膜生物反应器处理市政污水中试研究

膜生物反应器处理市政污水中试研究

膜生物反应器处理市政污水中试研究 篇1

膜生物反应器处理市政污水中试研究

相对于传统活性污泥法,膜生物反应器处理生活污水具有显著的.优势.通过在自行设计、加工的浸没式中空纤维微滤膜生物反应器中试装置上连续处理两种生活污水,旨在研究中空纤维微滤膜组件的性能及其影响因素,膜水通量随膜组件内真空度的变化,膜水通量随运行时间的变化和膜污染产生的原因及防治措施.了解膜生物反应器对生活污水的净化效果,出水COD、NH3-N、表色色度和浊度随运行时间的变化,膜生物反应器内污泥浓度随运行时间的变化情况等.为下一步中空纤维微滤膜生物反应器商业化应用提供基础设计数据和运行参数.

作 者：李天成 马将军 朱慎林 陈萃仙 LI Tian-cheng MA Jiang-jun ZHU Shen-lin CHEN Cui-xian 作者单位：清华大学化学工程重点实验室∥化学工程系,北京,100084刊 名：中山大学学报(自然科学版) ISTIC PKU英文刊名：ACTA SCIENTIARUM NATURALIUM UNIVERSITATIS SUNYATSENI年，卷(期)：44(z2)分类号：X505关键词：膜生物反应器 微滤 膜组件 市政污水 membrane biological reactor micro-filtration membrane module municipal wastewater

膜生物反应器处理市政污水中试研究 篇2

关键词：水力停留时间,生物膜,活性污泥,中试,节能环保

生物膜工艺处理城镇污水出水水质好, 生物膜法的原理是:生物膜生长的微生物分解和摄取污水中多种有机物, 从而净化水质。生物膜具有较大的比表面积, 可大量分解和吸收废水中的可溶性有机物, 降低污水中有机物的浓度[1]。

1 生物膜-活性污泥复合工艺的概念及应用

传统的活性污泥和生物膜法 (MBR) 是污水生物处理的两个最主要工艺, 但由于这两种工艺都有一定的缺点, 不能广泛用于城镇污水处理, 因此, 在现有活性污泥法法的基础上, 提高生物反应器中的活性, 抑制了污泥膨胀, 提高了系统运行的稳定性, 这两个应用程序的结合有重要意义[2]。生物膜活性污泥工艺是一种复杂的反应载体, 即悬浮生长的活性污泥和生物膜共享废水中有机物[3]。

2 实验工艺装置与动水实验启动

2.1 实验方案及流程

环境微生物学中研究微生物生存的基础是气体、液体和固体三相。生物膜活性污泥工艺生物处理工艺是一项新技术, 所以就需要进行试点测试, 以检查其操作, 对污水处理厂进行改造, 并在实验中总结和积累经验从而不断改善实验工艺, 为未来的推广和实施提供经验。工艺流程图如下图1:

2.2 实验工艺和装置

在这项研究中, 采用活性污泥生物膜相结合的技术, 设计生化需氧量负荷为0.15Kg/Kg·d, MLSS的浓度范围1600-2200mg/L, 空气和水的体积比例为六比一到十比一之间, 活性污泥回流比将达到百分之百。实验装置如图:

本实验的测试仪器由普通钢板焊接而成, 外尺寸为长12米, 3米宽。设备一般分为四个部分:主要部分为活性污泥和生物膜复合处理池, 其外尺寸为长六米宽三米, 水深为三米, 其有效容积为60立方米。

2.3 实验启动过程和现象观察

实验装置开始运行, 由复杂的生物处理装置开始, 第一个步骤是培养填料表面形成生物膜, 俗称挂膜, 生物膜的形成有两种方法, 一种是自然的另一种是人工, 当温度适宜污水稳定时可采用自然法形成生物膜, 当温度低, 水中有机质浓度不高时, 要采用人工接种法挂膜。在形成生物膜的同时也要产生活性污泥。在生物膜产生后期观察, 如果观察到有淡淡黄色的生物膜产生, 并通过显微镜镜检发现有微型后生动物出现, 这些现象标志着生物膜已经成功地产生。

