复合式MBR处理微污染水的适用性研究

1、1 复合式MBR处理微污染水的适用性研究(ynji)1.1复合式MBR1.2微污染原水1.3实验结果及讨论2 超滤中试试验2.1中试实验结果及讨论2.2中试存在问题浅析共三十七页1.1复合式MBR1 复合式MBR填料的介入为微生物提供了更加有利的生存环境，附着和悬浮生长的微生物协作完成对污染物的降解过程，其中附着生长 微生物占多数。两相之间的可转化性增强 了系统的调节机制，使复合系统具有更强的适应性和稳定性，系统的复杂生态结构使其具备了较强的抗冲击负荷能力。2 复合式MBR通过生长在生物膜中丰富的微生物种群的降解作用，可以有效去除有机物和氮。在反应器内沿着水流到载体的方向，构成一个悬浮好氧型、

2、附着好 氧型、附着兼氧型和附着厌氧型的多种不同活动能力、呼吸类型、营养类型的微生物系统。微生物之间形成了互相联系、互相制约的动态平衡体系。对污染物的去除 由多种微生物协作完成。3 在反应器内特定的微环境中会形成特定的优势菌种，从而增强了反应器的处理能力和适应性。由于厌氧和缺氧微环境的存在，系统内存在同步硝化和反硝化现象共三十七页1.1复合式MBR复合式MBR参数1 反应池总体积 V=5V1=3.14*0.11752*1.32*5=286.12075L2 (有效容积)填料之间的空隙体积 V2=(165.5/4)*5= 206.875L3 孔隙率P=V2/V=0.7234 水力停留时间=206.8

3、75/20=10.34375h5 填料高度=1.32m6 柱子(zh zi)直径=0.235m7 塑料球直径=9或者11cm8 活性炭=2-3cm9 火山岩=1cm 塑料包裹球直径9或者11cm；活性炭粒径2-3cm；火山岩粒径1cm；每根柱子总容积57.22L；有效容积41.375L；填料高度1.32m。 共三十七页1.2微污染(wrn)原水“微污染水源”：水体的物理、化学或微生物指标已不能达到地表水环境质量标准中作为生活饮用水水源水的水质要求，但通过特殊工艺处理后尚可使用的源水。1 微污染原水的特征：有机物综合指标升高、氨氮浓度升高、水体有异味、色度增高、藻类大量繁殖。微2 污染水源水一般

4、是由于工业、农业和生活等方面产生的污水未经适当处理，直接排入供水水源导致的，微污染水主要含有低浓度的有机物、氨氮、磷及有毒污染物，常规水处理工艺很难将其去除。其中，有机物和氮化物是微污染水源水中的最主要污染物。【赵漩.新型生物介质净化微污染原水的研究 D.昆明: 昆明理工大学, 2008: 2】共三十七页1.2微污染(wrn)原水共三十七页1.3实验结果(ji gu)及讨论 1.3.1正交实验曝气量，回流量(liling)，进水量正交试验L9(33)正交实验选取因素和水平 因素水平进水量l/h回流量l/h曝气量l/h120201002304020034060300共三十七页1.3.1正交实验(

5、shyn)正交试验的目的研究不同操作条件下复合式膜生物反应器对污染物的去除效果，并确定合理的运行参数，选取的三个因素分别为进水量，回流量，曝气量，每个因素选取三个水平，每组运行一个星期，以高锰酸盐的去除率为主要指标，来表征复合式膜生物反应器对污染物的去除效果。通过实验得到膜生物反应器的最佳工况，并得出那个因素对高锰酸盐去除影响最大，从而优化实验运行工况，选出合理的经济运行工况，最佳工况，并在此基础上继续优化反应器运行。共三十七页1.3.1正交实验(shyn) 因素试验号123COD去除率ABC1100 20 20 49.64 2100 30 40 46.39 3100 40 60 42.80

