氯化镧强化膜生物反应器处理印染废水的研究

1、氯化镧强化膜生物反应器处理印染废水的研究【摘要】：本文研究了膜生物反应器（MBR）工艺结合氯化镧处理印染废水的研究。从污泥性能、MLSS影响、COD、BOD的去除方面分析了氯化镧强化膜生物反应处理印染废水的影响。随着运行时间的增加，污泥的容积指数（SVI）总体呈现出先下降后上升再下降的趋势。当水力停留时间为8h，氯化镧组的SVI达到最低68.76ml/g，SV30 59%，空白组SVI 106.78ml/g,SV30 85%，对比表明氯化镧具有提高活性污泥絮凝和沉降性性能的功效。后期由于污泥负荷较高，氯化镧组SVI上升，调整水力停留时间为11.8h，SVI四天后开始下降且低于空白组并趋于稳定。

2、同时两组反应器MLSS上升，氯化镧组增长速度比空白组快得多，最终空白组与氯化镧组MLSS分别稳定在11.46g/L、13.29g/L，说明水力停留时间的及时调整使氯化镧在提高污泥絮凝和沉降性能上起到了协调作用。随着氯化镧溶液的增加，COD去除率提高, 氯化镧组去除率由初期的62.83%升至83.89%,空白组去除率由初期的64.92%升至83.22%。说明适当的氯化镧浓度的添加，有利于提高污泥降解有机物的效率。最终氯化镧组COD去除率稳定在83%左右,出水浓度在65mg/L左右,空白组COD去除率稳定在 80%左右,出水浓度在70mg/L左右。对于BOD的去除效果，两组反应器的BOD的去除率均

3、呈上升趋势，当空白组与氯化镧组BOD去除率上升到93.96%、95.03%时，没有再上升的空间，之后有轻微下降。关键词：MBR工艺；氯化镧；污泥性能；MLSS；BOD；COD1.引言1.1水污染现状概述当前，我国城镇水污染的主要来源是生活污水与工业污水。而导致水体遭受污染的原因一般是没有采用相应的专业净化措施就直接将生活用水以及工业用水排入河流或地下，从而这些浓度较大的污水进一步污染了更多的水。经过长期累积，这些污水质变并扩散到城镇周边以及河流流经之处1，从而影响水资源的可持续利用。2014年，国家对全国200多个城市的地下水进行勘测，监测结果如图1所示。水质优良的地区仅占10.8%，而水质较

4、差的竟达到45.4%。目前，我国仅有不到一半的工业及城市污水经集中处理再排放，大部分的污水都是直接排入江河湖泊。正是由于国家没有对污水排放进行高强度的约束，才导致了大量的水资源出现恶化现象。图1 2014年全国水污染状况Figure 1 National water pollution situation in 2014城市污水主要来源于生活用水和工业发展排放的工业废水。主要的污染源及污染特点经分析大致如下所述2。在生活污水中，绝大部分是来自居民区的洗涤用水和厨房污水，城市中各区域交错布置，餐饮、洗车、洗浴等行业尤其多，因此才形成了城市污水污染源点多、面积广、强度大的特点。遇到雨水天天气，这些

5、污水就被冲进河流，被污染的水流再继续去污染其它的水源，而这些有毒物质以及居民的生活垃圾等都会造成水资源进一步的污染。工业废水的主要来源是工业生产中的垃圾填埋渗滤液、加油站地下渗漏以及工业生产中的有毒物质硝酸盐。由于污水量大面广，使得我们的水环境被大量的重金属、氰化物、砷化物、亚硝酸盐、有机污染物侵入，严重危害着人类健康，人们称之为“地球恶性肿瘤”。专家统计，未经处理的自来水污染物高达2000多种，而现在人们多发心脑血管疾病或癌症，罪魁祸首就是其中的污染物氯。而人类 80%的疾病和 50%的儿童死亡率都是由饮水水质不良引起的3。1.2污水处理技术如何将废水中对人体及环境有害的物质变成无毒无害的物