3 实验运行情况

3.1 复合工艺对悬浮物的处理效果

实验运行初期进水悬浮物、出水悬浮物的最大值, 最小值, 平均值, 中值情况见下表:

实验开始后运行初期进水悬浮物的最大值为368mg/L而出水悬浮物最大浓度为12.54mg/L, 而随着设备的运行, 进水悬浮物浓度稳定在150~200mg/L之间。这时出水浓度基本稳定浓度在10mg/L左右。装置稳定运行的出水悬浮物平均浓度为17.34mg/L, 悬浮物的平均去除率为90%。达到了我国城镇污水排放1级B的标准。

3.2 复合工艺对COD处理效果

实验运行初期进水化学需氧量、出水化学需氧量的最大值, 最小值, 平均值, 中值情况见下表:

实验开始后运行初期进水化学需氧量的最大值为386mg/L, 而出水化学需氧量最大浓度为47mg/L, 而随着设备的运行, 进水化学需氧量浓度稳定在220~300mg/L之间。这时出水浓度基本稳定浓度在48mg/L左右。装置稳定运行的出水悬浮物平均浓度为48mg/L, 化学需氧量的平均去除率为85%。达到了我国城镇污水排放1级B的标准。

3.3 提高效率, 降低能耗。

通过上述的分析可以看出, 生物膜-活性污泥处理工艺可以使城市污水处理更为高效, 剩余污泥量少, 降低能耗, 实现了中水回用的可持续发展。

4 结语

复合生物反应器的脱氮除磷试验表明, 装置实现了一体化的脱氮除磷效果。这种生物膜-活性污泥处理工艺采用分离式水处理系统, 活性污泥工艺中水力停留时间短, 从而提高磷的去除效果。生物膜处理工艺过程中, 延长水力停留时间, 促进生物膜的生长和繁殖, 硝化细菌得到增殖, 促进生物膜硝化和反硝化增强了氨氮和总氮的去除效果。因此, 改系统在去除污水化学需氧量和生化需氧量的同时, 能有效地去除氨氮, 总氮和总磷。

参考文献

[1]沈耀良, 王宝贞.废水生物处理新技术一理论与应用.第2版[M].北京:中国环境科学出版社, 2006.

[2]丁永伟, 王琳, 王宝贞, 等.活性污泥和生物膜复合/联合工艺在污水处理厂技术改造中的应用[J].给水排水, 2005, 31 (12) :41-45.

膜生物反应器处理市政污水中试研究 篇3

【关键词】物化混凝沉淀；膜生物反应器；技术；隧道；应用

1.双鹰顶隧道污水概况

双鹰顶隧道施工采用矿山钻爆法，爆破施工过程中产生的主要污染物成分为：硝酸铵（NH4NO3）、梯恩梯（三硝基甲苯）、硝酸钠、柴油、凡士林、松香、乳化剂、石蜡等。混凝土施工过程中，水泥、粉煤灰及外加剂流失造成的污染，其主要污染成分为：碘含量、SO3、MgO、CaO等，在施工过程中，机械设备形成的机油、柴油、汽油及人员生活杂用水、粪便污水等，具体检测指标见表1。。

施工污水主要为清洗、冷却机械设备污水，混凝土搅拌、养护用水，洞内风枪钻爆、喷射混凝土用水，以及洞内围岩裂隙水，经现场多次测试检算，每天施工污水排放量为300t/d，生活污水排放量為260t/d。

2.污水处理问题的提出

双鹰顶隧道斜井地处广东省惠州市惠阳区沙田镇金桔自然保护区、沙田水库水源保护区内的田心村，区内植被发育。沙田水库为惠阳区淡水镇、沙田镇饮用水的水源地，供应约10万人的饮用、生活用水，库容量1800万m3，水质为地表Ⅱ类水质标准。根据《地表水环境质量标准》（GB 3838—2002），具体标准值见表2。

