论文1.1(祝孟君)

1、学校代码 10530 学 号 201015021407 分 类 号 X703 密 级 硕 士 学 位 论 文学 位 申 请 人 祝孟君 指 导 教 师 邓志毅 副教授 学 院 名 称 化工学院 学 科 专 业 环境工程 研 究 方 向 废水处理新技术 二零一三年五月十五日Candidate Zhu Mengjun Supervisor Associate Professor Deng Zhiyi College Chemical Engineering College Program Environmental Engineering Specialization New Technology

2、 of Water Treatment Degree Master of Engineering University Xiangtan University Date May 15th, 2012 湘潭大学学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。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。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。作者签名： 日期： 年 月 日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的

3、规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权湘潭大学可以将本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、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。涉密论文按学校规定处理。作者签名： 日期： 年 月 日导师签名： 日期： 年 月 日摘要活性污泥是一个依附有机物质和无机物质的微生物群体。微生物群体一般包含细菌，原生动物及藻类等。其中，细菌和原生动物是主要的二大类。活性污泥主要用来处理污废水。活性污泥法能去除苯酚和其他有机废水，而生物质材料木屑，对重金属的吸附降解效果更好。在MBR中膜污染是影响反应器处理效率的重要因素，膜污染主要

4、与反应器的水利条件、污泥和磁性木屑的性质、污染物的性质和浓度等有关。因此，本文以Zn2+/苯酚复合污染废水为研究对象，在后期加入磁性木屑利用其磁性和木屑的吸附性，在不同HRT、污泥浓度、处理时间、曝气量、电流密度下,运用MBR来处理重金属/有机物复合废水，并在上述情研究膜污染的状况。得到以下结论：（1） 活性污泥在两个阶段的驯化过程中有：第二阶段效果优于第一阶段，即在第一阶段出现部分污泥死亡可能的情况下，当第二阶段加入污泥浓度为比最佳污泥处理浓度为3260ppm更高的3991ppm时，在驯化的13天内，COD降解充分，比第一阶段驯化快8天，说明该条件下微生物生长和活性情况较好，更表明MLSS=

5、2984ppm驯化中污泥死亡的可能性。 （2）通过在目标废水中加入活性污泥和磁性木屑两种不同的载体，对于浓度为25mg/L的苯酚废水污泥效果较好。在12h能达到84.59%较磁性木屑高55%；而对于浓度为50mg/L的含Zn2+废水磁性木屑效果较好，能在18h内能达到96.6%的去除率，较污泥高8%。但两者均在18h去除率下降。挂膜后的磁性木屑的去除效果优于两种单独载体，说明在处理Zn2+/苯酚废水时两者是联合的作用。（3）将驯化好的活性污泥加入到MBR中 ，通过改变污泥浓度、HRT等条件，实验结果表明MBR中的膜片在MLSS=3260ppm、HRT=12h、I=40mA且将膜片置于主反应区以

6、外时膜出水通量的衰减最小，膜污染情况最轻。电场的加入能刺激微生物的活性，减少了活性污泥对膜污染的影响。（4）连续运行中，对于Zn2+=100ppm，苯酚为50ppm的目标废水，苯酚的降解率能到达90%以上，而Zn2+的平均降解率却只有67.23%。在加入了磁性木屑后，对于Zn2+的降解也没有提高。 （5）通过实验得知，对于苯酚的降解活性污泥的效果较好，对于Zn2+的降解效果不理想可能跟重金属的降解有关，通过本实验，推测Zn2+的降解主要依靠吸附作用。苯酚的降解和后面稳定中的连续运行的趋势和效果是相同的，说明MBR对于苯酚的降解比对Zn2+的降解稳定性较好。关键词：活性污泥；膜污染；MBR；Zn

7、2+ /苯酚；废水处理Abstract Activated sludge is a microbial community attachment of organic substances and inorganic substances. Microbial community generally contain bacteria, protozoa and algae. Among them, the bacteria and protozoa are the two main kinds . Activated sludge is mainly used to deal with was

8、tewater. Activated sludge process can remove phenol and other organic waste water, and biomass material sawdust ，the effect of adsorption biodegradation to heavy metal is better. Membrane fouling in MBR is one of the important factors affecting reactor processing efficiency，membrane fouling is mainl