6、4200 20 40 50.60 5200 30 60 44.20 6200 40 20 37.95 7300 20 60 50.28 8300 30 20 43.30 9300 40 40 45.95 K1138.84 150.51 130.89 K2132.74 133.89 142.95 K3139.53 126.70 137.27 k146.28 50.17 43.63 k244.25 44.63 47.65 k346.51 42.23 45.76 极差R2.26 7.94 4.02 主次顺序BCA进水量回流量曝气量)优水平A3B1C2优组合A3B1C2曝气300 进水20 回流40经

7、济组合A1B2C2曝气100 进水30 回流40共三十七页1.3.1正交实验(shyn)共三十七页1.3.1正交实验(shyn)实验结果的分析1 对高锰酸盐去除效果影响大小(dxio)因素依次为进水量，回流量，曝气量。2 依据对高锰酸盐去除效果得出的最优组合为曝气300， 进水20， 回流40。3 由于曝气量对高锰酸盐去除效果影响最小，设定的经济组合为曝气100，进水20，回流40。共三十七页1.3.2实验效果(xiogu)分析1.3.2.1 三氮共三十七页1.3.2实验效果(xiogu)分析水体中的三氮是指氨氮、亚硝酸盐氮、硝酸盐氮，是反映水体营养盐浓度的重要指标。水中氮的来源主要有两个方面

8、：一是地表径流携带的无机氮和有机含氮浓度物质，前者包括降水中的氨氮和硝酸氮，土壤中无机氮肥，后者是生物残骸及分泌物和排泄物；二是水体中某些生物的固氮作用。氨氮在水中容易消耗大量的溶解氧，被转化为硝酸盐，通常氧化(ynghu)1mg氨氮需要消耗4.57mg的溶解氧，是导致水体进入厌氧状态的一个重要因素，引起水质下降，并危及水生生物的生存。亚硝酸盐氮容易引起更严重的健康问题，通常与癌症相关。硝酸盐氮是在有氧环境下，各种形态的含氮化合物中最稳定的含氮化合物，亦是含氮有机物经无机化作用最终的产物。硝酸盐在无氧环境中，能够经过微生物的作用被最终还原为氮气，逸出水体1.3.2.1 三氮共三十七页1.3.2

9、实验(shyn)效果分析天然水中浊度组成为黏土性物质、胶体状的铁锰、浮游生物、藻类、微生物和有机物等，粒径在0.1m至数百m，浊度颗粒具有非常大的比表面积，容易吸附携带大量的各种污染物。尽管原水浊度波动很大，但超滤膜出水浊度均小于1NTU，浊度去除率在99%以上。去除机理主要依赖以下作用：填料上生物膜的生物絮凝作用和对形成浊度的有机物吸附降解由于溶解氧充足，以细菌为食料的原生动物繁殖促进了生物絮凝，而且这些原生动物还可以吞食水中游离细菌和微小的污泥质点，从而减低生化池出水浓度(nngd)。老化脱落的生物膜可起到生物絮凝剂的作用，与细小的悬浮颗粒形成大絮体沉降到底部。超滤膜物理筛分作用，只与膜的

10、孔径大小、膜表面的化学特性有关，而与原水浊度、操作压力、膜面流速、运行时间等条件无关。1.3.2.2 浊度去除共三十七页1.3.2实验(shyn)效果分析如图所示，原水CODMn浓度波动较大，平均出水浓度为3.117mg/l，平均去除率为47.65%。耦合生化+浸没式超滤系统对有机物的去除效果(xiogu)来自两个方面：耦合生化生化系统对有机物的降解，在缺氧厌氧段，高锰酸盐指数从6.208降到5.217，降解了1mg/l,然后进行好氧处理，降低了后续处理的负荷。在好氧段，曝气作用促进了挥发性有机物的吹脱，还原性物质的氧化以及一些易氧化降解的有机物的降解。膜的对大分子有机物物质的截留作用，大分子