3.物化混凝沉淀+膜生物反应器处理组合技术简介

依据双鹰顶隧道排污量及地形空间，双鹰顶隧道污水处理采用膜生物反应器+物化沉淀组合污水处理技术，工艺流程图如图1示。

各处理构筑物功能简介

（1）沉砂池。沉砂池作为污水预处理设施，一般是设在污水处理厂生化构筑物之前的泥水分离的设施。分离的沉淀物质多为颗粒较大的砂子，沉淀物质比重较大，无机成分高，含水量低。污水在迁移、流动和汇集过程中不可避免会混入泥砂。污水中的砂如果不预先沉降分离去除，则会影响后续处理设备的运行。如磨损机泵、堵塞管网，干扰甚至破坏生化处理工艺过程。施工中的污水经过沉砂池，截留大颗粒泥砂沉淀，定期、不定期清除泥砂。

（2）化粪池。生活污水在此进行化粪作用并借助于污水中所含粪便的大量微生物的作用，在厌氧条件下进行微生物的接种和驯化培养。

（3）沉淀池。沉淀池是应用沉淀作用去除水中悬浮物的一种构筑物，一般是在生化前或生化后泥水分离的构筑物，多为分离颗粒较细的污泥。此中其主要功能和作用是对混合污水进行沉淀，以去除污水中可沉和粗大物。

污水在进水口设混合器加药进入调节堰口，稳定进水的流量，使污水中以胶体状态存在的分散小颗粒与混凝剂发生混合，凝聚的反应，加大絮体的粒径，使之沉降，从而使污水得到净化。池中设集泥槽，安装2台排泥泵，泥排入污泥干化池，干化后外运处理。上清液回调节沉淀池处理。

（4）厌氧生物滤池

生活污水经过化粪池自流进入厌氧生物滤池进入沉淀池后一并处理。厌氧生物滤池污水处理设备主要由沉淀池、厌氧接触池、过滤池三部分组成。

沉淀池：经化粪池自然发酵后的污水自流进入设备内沉淀池，污水中的大颗粒物质在此进行沉淀，沉淀污泥由移动式潜污泵或由吸粪车定期吸出处理，时间一般为半年或一年。

厌氧接触池：厌氧池主要是用于厌氧消化，对于进水COD浓度高的污水通常会先进行厌氧反应，提高COD的去除率，将高分子难降解的有机物转变为低分子易被降解的有机物，提高BOD/COD的比值。而且在除磷工艺中，需要厌氧和好氧的交替条件。污水厌氧生物处理是指在无分子氧条件下通过厌氧微生物（包括兼氧微生物）的作用，将污水中的各种复杂有机物分解转化成甲烷和二氧化碳等物质的过程，也称为厌氧消化。与好氧过程的根本区别在于不以分子态氧作为受氢体，而以化合态氧，碳，硫，氢等为受氢体。沉淀后污水自流进入厌氧接触池，水流由下而上通过多种填料形成厌氧生物膜，在生物膜的吸附和微生物的代谢作用下，污水中的有机物被去除。填料同时具有截污的作用，污物和脱落的生物膜经截留自沉后形成污泥，与沉淀池污泥一并吸出处理。

过滤池：经厌氧处理后的污水自流进入过滤池底部，由下而上通过填料层，该新型填料既能截留污物又能形成生物膜，即在过滤区既有过滤作用又是二级厌氧池。过滤后出水直接进入调节沉淀池后段处理。

（5）污水抽升井。沉淀池的水自流进入抽升井，井内设置污水泵，两用两备，高位启动，低位停止，污水泵提升至一体化气浮过滤装置。

（6）气浮过滤装置。项目选用一体化自动污水两级气浮过滤装置。本装置特征是气浮池底设有污泥沉淀区，内有排泥装置，气浮出水集水设置在沉淀区上方，以及在气浮后设有组合式过滤装置。气浮在间隙运行产生的沉淀污泥，可以单独排出，不会随出水带出，从而有效保证了气浮出水质量。气浮出水后部一体化过滤装置，又有效保证了出水要求，尤其是采用焦炭作过滤介质，可充分利用气浮出水未消耗余氧，使过滤器兼有生化和过滤双重功能。