9、y with the hydraulic condition，sludge reactor and the properties of magnetic sawdust, the nature of the pollutants and concentration and so on. Therefore, this article used Zn2+/ phenol compound pollution in wastewater as the research object, in the late magnetic sawdust is added and is used its mag

10、netism and adsorption, under different HRT, sludge concentration, treatment time, exposure volume, current density, MBR is used to composite the heavy metal/organic in wastewater, and in the above cases, membrane fouling was researched on .Obtain the following conclusion：（1） Activated sludge in two

11、stages in the process of domestication have: the second stage is better than the first stage, that is part of the sludge is formed in the first stage possible death, when the second stage join sludge concentration is higher than the best sludge treatment concentration to 3260 ppm to 3991 ppm ， the d

12、omestication of the 13 days, COD degradation, faster than the first stage of domesticated 8 days, shows that under the condition of the microbial growth and activity of the situation is better, more show that MLSS =2984 ppm domestication sludge in the possibility of death. (2) By the target wastewat

13、er with activated sludge and magnetic sawdust two different carrier, the concentration of phenol wastewater sludge for 25 mg/L. Within 12h can achieve 84.59% is higher 55% than magnetic sawdust ; For the concentration of 50 mg/L with Zn2+ waste sawdust magnetic effect is good, it can removal rate ca

14、n reach 96.6%in 18h ，8% higher than sludge. But both of them the removal rate decreased in 18 h. After hanging membrane Magnetic sawdust's removal effect is superior to the two separate carrier, it shows that it is a Joint action between themin dealing with Zn2 + / phenol wastewater.(3) adding g

15、ood domesticated activated sludge in the MBR, by changing the condition such as the concentration of sludge，HRT, the experimental results show that the MBR of the diaphragm in the MLSS =3260 parts per million (PPM), HRT=12h, I=40mA and when diaphragm is outside of the main reaction zone the membrane

16、 water flux attenuation is minimum, membrane fouling is the lightest. The addition of electric field can stimulate the activity of microorganisms, to reduce the influence of active sludge on the membrane fouling. (4) In continuous operation, to the Zn2+=100parts per million (PPM), phenol to 50 PPM t

17、arget wastewater, Phenol degradation rate can reach more than 90%, while the average degradation rate of Zn2+ is only 67.23%. After joined the magnetic sawdust, the degradation of Zn2+ don't improve. (5)through the experiment， it shows that the effect of the degradation of phenol activated sludg

18、e is better, the degradation effect of Zn2+ is not ideal which may be related to the degradation of heavy metals, through this experiment, speculated that the degradation of Zn2+ mainly depend on the adsorption . the trends and effect of the degradation of phenol and the stability of the continuous

19、operation of is the same, that MBR for the degradation of phenol degradation than Zn2+ has good stability. Key words: activated sludge; Membrane pollution; The MBR; Zn2+ / phenol; Waste water treatment 目录第1章 绪论101.1 重金属/有机废水简介101.1.1 重金属废水的处理方法101.1.2 有机废水的污染概况131.1.3 含酚废水的处理方法141.1.4 重金属/有机复合废水处理现状

20、151.2 MBR简介及在水处理中的应用161.2.1 MBR在国内外的研究现状161.2.2 MBR用于水处理中的不同构型161.2.3 MBR在水处理中的应用研究181.3 膜污染的研究现状181.3.2 膜污染的分类191.3.3 膜污染的影响因素191.3.4 MBR中膜污染的防治和清洗措施201.4 本课题的研究目的与内容221.4.1 研究目的221.4.2 研究内容22第2章 活性污泥与磁性木屑对比研究及其优化条件的选择232.1 实验材料与仪器232.1.1 实验材料232.1.2 实验试剂232.1.3 实验仪器242.2 实验方法252.2.1 好氧污泥的培养及驯化方法25

21、2.2.1.1 好氧污泥的培养252.2.2 不同载体下苯酚和Zn2+降解的优化条件选择及对比效果研究262.2.2.1 不同载体对苯酚降解效果的影响262.2.2.2 不同载体对Zn2+降解效果的影响272.3 分析方法272.3.1 SV30的测定52.272.3.2 MLSS的测定53272.3.3 COD的测定54272.4 结果与讨论282.4.1 活性污泥的驯化结果282.4.2 不同污泥浓度下污染物降解效果的比较292.4.3 不同载体对苯酚降解效果的影响302.4.3.1 不同载体对苯酚降解效果的影响302.4.3.2 不同载体对Zn2+降解效果的影响312.5 本章小结32第