11、物质可以被截留在反应器内，经过回流到缺氧柱，大大增加了与微生物接触的反应时间，并有助于某些转性微生物的培养，提高了了有机物的去除。浸没式填料的为各种微生物的生长提供了有利条件，载体表面的生物膜的接触絮凝、生物氧化作用达到对水中悬浮物质和胶体颗粒等污染物质的去除。载体填料的机械截留作用，能去除部分胶体状有机物。1.3.2.3 CODMn的去除共三十七页1.3.2实验效果(xiogu)分析分析原因有以下几点：超滤能够去除呈胶体或者悬浮物性质的铁、锰，但不能去除水中溶解的亚铁离子和二价锰离子，结合生物预处理，把亚铁氧化成三价铁，在中性pH附近形成不溶性的铁胶体，把二价锰氧化成四价锰，超滤膜通过对絮凝

12、体和胶体的截留，可以去除水中以胶体或絮凝体的铁锰等物质浸没式超滤及其组合工艺处理微污染原水中试研究。可能是生物池中的水经曝气后含有较高的溶解氧，部分低价铁锰被氧化成高价(o ji)铁锰而去除，另外部分被微生物吸收利用。张力维.生物接触氧化预处理技术处理微污染源水的研究1.3.2.4 铁锰的去除共三十七页2.1实验结果(ji gu)及讨论水处理工艺流程(n y li chn)1 原水混凝沉淀臭氧接触氧化生物活性炭超滤出水。 2 原水生物预处理混凝沉淀臭氧接触氧化生物活性炭超滤出水两者的区别在于有无生物预处理共三十七页2.1实验(shyn)结果及讨论1 氨氮的去除(q ch) 共三十七页2.1实验

13、结果(ji gu)及讨论原水氨氮较高基本在3.0mg/L左右，甚至出现了原水氨氮高于4.0mg/L的冲击负荷。当没有生物预处理时，膜池进水氨氮大于1.5mg/L，两套超滤膜处理(chl)后氨氮平均去除仅为6.67%和8.13%，工艺出水氨氮大于1.0mg/L，不能保证氨氮达标。当有生物预处理时，前端工艺对氨氮去除率较高，原水氨氮大于3.0mg/L时，组合工艺出水氨氮稳定小于0.2mg/L，即使对原水氨氮高于4.0mg/L的冲击负荷，依然能保持高的去除，组合工艺对氨氮的去除率分别达98.1%和95.1%，出水完全符合国标要求。共三十七页2.1实验结果(ji gu)及讨论2 有机物的去除(q ch

14、)共三十七页2.1实验结果(ji gu)及讨论原水CODMn在6mg/L以上。无生物预处理时，膜池进水CODMn在3.03.5 mg/L，超滤出水CODMn小于3mg/L；有生物预处理时，膜池进水CODMn小于3mg/L，超滤出水CODMn小于3mg/L，均能保证(bozhng)出水CODMn的稳定达标。共三十七页2.1实验结果(ji gu)及讨论3 UV254的去除(q ch)共三十七页2.1实验结果(ji gu)及讨论原水UV254的变化(binhu)范围为0.0980.130cm-1，平均值为0.118cm-1。对整个组合工艺而言，对UV254去除效果较好，去除率为48.46%65.30

15、%。共三十七页2.1实验结果(ji gu)及讨论4 浊度(zhu d)去除共三十七页2.1实验结果(ji gu)及讨论膜池进水浊度基本在0.54NTU之间，通过两套超滤系统(xtng)过滤后，出水均保持在0.08NTU以下，完全符合国标的要求共三十七页2.1实验(shyn)结果及讨论5 铁锰的去除(q ch)实验期间进水铁处于检测值以下，出水铁完全符合国标要求。锰的去除共三十七页2.1实验结果(ji gu)及讨论锰的去除(q ch)无生物预处理的锰的臭氧氧化和有生物预处理的生物固锰，保证了锰在超滤阶段的去除。对锰的去除超过90%，超滤出水锰在方法检测限以下符合国标要求。共三十七页2.1实验(s

