到4 5 h ，t n 去除率仍 为7 3 3 ，与缺氧段h r t 取3 h 时基本没有差别。 第6 章一体式a o m b r 处理城市合流污水的试验研究 l o o 9 帆 瓣8 嘣 篷7 0 堂6 0 9 6 _ 5 0 9 6 4 0 3 0 1234 5 缺氧段h r t ( h ) 图6 8 缺氧段h r t 对于 i n 去除率的影响( 回流比= 1 0 0 ) 可以看到，针对本试验的水质和运行条件，存在一个最佳的缺氧段池容， 此时缺氧区的硝态氮恰好能够被反硝化反应彻底的转变为气态产物；如果缺氧 段池容大于该最佳值，只会增加微生物在缺氧段的衰减，对生物处理效果不会 有迸一步的改善。 ( 3 ) 回流比对t n 去除率的影响 硝化液回流比对于t n 去除率的影响如图6 9 所示。可以看到，在回流比 r 1 0 0 后，增 大回流比不能改善系统对于t n 的去除效果。在本试验中，当r 从5 0 增大到 1 0 0 时，t n 去除率从4 5 0 增大到6 5 8 ；而当r 提高到2 0 0 时，t n 去除率 仍为6 2 1 ，与r = 1 0 0 的情况相比差别不大。 l o o 9 0 幡8 0 9 6 篮7 0 耋6 0 一5 0 9 b 4 0 3 0 0 5 0 1 0 0 1 5 0 9 62 0 0 硝化液回流比 图6 9 硝化液回流比r 对于t n 去除率的影响 ( 缺氧h r t = 2 4 h ，好氧段h r t = 4 8 h ) 第6 章一体式a o m b r 处理城市合流污水的试验研究 回流比实质上起到稀释的作用。提高回流比一般导致缺氧区的颗粒状组分 的浓度上升、溶解性组分的浓度降低。而当回流比r 大于一定值时，提高r 不能 明显的改变溶解性组分的浓度了。过高的回流比只会徒然增加能耗，对于实际 处理效果改进甚小。这与传统的活性污泥法脱氮工艺中的结论是一致的1 1 吲。 6 4 小结 ( 1 ) 针对典型的城市合流污水，平均c o 洲为8 0 ，利用a o 膜