22、3章 膜污染的特性研究333.1 实验材料333.2 实验方法333.3 分析方法343.4 结果与讨论343.4.1 不同污泥浓度对膜污染的影响343.4.2 不同电流强度对膜污染的影响343.4.3 不同水力停留时间对膜污染的影响353.4.4 不同膜片位置对膜污染的影响363.4.5 膜污染的控制因素的优化373.4.5.1 不同污泥浓度下COD的降解情况373.4.5.2 不同电流强度下COD的降解情况383.4.5.3 不同水力停留时间下COD的降解情况393.4.6 膜污染原因初探393.4.6.1 膜污染过程中膜片上TOC的变化403.4.6.2 膜污染过程中MBR中污泥浓度的变

23、化413.4.7 运行过程中膜污染的情况和膜面污染物质分析413.5 本章小结43第4章 MBR对Zn2+/苯酚复合废水处理效果的特性研究444.1 实验材料与仪器444.1.1 实验材料444.1.2 实验仪器454.2 实验装置和方法454.2.1 水力条件确定的单独实验454.2.2 连续实验装置及方法454.3 分析方法464.4 水力条件确定的单独实验分析474.5 连续运行实验结果与讨论504.5.1 短时间内连续运行期间污染物的去除效果514.5.2 长时间内连续运行期间污染物的去除效果524.5.3 稳定后连续运行期间污染物的去除效果524.5.3.1稳定后连续运行期间苯酚的去

24、除效果524.5.3.2 稳定后连续运行期间Zn2+的去除效果544.6 本章小结54第5章 结论与建议565.1 结论565.2 建议57参考文献58致 谢61攻读硕士学位期间参加的科研情况62第1章 绪论1.1 重金属/有机废水简介 重金属/有机废水是种难降解的复合废水，存在广泛，危害较大。它的高效处理方法鲜有报道，主要问题在于两者的复合后毒性较大，污染较重，对水体环境、动植物及人类的安全影响严重，另外目前我国对重金属开采利用增多，造成了这方面部分资源的紧缺，如何从这种复合废水中提取出重金属也备受关注，因此对于重金属/有机废水的处理受到了国家和政府的密切关注，科研者也在热烈探讨有效的治理方

25、法。1.1.1 重金属废水的处理方法重金属在水体中含量超标时，会对环境和人体造成较大危害，世界各国也对重金属的排放标准进行了制定，其中部分重金属的排放标准如表1.11，重金属随废水排出时，即使浓度很小，也可能造成危害。由重金属造成的环境污染称为重金属污染2。 图1.1 工业废水排放的重金属浓度规定 (mg/L)Fig 1.1 the provisions of heavy metal concentration in industrial wastewater emissions process (mg/L)重金属废水常见于金属硫化物矿、铁矿3、电子工业和冶金工业以及电解、农药、医药、油漆、颜

26、料等工业4等，也是在工业鞣革、颜料加工生产、家电制造以及固废的洗涤过程产生的，它的成分复杂，其污染是当今世界三大水环境污染方式之一,水体的重金属污染治理逐渐成为人们研究的热点问题5。研究者在不断的研究各种新型高效的处理方法，重金属废水的污染呈现加剧的趋势，而以往研究的方法表明虽然处理方法多样6，这其中比较多的主要是物理法、化学法、物理化学法等。而实际中成熟和应用广泛的是化学法和物理化学法7。重金属废水的处理方法具体包括物理法（活性炭吸附法、溶剂萃取、反渗透法等）、化学法（普通化学法、离子交换法、电化学法等），生物法（生物絮凝法、生物吸附法、微生物代谢法）。各方法的优缺点见表1.1。其主要的危害

27、还是会在食物链中的聚集，一旦进入食物链很难再被排出，随食物链的级别升高聚集程度也不断加强，最终到达动物和人体内8。 生环境中的重金属被一级一级的生物通过摄取而不断累积到下一个高级生物体中，在这个环节中经过不断的生物放大，最后到食物链的顶端即人体中残留，造成中毒危及人的健康和生命9。重金属 江河湖泊等流域 土壤 植物农作物 动物体内 人体内富集图1.2 重金属的主要富集途径之一Fig 1.2 One of the main way of enrichment of heavy metals水体中的锌主要源于采矿开发、颜料、电镀、冶炼等工业企业生产排放的污水中，其在一定的浓度范围内是人体生长发育的