16、hyn)结果及讨论6 颗粒(kl)数的去除本研究通过检测水中颗粒数间接表征“两虫”去除效果。美国很多水厂对滤池出水中大于2m颗粒物的数量都控制在50个/mL以下，两套超滤出水中大于2m的颗粒数均在20个/mL以下，因此完全达到美国的标准。共三十七页2.1实验结果(ji gu)及讨论7 色度的去除(q ch)超滤对色度去除较好，基本为0，推测原因可能是，水中色度主要是由有机物和铁锰等物质产生，超滤进水中铁和有机物含量较低、锰含量相对较高，认为锰是产生色度的主要原因，超滤可以将锰完全去除，故出水中色度接近0度。共三十七页2.1实验结果(ji gu)及讨论8 超滤对细菌及两虫的去除试验采用的内压式和

17、浸没式超滤膜孔径分别为0.01m和0.075m，而水中的细菌(0.5m10m)，隐孢子虫(4m6m)和贾第鞭毛虫(7m14m)的尺寸均大于两种超滤膜的孔径，因此理论上超滤对微生物的去除是高效的。内压式和浸没式超滤膜对细菌的截留(ji li)率达99.99%，对大肠菌群和耐热大肠菌群的截留率均达100%。共三十七页2.2中试(zhn sh)存在问题浅析2.2.1 超滤出水的二次污染问题2.2.1.1设计不合理导致空气中的微生物进入产水箱引起的二次污染（1）贮水设备的结构不合理，进出水管的位置不合适，造成水池内出现死水区，本实验产水箱的溢流管和出水管同进水管设置在同一侧，易形成“短流”，导致产水箱

18、部分区域产生死角，形成死水，导致细菌的繁殖。（2）由于反冲洗的影响，导致水箱水位下降，产水箱周期性地通过溢流管与大气相通。空气中的细菌极易通过溢流管进入产水箱，导致二次污染。（3）管理不善，未定期进行清洗、消毒，致使水质逐步恶化。（4）产水箱内壁较粗糙，给藻类等生物提供了生存良机。（5）产水箱的泄空管未从地面部最低点接出，池底没有一定坡度，导致产水箱不能靠重力泄空，水箱不易清洗干净。共三十七页2.2中试(zhn sh)存在问题浅析2.2.1.2生物不稳定引起(ynq)的二次污染由于超滤出水中含有一定浓度的营养物（NH4+-N，CODmn）,为生物不稳定水，会促使硝化细菌等微生物的生长，存在后繁

19、殖的可能性，引起超滤出水细菌总数和颗粒数升高.共三十七页2.2中试(zhn sh)存在问题浅析2.2.1.2生物(shngw)不稳定引起的二次污染超滤系统出水高锰酸盐指数平均值为2.067mg/l，氨氮平均值0.291mg/l, 超滤产水余氯基本为零，产水箱由于非密封，空气中的细菌通过缝隙和溢流管进入产水箱，当温度较高时，为产水箱异养菌的生长提供了合适的环境，导致了细菌在产水箱的繁殖。因此减少水中营养物质的含量将对控制异养细菌地生长起到决定性的作用。共三十七页2.2中试存在(cnzi)问题浅析取样次数浸没式超滤膜进水浸没式超滤膜出水空白值1150001821500253950666414098115603-660035-浸没式超滤膜，分离层在膜的外侧，高结晶态支撑层在内侧，超滤膜对小分子有机物去除有限，透过膜，进入(jnr)高结晶态支撑层，为细菌生长提供了营养物质，当产水箱收到二次污染后，含有细菌的反冲洗水，进入(jnr)超滤膜高结晶态支撑层，并在支撑层生长繁殖，导致超滤膜出水会不定期