（7）管道混合器。混合设备是完成凝聚过程的设备。混合设备必须满足下列要求：a.保证药剂均匀地扩散到整个水体；b.混合时间不宜过长，一般控制在10～30s以内，最大不超过2min；c.能使处于强烈搅动状态之中。管式静态混合器是在管道内设置若干固定叶片，并按照一定角度交叉组成。水流通过混合器时形成对分流，同时产生蜗旋反向旋转及交叉流动，达到混合效果。管式静态混合器混合效果较好，安装容易，维修工作量小，而且其有显著优点就是不另外占地。

（8）药剂投加方式确定。常用的投加方式有：泵前投加；高位溶液池重力投加；水射器投加以及泵投加。本设计中采用泵投加，泵投加有两种方式：一是采用计量泵，二是采用离心泵配上流量计。采用计量泵不必另行配备计量设备，泵上有计量标志，可通过改变计量泵行程或变频调速改变药液投量，最适合用于混凝剂自动控制系统。

（9）混凝剂的选定。本设计采用聚合氯化铝又名碱式氯化铝作混凝剂，其主要特点是净化效率高、耗药量少、出水浊度低、色度小、过滤性能好、原水高浊度时尤为显著；温度适应性高，PH适用范围宽（可在PH=5～9的范围内），因而可不投加碱剂；使用时操作方便，成本较三氯化铁低；是无机高分子化合物。

（10）高效漩涡澄清池。微涡流混凝工艺的核心是涡流反应器，其内腔絮体能长期保持，涡流反应区外的絮体泥渣可以全部排除，因而排泥操作可以简化，运行更稳定。由于微涡流造成混凝剂高效扩散，提高了混凝剂利用率，同时，涡流反应器腔内大量絮体活性得到充分利用，这使得微涡流混凝工艺的混凝剂消耗量明显低于传统工艺。

（11）清水池。经过处理后的水进入清水池，一部分处理水进行回用；另一部分可直接排放。在清水池内有利于消毒剂与水充分接触反应，提高消毒效果。

（12）污泥干化池。沉淀池及一体化气浮池定期进行排泥，排出的泥在污泥干化池中进行浓缩，上清液再回流到沉淀池中。经脱水干化后的污泥进行外运处置。

4.处理后水质结果

检测报告结果显示污水排放能够达到地面Ⅱ类水标准。

5.结束语

该设备占地面积小，工艺流程紧凑，节省大量土建费用；运行费用主要是日常的电费，比起传统生化工艺，运行成本较为低廉。整套设备可采用PLC控制，自动化程度高，运行稳定可靠，抗冲击负荷能力强，无需人员操作管理。

由于占地面积小，采用集成式结构，能够输出较清洁的回用水，特别适合于基建工程项目、小城市、乡镇污水处理项目，具有明显的环境、社会效益。

参考文献

膜生物反应器处理市政污水中试研究 篇4

膜生物反应器在不同阶段下处理城市污水的研究

采用国产膜对小试规模的.膜生物反应器(MBR)处理以工业污水为主的城市污水进行研究.在秋冬季,启动培养活性污泥,至出水水质达到CJ25.1-89杂用水标准.试验表明,在进水COD平均大于500 mg/l,BOD5/COD=0.2～0.4并且水温低于20℃的情况下,MBR在16天内就可以达到理想的出水效果.并且对三种不同抽吸压力(TMP)下的出水水质、膜通量及膜污染进行比较,得出本系统最优TMP为30 kpa.