28、所需元素，有助于人体生长发育和骨骼成长，减少动脉硬化和皮肤病的发病率10，毒性较其他重金属的毒性低，但锌形成的有机物质毒性很强11。虽然不是主要的重金属污染物，但是摄入超出了允许范围就会对人和动物等生物体产生危害，如食入锌过多可引起急性锌中毒，有呕吐、腹泻等胃肠道不适症状；工厂锌雾吸入可引发低热及感冒样症状；慢性锌中毒可造成贫血等症状；在动物实验可致肝、肾功能及免疫力受损12。当锌在水体中含量过多时也会对给动物和植物造成危害，如当锌浓度为1mg/l时，能轻微地抑制水体的生物氧化过程，当有鱼类生存的水域含锌浓度超过50mg/l是，会引起鱼类的急剧死亡，灌溉用水中锌浓度达到300mg/l时，会导致

29、土壤盐渍化和水稻等农作物死亡。国家污染综合排放标准（GB8978-1996）将锌列为第二类污染物，并且在一级标准中规定总锌的含量的最高允许排放浓度为2mg/l。这些都说明锌的危害也不容忽视。表1.1 重金属废水处理方法的比较1317Table 1.1 Comparison of treatment methods of heavy metal wastewater分类方法优点缺点物理法活性炭吸附成本低、占地小,处理效率较高。 速率慢,不宜处理高浓度的废水。溶剂萃取可连续操作，分离效果好。能耗较大反渗透成本低、占地小、易操作,可回收有用材料。需制造高效长寿的渗透膜化学法离子交换法去除效果好、速率

30、快，可回收金属离子。一次性投资高、占地面积较大,废水中污染物浓度不宜太高。普通化学法投资少、见效快、处理技术容易掌握。耗材多,尾排水回用困难,且占地较大。电化学法设备简单，可以回收金属，易于自动控制，以电子作为反应剂,可避免产生二次污染。能耗大，投资成本高，。生物法生物絮凝法处理方便安全，无二次污染，絮凝效果优。 成本高，试剂保存困难。生物吸附法来源广，成本低，吸附速率快。吸附后的分离问题。微生物代谢法投资及运行费用低，产泥量少，操作简单。重金属离子对微生物有毒性。1.1.2 有机废水的污染概况随着的经济的高速发展，现代工业废水排放量日益增多，对环境的污染与日俱增，水体污染成为了挑战人类生存的

31、急切问题。而造成水体严重污染的主要污染物是有机物18。有机废水就是以有机污染物为主的废水，主要来源于造纸、皮革及食品等行业，而按性质来源分为易于生物降解的废水，易于生物降解但含有害成分的废水，难于生物降解且含有害成分的废水3类。其废水的特点为有机物浓度高、色度高有异味、成分复杂以及具有强酸强碱性等。其易造成水体富营养化，危害比较大，故也是当前处理比较多的废水。碳水化合物19、蛋白质、油脂等有机物质是城市生活废水和工业生产中产生的，主要以悬浮或溶解状态广泛存在于各种污水中，而在工业废水的排放中也含有这些物质，这些物质如不经处理对环境会造成污染，一般可通过微生物的生物化学作用而分解。在工业废水的“

32、三废”处理中涉及的主要也是有机物质的处理，在制糖、造纸、养殖、PTA等行业产生的工业废水中也可通过生化法处理废水中的有机物，处理中产生的沼气用于发电，从而能实现有机物的利用。同时随着工业的发展，产生的有机污染也相应加重，若采用其灌溉农田，会使土壤污染，降低农作物的质量；鱼类等水生生物在有机物污染的水体中生长，使它们致毒并大量死亡，也有可能使鱼类及水生植物发生变异，通过食物链的富集，最后而影响人类自身健康；当然水体中的有机物对人体也有直接或间接的危害，表现为能导致沙眼、皮肤病、肝炎、肝癌、胃癌等疾病；另外还会加剧生态的破坏和退化，制约工业产业的发展，造成大量的经济损失20。因此急需对有机废水进行