6、质，从而放心的排入大自然持续利用，这是人类一直在研究并不断进步的重大事业。传统污水处理技术主要有物化处理、化学处理、生化处理，还有联合处理方法。1.2.1物化处理在污水处理中，物化处理通常作为预处理或后处理。主要包括混凝、气浮、吸附、膜分离法和吹脱法等方法。（1）混凝法混凝法是利用混凝剂对胶体离子的静电中和、吸附、架桥等作用，在絮凝剂的作用下,胶体离子脱稳并发生絮凝沉淀，以此去除污水中的悬浮物和可溶性物质4。选择性能优良的混凝剂是高效混凝处理污水的关键。常用的混凝剂有硫酸铝、氯化铁和聚合氯化铝。近几年，混凝剂研究重点主要是主要发展高分子聚合物以及成分功能复合5。但是使用混凝法会导致出水盐度高、

7、偏酸性，剩余污泥较多，且对氨氮的去除率低，因此被广泛用作预处理及后处理过程中。如在工业污水预处理过程中，先向污水中加入混凝剂，（如明矾、硫酸亚铁等药剂），使胶体粒子之间不再产生静电排斥，加入絮凝剂(如PAM、PE 等药剂)，增大微粒半径形成沉淀6，从而去除部分污染物。（2）气浮法也称浮选法，通常用于去除污水中处于乳化状态的油以及去除污水中密度接近水的微细悬浮颗粒状态的杂质。其原理是利用高度分散的微小气泡作为载体去粘附废水中的悬浮物，在压力作用下气泡上浮至水面而被去除。其优点是效率高、占地小，尤其适合去除油脂或表面活性剂之类的轻型杂质。缺点是造价高，运行维护成本也高。（3）吸附法吸附法的主要原理

8、是通过固体吸附剂的废水中的污染物吸附在吸附剂上被去除，部分有用物质被回收。常用的吸附剂有活性炭、煤渣、树脂、腐植酸等。不同的吸附剂处理废水的效果也不同，对于一些染料废水，吸附剂可以吸附酚、汞、铬、氰等有毒物质，大大减轻了后续生物处理系统的压力。但对于一些极性大溶解性较高的有机污染物吸附效果差，且费用昂贵，目前也没有找到合适的回收与再生利用方法7。（4）膜分离法该技术是利用膜的选择透过性将离子或分子及某些微粒从水中分离出来。膜技术主要包括电渗析法和反渗透两种技术，膜处理技术可以对一些对污水处理有益的物质进行回收，也减少了有机物的排放量。电渗析法起初在海水淡化以及饮用水精制领域受到重视，现扩大应用

9、范围并在污水处理方面广泛应用。处理污水效率高，无需使用化学试剂，设备简单能耗低。但该法易产生极化、结垢和腐蚀问题，因此维护困难。反渗透法是在渗透膜的废水表面施压8，9，只允许水分子透过半透膜，从而达到分离废水中的污染物的目的。该法对 Ni2+、Cu2+、Zn2+、Cd2+等的去除率高达98%，其优点是投资少，占地小，可回收有用物质。但在废水处理的实际操作过程中，膜的使用寿命是当前研究的一大难题，当前一般用于回用污水前的深度处理10-11。（5）吹脱（汽提）法该法常用于去除水中的溶解气体或某些挥发性物质。将气体通入水中,以空气或水蒸气作载体，水中溶解气体和挥发性溶质与空气或水蒸气结合并转移,以此

10、去除污染物。该法适合去除水中难降解的有机物、金属离子和色度等12。但吹脱过程易受pH值、水温等因素的影响，因此应视情况不同对废水进行澄清、去油、调整pH、加热等预处理。吹脱法在处理制药废水中去除氨氮有较好的效果，如上海某制药厂产生的乙胺碘吠酮废水，其浓度范围72007500 mg/L，通过静态吹脱法，氨氮去除率为70.3 %99.3 %13。1.2.2化学处理化学处理方法主要是利用化学试剂处理污水，主要包括铁炭法、fenton试剂处理法、氧化法、高级氧化技术等。（1）铁炭法铁碳处理法又叫铁碳微电解法或铁碳内电解法，在酸性条件下， 发生氧化还原反应，铁与碳形成无数微电流反应池，有机物在微电流作用