作 者：李照静 张玉先 范建伟 Li Zhaojing Zhang Yuxian Fan Jianwei  作者单位：李照静,张玉先,Li Zhaojing,Zhang Yuxian(同济大学污染控制与资源化研究国家重点实验室,上海,92)

范建伟,Fan Jianwei(同济科蓝环保公司,上海,200092)

刊 名：环境科学与管理 英文刊名：ENVIRONMENTAL SCIENCE AND MANAGEMENT 年，卷(期)： 32(11) 分类号：X703.1 关键词：MBR   工业污水   COD   出水水质   TMP  

膜生物反应器处理市政污水中试研究 篇5

针对生活污水的特点,在小试基础上建成了膜生物反应器中水回用示范工程(24 m3/d).运行结果表明,出水浊度、BOD5、NH3-N、动植物油平均浓度分别为1.8 NTU、8.7 mg/L、1.69 mg/L、0.58 mg/L,出水无色无味,各项水质指标均优于<城市污水再生利用--城市杂用水水质>(GB/T 18920-)标准.膜及膜面凝胶层对稳定系统出水水质起到了决定性作用.

作 者：荆肇乾 吕锡武 赵硕伟 JING Zhao-qian LV Xi-wu ZHAO Shuo-wei 作者单位：荆肇乾,吕锡武,JING Zhao-qian,LV Xi-wu(东南大学,环境科学与工程系,江苏,南京,210096)

赵硕伟,ZHAO Shuo-wei(镇江生态环境咨询中心,江苏,镇江,21)

膜生物反应器处理市政污水中试研究 篇6

为充分考察膜生物反应器的硝化性能,采用活性污泥比消化速率,对膜生物反应器处理氨氮废水的硝化性能进行了研究.结果表明:在容积负荷1.096kg NH+4-N/(m3・d)的.条件下,硝化性能稳定,氨氮转化为硝酸盐氮的转化率可达99%;亚硝化菌和硝化菌在活性污泥中占优势,系统中出现了胞外多聚物和可溶性微生物产物的积累.

作 者：高孟春 杨敏 李红岩 汪严明  作者单位：高孟春(中国科学院生态环境研究中心,北京,10008;中国海洋大学环境科学与工程学院,山东,青岛,266003)

杨敏,李红岩,汪严明(中国科学院生态环境研究中心,北京,10008)

刊 名：中国海洋大学学报（自然科学版）  ISTIC PKU英文刊名：PERIODICAL OF OCEAN UNIVERSITY OF CHINA 年，卷(期)：2005 35(1) 分类号：X172 关键词：膜生物反应器   氨氮   废水   亚硝化菌   硝化菌   胞外多聚物  

膜生物反应器处理市政污水中试研究 篇7

我国是一个水资源贫乏的国家, 人均水资源仅为世界平均水平的1/4。同时水资源在时间和地区分布上很不平衡, 南方多北方少, 北方大部分地区人均水资源更低。在北方干旱半干旱地区全年的降水量主要集中在7～9月3个月, 这使可利用的水尤其显得不足;随着经济发展和城市比进程的加快, 城市缺水问题变得尤为突出。当前相当部分城市水资源短缺, 城市缺水范围不断扩大, 缺水程度日趋严重。据统计, 全国669个城市中, 400个城市常年供水不足, 其中有110个城市严重缺水, 日缺水量达1 600万m3, 年缺水量60亿m3, 由于缺水每年影响工业产值2 000多亿元。天津、长春、大连、青岛、唐山和烟台等大中城市已受到水资源短缺的严重威胁。

天津市的引滦人津工程曾为天津的生存和发展发挥了巨大作用, 但由于连年干旱, 滦河潘家口水库和于桥水库库存急剧减少。为了缓解天津市水危机, 从2000年开始, 已经3次从黄河紧急调水给天津, 沿途省市为此付出了很大代价。虽然引黄济津暂时解决了水危机, 但黄河水也十分紧缺, 保证率不高, 不是长远之计。因此, 对于天津这样的资源性缺水性城市, 不但要找水, 更重要的是大力发展回用水技术, 节水技术, 使每一滴水更大限度的发挥作用。