33、有效的处理，目前的处理方法主要有物理法、化学法和生物法，具体的方法包括了超临界氧化法21、超声波法22、电化学工艺23、电化学高级氧化24、固定化催化光反应25及各种生物化学法等，但是单一的处理方法往往受各种条件的限制，很难达到处理要求，因此需要对多种处理方法的联合技术进行研究。1.1.3 含酚废水的处理方法酚类化合物是有机物的一种，是有机废水中毒性较强、危害较大的污染物。含酚废水对水体和地表的生物危害很大，有文献表明26，水体遭受酚类污染后，由于废水的耗氧量高，水体氧的平衡会严重破坏;在不同苯酚浓度范围内会造成不同情况的污染，当水中苯酚浓度在0.002-0.015mg/l范围内时，可若采用加

34、氯杀菌会导致恶臭产生氯酚也会损害水质27，这时水体将不能直接作为饮用水源;酚类物质对鱼类的毒性范围一般为4-15mg /l，酚的毒性还会使水体中其它生物(如细菌、软体动物等)的自然生长速度受到很大抑制，并有使它们停止生长的可能。用酚浓度>1mg/L的水灌溉黄瓜地，收获的黄瓜有异味。 在产生的工业废水中，含酚废水是其中之一。具有来源广、水量大、危害重的特点27。当含酚浓度达到12mg/L时, 鱼类即出现中毒症状,超出4 5mg/L时, 将引起鱼类的大量死亡;酚的毒害作用是苯酚和低级酚能使皮肤过敏, 此外酚的毒性能通过抑制水中微生物的生长速度,影响水的生态平衡; 对人体的危害表现在能使人的肝

35、、肾受损,若长期饮用酚污染的水源, 会有慢性中毒、头痛、疲劳、失眠、耳鸣、白血球下降及记忆衰退等症状,食用酚中毒的鱼还会引起呕吐及腹泻; 若使用含酚废水灌溉农田, 也会影响作物生长。酚类化合物已被美国国家环保局列入129种优先控制污染物黑名单中,当前形势下含酚废水在我国已被列为重点解决的有害废水之一28。 含酚废水处理方法一般分为物化法、化学法和生化法三大类。主要的处理方法有如下比较。 表1.3 含酚废水典型处理方法的比较28Table 1.3 Comparison of treatment methods of organic wastewater废水种类方法优点缺点含酚废水溶剂萃取法操作简

36、便, 设备投资少, 分离效果好,可从废水中回收有机物, 萃取剂可反萃后重复使用考虑到萃取剂的水溶性、分配系数、化学稳定性、回收能力、毒性及价格等因素, 该法在工业上的应用和推广受到了限制电解法净化效率高、占地面积小、设备容易控制、产生污泥少、不易造成二次污染、不受外部气温影响工业化电解法处理有机废水的技术还不是很成熟，需进一步降低能耗,提高废水净化率.化学氧化法该法处理设备简单、处理效果好处理费用高,使其应用与发展受到限制液膜法节能高效、设备运行费用低、除酚率高、可回收酚类有机物在工业应用中需制乳、破乳等工序, 工艺流程较复杂, 限制了该方法的使用1.1.4 重金属/有机复合废水处理现状重金属

37、和有机物都是对环境危害都比较大，而且它们存在广泛，在经济发展的过程中，含重金属和有机物的排放都大大增加，当它们汇入规定的排放地区或者进入江河湖泊时，污染的形式就发生了变化，形成了复合污染。当排入环境后，除了自身具有的毒性外，它们之间可能发生的螯合等复杂化学反应如图1.229所示，将会使毒性大于单一污染物造成的污染，而水体中这种污染物以不同的途径流向土壤，极大地影响作物的生长并在作物内大量富集，水体中的污染物也会在鱼类等水生生物体内发生迁移积累，这些都对环境构成了潜在的危险。因此，亟需对重金属/有机复合废水进行研究处理，这也引起了国内外学者的广泛关注。图1.3 复合废水中重金属离子的络合反应Fi

38、g. 1.3 Complexation reaction of heavy metal ion in composite water王韬等30应用电生物反应器降解含Cr6+、Zn2+的高浓度苯酚废水，发现10L废水中的苯酚（2400 mg/L）经65h即可完全降解，而Cr6+和Zn2+(50mg/L及125mg/L)经12h处理后，去除率分别达到99%和67%；与之相比，相同实验条件下处理不含重金属离子的苯酚废水仅需57h。即通过实验证明重金属和有机物形成复合污染时，比原来的单独污染物难处理。而且对这3种污染物的去除率也不相同，去除时间上含有重金属的苯酚废水比单独苯酚废水要多8h。这也同时表明