11、下被氧化还原，铁炭出水加入石灰乳中和生成Fe(OH)2具有吸附性，从而去除污水中的污染物，降低了COD和BOD5负荷6。利用铁碳法来处理印染废水脱色效率高、协同效应强、成本低、操作简便。但铁碳费填料费用高，在酸性的长期运行下，铁屑易结块,造成堵塞降低处理效率，同溶出的铁量较大，但加碱中和后产生泥渣又较多 4，6。（2）Fenton试剂处理法Fenton试剂是亚铁盐和H2O2的组合形式，电解反应产生的Fe2+具有强氧化性，·OH自由基在催化作用下，能破坏高分子芳香环，降低了污水的可生化性6。该处理技术可有效去除传统废水处理技术难以去除的污染物，但其处理费用高，且只适合少量酸性低浓度废水

12、的处理。为克服Fenton法的弊端,近年来,又发明了一种类Fenton试剂法，即与其他处理方法组合处理,如生物法、超声波法等6。如今又把紫外光（UV）、草酸盐（C2O42-）等相关先进技术的最新研究成果引入Fenton试剂中，大大加强了Fenton试剂的氧化性4。（3）氧化法采用化学氧化法处理废水，废水的可生化性得到大大的提高，同时对COD的去除率也很高。Baolciglu等14利用臭氧氧化处理技术，处理了3种抗生素废水，不仅降低了COD和BOD5的负荷，的且COD去除率均在75以上。（4）高级氧化技术随着社会经济的发展，人们不仅对物质的要求更高，对生存的水环境要求也在提高。这就导致传统污水处

13、理工艺难以满足越来越高的污水排放标准，于是相关研究者继续钻研产生了高级氧化技术(AOP)。加入了光、电、声、磁等现代技术，形成了电化学、超临界、光催化、超声降解等氧化技术，还有上面提到的类Fenton技术4。紫外光催化氧化技术当前应用最广泛。因其对废水没有选择性，去除污染物效率高，在降解不饱合烃时效果最显著，不产生二次污染。在现代技术中超声波也受到了极大的关注，超声波处理污水的方式更加直接，对设备的要求更低。此技术现阶段较普遍地应用于强化微污染水的生物处理。在处理城市污水时，利用此技术可以有效降解污水内的化学污染物，提高MBR的生物活性及有机负荷6，大大地提升污水处理质量。1.2.3生化处理生

14、化处理方法因其处理效率高、运行费用相对较低且不会造成二次污染的优点，是废水处理中广泛使用的一种技术。分为好氧生物处理、厌氧生物处理以及两者的耦合工艺。好氧生物处理主要是活性污泥法15，以及其变形工艺如氧化沟、深井曝气法、AB法、生物接触氧化法、SBR法、CASS法等。厌氧生物处理包括升流式厌氧污泥床（UASB）、厌氧复合床(UBF)、厌氧折流板反应器（ABR）、水解法等。1.2.3.1好氧生物处理该处理方法是在好氧条件下，污水中的部分有机物被好氧微生物（及兼性微生物）同化合成新的细胞物质，最终被转化为水和CO2等。（1）活性污泥法生物活性污泥法是国内外运用较为熟练的生物处理技术，在其基础上也演

15、变了很多其他工艺。一般二级污水处理厂常用的处理工艺有:A/O除磷、A/O脱氮、A2/O脱氮除磷工艺、氧化沟等。A2/O在污水生物处理脱氮除磷过程中，同时具有厌氧区、缺氧区、好氧区，工艺流程如图2所示。污水进入厌氧池，与二沉池回流过来的剩余污泥结合，聚磷菌释放磷，部分含氨有机物氨化。后进入缺氧段，缺氧工段放到好氧工段之前，这种方法叫作前置反硝化，主要进行脱氮，部分有机污染物在反硝化菌作用下结合硝酸盐被去除。再进入好氧段，进一步降解有机物，使氨氮硝化，再经过混合液回流将硝酸盐、亚硝酸盐引入缺氧反应工段重复利用。同时该阶段聚磷菌超量吸收磷，通过排泥将磷去除 6。图2 A2/O工艺流程图Figure