水是自然界中唯一不可替代, 也是唯一可再生的资源。在城市生活、生产用水中, 约40%的水是与人们生活紧密接触的, 而多达60%的水使用在工业用水, 农业灌溉, 环卫用水和小区居民杂用水等方面。如将这部分用中水替代, 在水质标准上是完全允许的。同时节约了大量的新鲜水源。将中水引入小区, 实现双路供水是建设节水型城市的重要体现。小区中自引中厕用水、绿化用水、洗车等方面都可以用中水代替、目前天津市的很多新建生态小区项目都有中水回用设施。将中水管线直接进入用户的马桶内用于冲厕。既避免了居民误饮误用, 又使得管理收费方便易行。

2 居民住宅小区小水回用现状及主要处理技术

一般住宅小区的污水主要为居民生活用水。包括居民的洗浴废水、厨房废水、洗衣废水以及冲厕用水等。随着生活水平的提高, 洗浴用水量庄住增长较快。使得杂排水水质有逐渐变好的趋势, 水质可生比性比较强, 但水量变化较大。因此用简单的处理方法很难达到回用水标准。根据小区污水回用系统的自身特点和规律, 工程设计应该注意:小区污水处理设施的建设应遵循城镇排水总体规划和专项规划;处理设施的占地和污泥产量应尽量少。选择性能稳定的设备, 管理维护应简便易行;处理系统应有较强的抗水量、水质波动的能力。以适应小区水质、水量波动较大的特性。一般均需设置调节池;处理系统应达到国家有关恶臭、噪声等标准, 不能影响小区居民的正常生活。结合目前国内外小区中水回用的实际情况。目前采用的生化工艺主要有生物接触氧化法, SBR和膜生物反应器工艺等。

2.1 生物接触氧化法

接触氧化法是小区污水处理中较常用的处理技术。该工艺具有操作简便、不需回流污泥、抗冲击负荷等优点。通过合理设计可以达到脱磷除氮的处理效果。整个处理装置可以埋地设置。上部仍可覆土、绿化, 装置的开停可以由调节池水位自动控制。但其污泥量相对较大, 污泥稳定性较差。使后续污泥处理设备较复杂。生物接触氧化法工艺流程如图1。

2.2 序批式活性污泥法

序批式活性污泥法 (Sequencing Batch Reactor) 简称SBR, 是近年来国内外污水处理领域研究日趋增多并引起广泛重视的处理技术。该工艺的基本特点是运行时按照进水、反应、沉淀、排水、排泥5个工序, 依次在一个池子中周期进行。因此可以省去二沉池甚至初沉池, 而且不需回流污泥, 很适合小区污水处理与其它工艺相比SBR工艺提供了时间程序上的污水处理, 而不是连续流提供的空间程序上的污水处理。即在时间上污染物基质具有浓度梯度——与推流式相同。在空间上基质浓度完全相同——具有完全混合式的特点, 也就是说该工艺集中了两种地型的优点同时避免了其固有的缺陷。但是我国目前相关配套设备较少, 主要依靠进口, 使得工艺投资较高。序批式活性污泥法工艺流程如图2。

2.3 膜生物反应器

近年来, 随着膜生产技术的提高和生产成本的降低, 膜技术在污水处理领域中的应用, 特别是与生物反应器相组合的膜生物反应器 (Membrane Bioreactor) 已经成为目前公认的水处理高新技术, MBR综合了膜处理技术和生物处理技术的优点, 在紧凑的空间内同时实现微生物对污染物质的降解和超滤膜对污染物质的分离, 而降解与分离之间又存在着协同作用, 是一种高效、实用的污水处理技术, 已经广泛应用于中水回用、污水处理、以及各种工业废水的处理中。目前全球已有8 000多套MBR装置在正常运行, 处理规模在6～13 000m3/h。美国2000年用在MBR装置上的膜组件销售额达67.5亿美元, 年增长速度约为13%, 说明这一技术具有强大的生命力。随着科技的进步, 我国对MBR的研究和应用正在处于高速发展时期, 随着膜制造技术革新的技术进步, 膜使用寿命的提高和膜成本的降低, MBR技术在污水处理与回用事业中所起的作用越来越大。膜生物反应器工艺流程如图3。