39、了废水处理的复杂性。也有研究者提出一种新的处理技术，李永新等31将重金属废水的处理及有机废水的处理结合，由于重金属离子具有氧化性，有机物质具有还原性，利用它们的性质组成阴阳两个极室，进而组成微生物燃料电池。这样达到了处理废水和再生能源的双重效益。在推行低碳环保的趋势下，该处理技术有一定的可行性，利用重金属和有机物的不同性质变废为宝，既能处理目标废水，又能提供新的能源。是研究者在研究重金属/有机物的污染处理时提供了一种新的思路。李天成等32采用电沉积-生物膜复合工艺连续处理废水( 废水pH= 5.8, 流量为10mL/ min,空气流量为200L/h, 温度为1617.5 , 电沉积电压为3V,

40、 电流强度为0.01A) ，当进水C6H12O6为500mg/L，Cr3+为10mg/L时，去除率均有97%，Cr3+去除率比单独的微电解、生物膜工艺的去除率提高了15%。采用这个方法，能够提高Cr3+的去除效果，虽然对于此种复合废水应用该工艺实现了去除效果的改善。但该工艺是在比较低的重金属浓度下处理的，缺乏高浓度的比较性。虽然对重金属/有机复合污染的研究已有报道，且引起了政府部门的重视及专家学者关注，但研究才处于萌芽阶段，还需要对重金属与有机物之间作用机理和方式及治理方案进行深入研究。1.2 MBR简介及在水处理中的应用1.2.1 MBR在国内外的研究现状 MBR水处理技术33是将膜分离单元

41、与活性污泥的生物处理技术相结合的新型技术。其特点是以膜分离单元代替了二沉池来减少占地面积，剩余污泥量少，在膜过滤作用下，通过反应器的截留，实现了SRT和HRT的分离，使反应器内含有较高的污泥浓度。 随着国内经济的快速发展，各行业的企业和工厂数量也不断在增加，与此同时产生的生活废水和工业企业尾水、污水的量也在源源不断的排出，国家和各地地方政府也不断关注和加强治理，但是废水中的污染物成分复杂、难降解等特点使得许多传统的工艺和方法不能达到处理要求，这时就需要技术的革新，现在研究者们对应用膜生物反应器（MBR）处理进行了关注和探讨研究。 MBR技术处理废水在欧洲、日本等研究比较热门，处理技术也比较成熟

42、，许多MBR技术已经在实际的生产和生活中发挥了优势作用,在美国、日本、加拿大等多个国家也已经在工业企业和城市生活中投入使用。196934年Smith等报道将超滤膜应用于城市污水的处理，来替代以往活性污泥工艺中的二沉池。加拿大、英国将分置式膜生物反应器来分别应用于生活污水、有毒工艺废水处理。1.2.2 MBR用于水处理中的不同构型 膜生物反应器作为一种新型的水处理设备，根据膜组件和生物反应器的组合方式，它的构型主要为分置式、一体式、复合式。其中分置式MBR是不将膜片置于反应溶液中或将膜片与主反应区进行隔离让其少于或不与主反应区的活性污泥等颗粒物质接触。其特点是膜通量的衰减较慢即膜通量普遍较大，能

43、在较长时间内维持装置的连续运行，运行稳定可靠，膜易于清洗、更换及增设；但是其有耗能较多的缺点。一体式MBR是膜组件直接安置在生物反应器内部，让反应器中溶质接触膜片。有文献称35主要是在反应器内进行无泡曝气，通过真空泵或其他抽吸得到滤液，曝气器放在膜下方，由于曝气形成的剪切力和紊动，使固体难以积聚在膜表面，从而能减少膜的堵塞和能耗。其特点是能耗较分置式MBR小，但是相同条件下膜容易堵塞和通量急剧下降，造成较严重的膜污染，使得清洗频率增加从而影响MBR的运行效率。复合式膜-生物反应器主要是从一体式反应器的构型进行改变，它与一体式的区别在于通过在反应器中装入填料，从而形成复合式膜-生物反应器。但其膜