16、2 A2/O process flow chart（2）深井曝气法深井曝气法与普通活性污泥法相比，氧气利用率高、处理效果好、投资少、运行费用低、污泥负荷高、占地面积小、不易发生污泥膨胀。此外，由于其良好的保温性，处理废水不受地区气候影响。为了达到越来越高的污水排放标准，人们又开始将深井曝气法与其他技术联合使用。如与生物接触氧化法结合，处理含有林可霉素、维生素C等的高浓度制药废水13 。深井曝气法的高效率减轻了下一步处理工序的压力，有利于工艺治理的出水达到排放标准。（3）AB法该法是吸附生物降解的简称，是一种超高负荷活性污泥法。AB法将曝气池分为高低负荷两段，并配有独立的沉淀和污泥回流系统，A段

17、负荷超高，主要发生生物絮凝吸附，BOD去除50%以上，对pH及有毒物质有极好的缓冲作用；B段与常规活性污泥法相似，负荷低，泥龄长。该法适合处理高浓度、水质水量不稳定的污水。但当脱氮除磷要求很高时，若按照A段去除BOD50%以上，那B段含碳/氮比偏低，不能有效脱氮，污水中还存在大量的营养物导致水体的富营养化16。（4）接触氧化法该技术是以附着在填料上的生物膜为主净化废水。污水与池底的填料充分接触，生物膜生长至一定厚度，填料壁的微生物代谢以及气体冲刷作用使生物膜脱落，随水流排出。该技术结合了活性污泥和生物膜法的优点，负荷高、泥量少、抗冲击能力强、管理方便、易于培菌驯化。而合理的组合工艺有助于提高工

18、艺处理污水的效率，常用厌氧硝化、酸化作为预处理，再结合生物接触氧化法处理废水，这也是人们现在正在研究的重点。（5）SBR法该法采用的是间歇性曝气的方式对反应池内的污水进行混合、沉淀以及排水等过程，适合处理水量水质波动大的废水。其优点是抗冲击能力强、污泥活性高、运行方便、占地小、投资小、脱氮除磷效果好等等17。经试验表明：交替重复设置缺氧与好氧段，并合理安排曝气时间，可大大提高污水处理效果；在反应池中投加一定量的PAC（聚合氯化铝），强化污泥絮凝，也可大大提高系统的去除污染物的效果。最近几年，对SBR工艺的研究越来越完善，在各大工业领域都有，邱丽君18等采用水解酸化结合SBR法处理生物制药废水，

19、出水水质达到了国家一级标准，且泥水分离性能良好。1.2.3.2厌氧生物处理由于厌氧生物处理的反应容器体积小、耗能低、简单方便，厌氧生物处理被广泛应用于处理城市污水。但由于城市生活污水的污染物浓度比较低，在实际运用中受到限制，因此相关研究者对传统厌氧处理工艺进行改进，并取得了重大进展20。一些废水直接采用好氧方法处理效果并不理想，而厌氧生物处理技术解决了废水处理的一些技术问题。目前对于一些有机污染物含量高、浓度高的污水处理都选择厌氧处理方法来处理，但出水 COD仍较高，须再进行好氧生物处理作为后处理。UASB 工艺（升流式厌氧污泥床）是比较热门的厌氧处理工艺。污水从反应塔底部进入，反应塔底部大量

20、的厌氧活性污泥形成了状态良好的污泥悬浮层，有机污染物被污泥分解代谢，在厌氧塔中产生沼气，气泡会带动一部分污泥上浮进入三相分离器中，沼气收入沼气处理器中导出反应塔。而上浮的污泥混合物则进入三相分离器，而另一部分的污泥分子会絮凝沉淀沉入底部，继续在底部与活性污泥进行生化反应；污泥的代谢物质则从出水口溢流分离出反应器，压泥机处理后变为固体废弃物收集处理21。图3 UASB工艺原理图Figure 3 UASB process schematic1.3 MBR工艺概述1.3.1 MBR工艺的定义及原理MBR是膜生物反应器的简称（Membrane Bio-Reactor）,是一种将活性污泥法与膜分离技术完

21、美结合的技术22。其主要原理是膜分离技术可以截留住生化反应池中的活性污泥和大分子有机物，其水力停留时间（HRT）和污泥停留时间（SRT）可以分别控制。MBR由膜分离组件及生物反应器两部分组成。主要有三种：曝气膜-生物反应器(AMBR)、萃取膜-生物反应器（EMBR ）、固液分离型膜-生物反应器（SLSMBR, 简称 MBR ）。MBR工艺的关键是固液分离，可以说MBR工艺依赖于膜的固液分离性能而发展23，其在污水处理中的工艺顺序如图4所示。 MBR工艺将膜分离技术与传统污水生物处理技术结合，用膜分离过程取代了传统活性污泥法中二沉池的作用，不仅省去了二沉池的建设，还实现污泥停留时间（HRT）和水

22、力停留时间（SRT）的分离，极大地提高了固液分离效率。相对于传统活性污泥法，MBR工艺曝气池中可维持相对较高的活性污泥浓度，污泥中的特效菌（优势菌群）使生化反应速率大大提高。同时，降低 F/M比减少剩余污泥产生量，也避免了传统工艺中污泥膨胀的现象。图4 MBR处理工艺Figure 4 MBR treatment process1.1.2 MBR工艺类型根据膜组件和生物反应器的组合方式来分类，有分置式、一体式以及复合式。（1）分置式膜-生物反应器顾名思义就是把膜组件和生物反应器分开设置。其工作原理是经过预处理的污水进入生物反应器，活性污泥先去除大部分污染物，再经循环泵增压打至膜组件的过滤端，在压

23、力作用下污水透过膜后出水。截留其中一些固体及大分子物质等，随浓缩液回流到生物反应器内重复利用。其优点是膜组件和生物反应器相互干扰较小，调节控制比较好操作；膜组件安置在生物反应器外面，清洗更换膜更方便24,25。但循环加压泵在膜表面高速错流，动力消耗太大，目前仅应用于在工业废水、垃圾填埋场的渗滤液等特殊废水处理。图5 分置式膜生物反应器Figure 5 split membrane bioreactor（2）一体式膜-生物反应器把膜组件装置在生物反应器内部，这在某种程度上节约了构筑物的面积。经预处理的废水进入反应器，混合液中的活性污泥先去除大部分污染物，再经抽吸泵出水，这种在膜后面在安装泵的方式

24、，其动力消耗相对分置式 MBR要小得多。弊端就是膜组件浸没在生物反应器的混合液中，清洗更换膜组件不方便。但与分置式MBR 相比，能耗低这个经济适用的优点使一体式MBR应用更为广泛26。图6 一体式膜生物反应器Figure 6 integrated membrane bioreactor（3）复合式膜-生物反应器是一体式膜生物反应器的变形，其形式一样，但复合式是将填料放在生物反应器内，从而改变了反应器内部混合液的性状。复合式的特点在于运行稳定，方便，脱氮除磷效果极好，对于氨氮去除率可在原来基础上提高35，出水的氨氮平均浓度更是可以降到5mg/L以下，这对于去除高浓度氨氮生活污水极其有利27。1.

25、3.3 MBR工艺的优缺点（1）MBR工艺单优越性：高效的固液分离使出水水质优质稳定且效率高；反应器中含有较高的生物量使剩余污泥产量少；占地面积小，省去二沉池使设备集中布置；可除去氨氮及难降解有机物；避免了传统活性污泥工艺中的污泥膨胀的现象；操作方便，HRT与SRT分别控制易于执行自动化控制。（2）MBR工艺的不足： 膜组件造价高，使基建投资高； 膜污染清洗麻烦，使操作管理不方便；膜使用寿命短，加大运行成本；泥水分离须保持膜驱动压力、高强度曝气、增大膜通量减轻膜污染需增大流速使MBR能耗比一般活性污泥法高得多。1.3.4 MBR工艺的开发与应用膜生物反应器实际应用是在90年代后期，加拿大Zen