44、组件还是置于反应器中，没有分开设置，所以从形式上说也还是属于一体式MBR。 （a）一体式MBR （b）分置式MBR （c）复合式MBR图1.4 MBR工艺类型Fig. 1.4 The MBR's process type 1.2.3 MBR在水处理中的应用研究有文献报道36采用一体式膜生物反应器连续处理高氨氮废水时，当污泥浓度大于5000ppm，DO大于1时氨氮去除率在93%以上，能达到一级排放标准，比DO小于1时去除率提高13%-23%，并且出水COD在30ppm以下，去除效果大于95%。证明MBR在此优化条件下能高效的处理氨氮废水。杨庆37等采用生物膜MBR与MBR两个不同的反应器

45、来处理洗涤废水，在稀释的生活污水中投加定量的洗衣粉，使得模拟废水中COD、LAS、氨氮的平均浓度分别为141.9ppm、146.3ppm、28.6ppm，通过处理两者对上述3种污染物的去除率分别在64%、94%、93%以上，并具有良好的抗冲击负荷的能力，出水水质均能负荷一级标准达标排放，表明MBR在处理洗涤废水方面具有良好的能力和比其他方法更能抗冲击负荷。印染废水38具有有机物含量高、可见度低、有毒性、可生化性差等特点，有文献报道39，采用分离式MBR处理印染废水,COD、色度的降解率分别达到97%、70%以上；也有研究表明40采用A/O式MBR处理印染废水,当HRT为910h,进水COD、色

46、度分别为15002300 mg/L、800-1200倍时,对COD、色度的降解分别为95%、90%。郑祥41等的研究结果表明,当进水中HRT为7 h,COD浓度在179358 mg/L范围内平均去除率能达到92.1%，BOD5、浊度的去除率也在98%以上,出水能达到了杂用水标准。1.3 膜污染的研究现状1.3.1 膜污染的成因和来源在膜过滤过程中，水中的微粒、微生物产生的物质等，在处理过程中受多种因素的影响和各种物化作用的相互影响下在膜上黏附沉积，最终会造成膜堵塞的。膜-生物反应器中的膜污染是指混合液中的污泥絮体、溶质有机物或无机盐类等,在膜丝面上的沉积与积累或堵塞膜孔,使水通过膜的阻力增加,

47、过滤性能下降,从而导致膜通量下降与分离特性的不可逆变化现象33。 经过研究表明，造成膜污染主要有两个原因42:1. 浓差极化的影响。由于膜面内外间存在浓度差，在这个作用下溶液中溶质从膜面向主体溶液的四周扩散造成溶液流动的阻力变大及局部渗透压升高，但这种膜污染的影响是可逆的。 2.由于吸附溶质( 尤其是大分子)形成的膜表面膜污染。这种情况下膜丝的孔径由于大分子物质的增多而阻塞引起膜过滤阻力增加,另外这些物质在膜孔内壁挂着吸附, 膜面部分形成凝胶层增加传质阻力。在膜孔中吸附沉积, 将减小了膜的有效面积。这些都造成了组分在膜表面产生的额外阻力可能远大于膜本身的固有阻力, 这种影响是不可逆的。因此分析

48、膜污染的成因时，可以从这两个方面考虑，通过原因的分析获知膜污染的程度，确定污染情况是否可逆，对于膜污染的控制和清洗都有一定的指导作用。而通常所说的膜污染是指在运行过程中, 引起在这种不可逆变的溶质吸附作用。MBR中的膜污染主要来源于三个方面43：第一是滤饼层, 主要是处理水在通过膜时，膜丝会将部分污泥絮体、污泥代谢产生的物质及各种颗粒物质等阻留下来,在滤压差和透过水流的作用下黏附和沉积在膜表面，影响出水通量而导致的膜面污染,一般可水力清洗消除这种可逆污染。第二是溶解性物质, 这些物质虽然能透过凝胶层, 却会被膜内表面所吸附或结晶,堵塞孔道降低膜通量。 第三是微生物的污染, 有微生物生存和增殖的

49、的营养物质存在于膜面和膜内, 从而不可避免微生物滋生使得有大量的微生物附着在膜内外形成污染。1.3.2 膜污染的分类 由于膜生物反应器的新颖性和优越性，研究者对其的关注也与日俱增，特别是MBR膜污染的这块，因为MBR的膜污染是影响其设备效率提高的主要因素。一般认为，MBR的膜污染主要有44：由有机大分子和微生物代谢产物组成的有机污染、由沉积在膜孔及膜表面的金属氢氧化物和碳酸钙而形成的无机污染、由于活性污泥在膜表面沉积和微生物膜孔内繁衍生长，造成的微生物污染3种类型。 也有莫罹等45在混凝-微滤膜组合净水工艺中发现微滤过程中的膜污染物质可大致分为2类：一类是膜内的污染，污染物质是较小分子量的溶解