26、on 公司设计了超滤管式膜生物反应器，用于处理城市废水。中国相关研究者也一直在紧追脚步。1998年5月，来自清华大学的研究者研发的一体式膜生物反应器中试系统通过了国家鉴定。 2000年初，清华大学在北京市海淀医院建立了一套MBR 系统处理医药废水。同年9月，天津大学杨造燕教授科研小组在天津新技术产业园区普辰大厦内建成了一个MBR工艺的示范工程，该系统日处理污水高达25t，处理后的污水达标并用于冲洗厕所及浇洒绿地 28。（1）城市污水处理及中水回用城市生活污水一般是洗碗洗菜废水、粪便等，其污染物浓度低，可生化性好，全国大部分地区采用MBR工艺处理城市废水并进行中水回用处理，获得了较大的经济社会效

27、益，人们称之为“21世纪的水处理技术”27。（2）农业废水处理农业废水中含有大量的细菌和有机物，过去处理此类废水一般使用SBR处理技术，但只能去除粪大肠菌，埃希氏大肠杆菌，无法对废物进行降解。结合MBR技术后，所有的细菌都能被有效去除，包括一些悬浮固体28。（3）工业废水处理在工业污染泛滥的21世纪，人们早就把MBR技术应用在工业废水处理上，如食品工业、水产加工、化妆品生产、印染业、石油化工等产业，对其废水的处理效果都非常理想。经研究，MBR在处理含盐废水及焦化废水时，效果极好。当废水盐度在3%时，运用MBR 技术处理，有机物的降解去除率高达百分之九十以上，且MBR 工艺对氨氮的去除效果非常好

28、。MBR处理焦化废水时，结合电解反应器，可有效地将废水中的焦化浮华油和部分氰化物分解，经循环降解直至达到优良水质29。（4）垃圾填埋场渗滤液处理在垃圾填埋场的堆肥渗滤液中，污染物浓度极高，且由于气候条件与操作运行条件的变化，渗滤液的水质和水量不稳定。罗宇，杨弘毅30在MBR工艺应用于垃圾渗滤液处理的研究中，结合我国垃圾渗滤液的特点,利用MBR工艺处理垃圾填埋场的渗滤液,发现按常规MBR工艺处理渗滤液,反硝化反应器中会聚集太多的重金属,须在运行中减低重金属离子的影响。经过调整后的MBR工艺处理垃圾渗滤液可以达到国家一级排放标准。1.3.5MBR工艺未来的研究重点针对MBR工艺的缺点，我认为将来研

29、究的重点应该放在以下几个方面：1.膜污染防治及机理研究；2.优化工艺流程及运行条件；3.深入研究污泥产率，以合理减少污泥产量，降低处理费用； 4.提高生物反应器内微生物的新陈代谢，研究其对污泥活性及出水水质的影响。现有的MBR工艺给城市以及经济发展带来了极大的利益，MBR工艺除了上述的几种应用，还可以应用于：1.升级城市污水处理厂，优化其设备工艺；2.处理一些农村居民点或旅游景点等尚未安置排水管网的地区废水；3.将设备应用到需要中水回用地方，如洗车业、酒店宾馆、移动厕所、动车飞机等。1.4稀土元素1.4.1稀土元素定义稀土(Rare Earth，简称RE或R)是历史的产物，大部分是欧洲的学者发

30、现制取的。但我们中国的成矿条件优越，拥有丰富的稀土资源。稀土元素是化学元素周期表中的镧系元素：镧(La）、铈(Ce）、镨(Pr）、钕(Nd）、钷(Pm）、钐(Sm）、铕(Eu）、钆(Gd）、铽(Tb）、镝(Dy）、钬(Ho）、铒(Er）、铥(Tm）、镱(Yb）、镥(Lu），以及钪(Sc)和钇(Y)共17种元素。稀土元素性质活泼且相似，一般为+3价的化合物，其水合离子大多有颜色，易形成稳定的配化合物。稀土元素熔点低，常用电解法制取，呈熔融状态在阴极上析出。1.4.2稀土元素的应用现状稀土元素自从被人类发掘，就在不断探索中。目前已在各大领域应用，如化工石油业、冶金业、机械制造业、环保能源、医药业、