50、性有机物；一类是膜面的污染，污染物质主要是无机胶体物质和高分子有机物质，另还有一些微生物也会在膜表面沉积。1.3.3 膜污染的影响因素 随着膜处理法的在研究和生产中的应用和加深，在实际的研究和废水处理中发现，造成膜污染的因素有很多。从膜组件的选择就有不同的考虑。有文献报道46，MBR中的膜组件是很重要的一个单元，制备其的原材料也有多种，根据所用材料的不同，一般可分为无机膜和有机膜，根据废水性质和处理要求可以选择不同类型的膜组件，而一般应用较多的是有机高分子膜。主要包含有聚砜膜(PS)、醋酸纤维膜(CA)、聚丙烯腈纤维膜(PAN)和聚偏氟乙烯膜(PVDF)等。本实验研究中采用的是PVDF膜片。蔡

51、亮等47将不同膜组件应用于重力出水式MBR的性能比较中发现：采用在线化学清洗控制膜污染现象中膜组件A(膜丝材质为PE，直径0.54mm，孔径0.4m，膜面积为9.0)的平均膜通量恢复率比膜组件B(膜丝材质为PVDF，直径0.80mm，孔径0.22m，膜面积为12.5)提高13.3。从而说明对于在线次氯酸钠反冲的膜清洗方式，膜组件A优于膜组件B。这也说明不同的膜组件对膜污染的影响是不同的。李卫民等48发现影响膜污染速率的因素有很多，这些因素大致归为三个大类：膜的结构性质、活性污泥的性质、反应器的运行和操作条件。如图1.3所示。图1.5 膜污染的影响因素Fig1.5 The influence f

52、actors of membrane fouling 1.3.4 MBR中膜污染的防治和清洗措施膜在使用中经长期运行后, 膜表面会由于污染物的沉积而引起污染, 影响系统正常运行。因此必须对膜进行定期清洗和再生。膜清洗根据作用方式的不同有物理清洗、化学清洗等方法。对于不同形式的膜污染，应采用不同的清洗方法。这些方法近年来有了不断地发展。常用的清洗方法有:（1） 物理方法根据连续运行中，测定膜污染的周期，计算出膜在不同的处理条件下的膜通量的衰减，根据衰减情况，适时的将膜取出，进行清水刷洗和其他方法进行冲洗。有文献报道49在通过控制水利条件，用海绵球清洗膜表面，结果表明虽然可以对膜丝表明的污染物质进

53、行去除，但操作过程中会因摩擦引起膜表面的损坏。有学者研究表明42 等发现用淡水或原水在低压下以高速流冲洗膜面30min,或用气水混合的高速气、液喷射清洗，都可以清除膜面上的污垢。LuHua等实验结果表明, 气水混合反冲洗比简单的气流或液流反冲洗具有效果更好。此外还有空气反吹清洗50、空气曝气清洗51、超声波清洗等其他物理方法。物理清洗的特点是在清洗过程中不使用化学药剂，所用设备简单，但清洗效果有限，不能彻底清除膜污染，只是一种简单的降低膜污染的方法。（2） 化学方法通过对膜污染采用物理方法清洗虽然能有一定的效果, 但恢复能力有限, 有时达不到实验要求,本研究中采用PVDF膜进行连续处理，且有文

54、献报道43，对膜的化学清洗试验表明，Na0H+NaCl0溶液清洗效果最佳，膜通量可恢复至初始通量的85以上。常用方法有43:1.酸洗：常用的酸有HCl、HNO3、H3PO4、柠檬酸等, 也可以是他们的混合体。用1%-2%的柠檬酸溶液在低压或高压下采用一次通水或循环方式对膜进行冲洗, 对去除氢氧化铁沉淀很有效。2. 碱洗：加碱(NaOH) 和络合剂( EDTA) 清洗；3. 酶洗涤剂：含有酶的洗涤剂对去除蛋白质、多糖类、油脂等有机污染物效果明显。且表明酶洗涤剂在50-60洗涤效果较好。 4.混合药剂清洗：李卫明等采用不同的药剂进行组合（图1.548所示)，观察得出采用2NaOH+1NaClO+0.1EDTA混合药剂来清洗，恢复效果最好。 图1.6 不同