31、农业等产业。常用的氯化物体系为KCl-RECl3，广泛应用在工农业生产和科研中。在冶金业中，常在钢铁、铸铁和合金中加入少量稀土，改善其性能；稀土磁性强，可制成良好的磁性材料；稀土还可在化工业中作催化剂；同时稀土氧化物可发光，是目前广泛使用的发光激光材料31-33。1.4.3稀土元素在污水处理方面的应用近几年来，我国运用稀土元素及其化合物在污水处理方面的研究越来越多，并取得了傲人的成绩。（1） 稀土元素在降解水污染中的催化作用稀土可提高H2O2的催化氧化耦合能力，近年人们开展了稀土配合双氧水处理蕙醒类染料废水的研究,结果发现,稀土静水材料体系CODcr去除率较高。从反应过程最终产物的沉降性能来看

32、，在Fenton反应体系中,反应后浊度大,沉淀物少；而有稀土的反应体系,反应后水样的色度、浊度都很小,产物的颗粒大而密实,沉降性能很好33。王嘉承等人采用稀土元素Pr辅助的类Fenton试剂氧化法处理含靛蓝的染料废水。实验结果表明：Pr大大提高了类Fenton反应的效率，废水脱色率得到显著提高35。同时，邝钜炽还表明稀土化合物能降低TiO2能带宽度，从而可使TiO2光解材料在太阳光下分解水中有机物34（2）稀土合成吸滤材料强化吸附性能稀土能提高污水处理材料的吸滤功能,对废水絮凝材料的有助凝作用，提高废水处理材料的催化降解性能。含稀土的聚合铁/铝混凝剂具有絮体生成快、颗粒密度大、沉降速度快和CO

33、D去除率高的特点,处理印染废水效果优于纯聚合铁/铝混凝剂,且投加量可比后者降低30%一50%34。（3）稀土元素提高污泥活性山东大学的乔鹏36在研究稀土元素对好氧颗粒污泥性能的影响研究中，结合SBR工艺研究La3+对好氧颗粒污泥产生的影响。结果显示利用La3+培养的颗粒污泥比普通方法培养时间更快，且对COD、TN的去除能力都比普通法培养的污泥强, 污泥结构更密实,菌种种类丰富,菌种体积小,数量多,孔隙距小。比耗氧速率值更高,含水率低,沉降速度快。研究还发现低浓度稀土元素可提高污泥内微生物最大降解速度,对微生物酶有较强的激活作用,改善污泥表面性质；相反高浓度的稀土元素具有抑制性和毒性,使酶的结构

34、改变并降低其活性,改变污泥菌胶团结构，影响原生动物的生长,不利于污泥沉降。（4）稀土型复合絮凝剂的研发邝柜炽等首次成功研制了一种新型稀土一聚合氯化硫酸铁(PFSCRE)复合絮凝剂。实验表明,PSFCRE复合絮凝剂具有絮体生成快、颗粒密度大、沉降速度快和COD去除率高的特点34。人们已从实践中认知，由于稀土元素具有独特的外层电子结构，与过渡金属可以完美的合成，是催化剂很好的强化材料。将其引用进入污水处理领域，将会给我国环保事业做出巨大贡献。3.结果与分析从反应器启动开始,到结束共112天。两个反应器同时运行,其中MBR反应器为空白组，MBR反应器为氯化镧组，分别在第1天和38天投加10g/L氯化

35、镧溶液28ml（以镧计），使反应器浓度为20mg/L,第38天水力停留时间8h，第44天投加10g/L氯化镧溶液56ml,使反应器浓度为60mg/L，第78天调整流量为20ml/min，即水力停留时间为11.8h，第96天水力停留时间调整为6.14h。3.1 污泥性能影响分析图中可看出随运行时间变化，污泥的容积指数（SVI）呈现出先下降后上升再下降的趋势。相同运行条件下，前一周内由于系统适应期两组SVI值均较低，到第8、9两天氯化镧组及空白组适应了系统，氯化镧组的SVI均高于空白组且氯化镧组SVI值很不稳定。第29天开始氯化镧组的SVI均低于空白组，这段时间内氯化镧的优势发挥了极大的作用。在第

36、38天将水力停留时间调整为8h，此时氯化镧组的SVI达到最低为68.76ml/g，SV30为59%，而空白组SVI为106.78ml/g,SV30为85%，对比表明氯化镧可提高活性污泥絮凝作用，提高沉降性性能。镧系元素具有独特的电子结构，具有较强的网捕卷扫、电性中和作用，正因为这样独特的结构才能提高污泥活性37。到第65天，由于空白组污泥溢流，SV30骤降，最低达24%，而此时氯化镧组SV30为85%，氯化镧组内污泥负荷较高，SVI值持续上升。于是第78天调整水力停留时间为11.8h，氯化镧组的SVI值在四天后开始下降，并且低于空白组并趋于稳定。从该变化曲线可得出，适当浓度的氯化镧可保持丝状菌

37、与菌胶团细菌平衡,同时改善并保持活性污泥沉降性能。同时，水力停留时间的及时调整使氯化镧在提高污泥絮凝和沉降性能上起到了协调作用。图3-1 污泥体积指数（SVI）随时间变化Figure 3-1 Sludge volume index (SVI) varies with time图3-1 SV30随时间变化Figure 3-1 SV30 varies with time3.2 MLSS影响分析MLSS又叫混合液悬浮固体浓度，简称污泥浓度。由图显示，两系统中 MLSS 均随着运行时间的增加而上升。前一周时间内，由于系统尚未稳定,运行至第8天时,污泥总量突然上升，且氯化镧组较不稳定。在运行至第22天时

38、,氯化镧组趋于稳定，且两组系统都呈上升趋势。运行第40天时氯化镧组反应器中污泥总量为9.24g/L,空白组反应器中为8.09g/L。在运行的中后期，随着增加氯化镧溶液的投加量，两组反应器MLSS浓度呈现下降趋势。后期调整水力停留时间为11.8h,两组反应器MLSS浓度又都开始上升，且氯化镧组的增长速度比空白组快得多。在第67天到72天五天内差值最大，空白组MLSS持续低谷为5.08g/L,而氯化镧组MLSS为8.67g/L。最终空白组与氯化镧组的MLSS分别稳定在11.46g/L、13.29g/L，平均MLSS前者为7.73g/L，后者9.60g/L。纵观曲线变化，可以发现一开始两个反应器内污

39、泥量相差不大，而从中后期开始,差值才逐渐变大, 氯化镧组反应器内MLSS增长速度远大于空白组，氯化镧对微生物生长的促进作用在该段时间内充分体现。通过分析可知，适量的氯化镧浓度可以激活细胞酶，促进微生物生长繁殖，从而提高污泥的含量。lefttop图3-2 污泥浓度（MLSS）随时间变化Figure 3-2 Sludge concentration (MLSS) varies with time3.3 COD 去除分析通过密集时间追踪系统进出水的 COD浓度，对COD 去除效果和 COD 去除率分别作图。如下图所示。图3-3 COD去除效果Figure 3-3 COD removal effect

40、图3-3 COD去除率图3-3 COD Removal rate当进水COD在多浓度下变化较大时，两反应器出水COD浓度相差不大,整个试验进程中，氯化镧组的COD出水浓度均略低于空白组浓度。第24天开始到50天这段时间，进水COD在300-500mg/L之间,该阶段随着氯化镧溶液添加量的增加，活性污泥的活性比原来有所提高,COD去除率也逐步提高, 氯化镧组去除率由初期的62.83%升至83.89%,空白组去除率由初期的64.92%升至83.22%。后期氯化镧组去除率稳定在83%左右,出水浓度在65mg/L左右,空白组去除率稳定在 80%左右,出水浓度在70mg/L左右。说明在该系统中，活性污泥的生长状况依然良好，污泥利用自身的渗透压调节细胞内的渗透压，保护分解酶使其正常的合成代谢呼吸，从而保证了较高的COD去除率。在试验第38天和第44天分别投加10g/L氯化镧溶液28ml、56ml（以镧计），使反应器浓度为20