膜生物反应器 (MBR) 是将膜分离技术和生物处理技术有机结合的一种优化的污水处理技术, 其主要特点是用膜分离取代二沉池的沉淀分离, 由于膜分离可将全部微生物截留在反应器。如曝气池内, 不受二沉池重力分离效果的影响, 因此反应器内活性污泥浓度高, 泥龄长且根据需要可人为凋节, 膜分离截留了微生物也截留了难降解的物质。由于泥龄长微生物可将这些易降解和难降解的物质彻底降解, 从而使膜几乎只过滤洁净的水和截留微生物及生物不可降解等膜能截留的物质。这样不但使出水水质优良, 而且可大大减轻膜过滤时的膜堵塞和污染问题, 从而延长了膜的使用寿命, 使MBR成为一种真正有效的实用技术。此外, 由于本方案采用的膜的孔径只有0.2μm, 其在进行泥水分离的同时, 可以截流部分致病病毒及绝大部分的致病微生物。经综合比较.膜生物反应器具备有以下一些特点。

(1) 反应器中生物污泥浓度可高出常规活性污泥的5～10倍, 即可达10～30g/L。甚至可以做到40g/L以上。使污水中可降解的污染物完全氧化, 硝化也可进行完全, 因此出水水质非常好, 最大限度地减少了污水对环境的污染。

(2) 膜的截留作用可使出水几乎无悬浮物和大肠杆菌等病源微生物及部分病毒。高污泥浓度和长的泥龄, 使降解速度慢的难降解物也可得到彻底降解。

(3) 由于泥龄可以很长, 所以剩余污泥量极少, 因此使一般污水生物处理常常需要花费大量费用用于处理污泥的难题得以较好解决。出水水质很好, 高于三级处理或国家杂用水的标准。因为没有二沉池的沉淀分离问题。因此不用担心污泥膨胀、上浮等麻烦。

(4) 水力停留时间 (HRT) 和污泥泥龄 (SRT) 可以完全分开MBR的水力停留时间理论上可以很短。各种生物反应器处理污水时, 其活性微生物总量是关键, 即V·X是关键 (V, 反应器容积, X, 生物浓度) , 如果VX=C不变, 当X增加5倍时, 则V就减少5倍。因此MBR生物反应器容积可比常规生物法小的多, 再加上其出水相当或优于三级处理的出水, 所以MBR一个反应器又可取代三级处理的若干处理单元, 所以在占地和运行以及造价上都更加优越。工艺简单, 单一的反应器取代众多处理设施, 因此也很便于自动化PLC控制。

3 小区生活污水和处理资源化中试研究

为了深刻了解小区污水的特性, 确定最优化的工艺流程, 探讨膜生物反应器最优运行工况, 对其进行了中试规模的研究。这对该技术推向实际应用有着重要意义。在总结膜生物反应器处理生活污水多项研究成果的基础上, 进行了处理水量在3.36～4.32m3/d的位差式中空纤维膜生物反应器处理人工配水的中试试验研究。试验结果表明:该技术具有较强的技术可靠性, 完全可以应用于实际生活污水回用工程。

3.1 试验主要设备

(1) 膜生物反应器。

反应器为聚氯乙烯塑料制造, 矩形截面柱体;截面积为0.3m2。有效水深H=3.6～3.9m;有效容积V=1.08～1.17m3, 高低水位差为0.3m。

(2) 膜组件。

反应器内置6只中空纤维膜膜组件。每个蟆组件的面积是20m2。

(3) 控制柜。

采用PLC (可编程序控制器) 控制系统的运行。

(4) 浮球阀液位控制器。

控制器控制反应器内的液位, 进水至最高水位时停进水泵, 液位降至最低水位时, 启动进水泵。

3.2 运行状况分析

中空纤维膜膜生物反应器处理污水实验进行了约4个月, 设计出水流量200L/h采用间歇运行方式, 运行期间无反洗, 无人工及化学清洗, 实验期间无排泥。实验装置运行其他条件, 运行出水期间曝气气水比25∶1;出水流量采用阀门、流量汁控制恒定, 人为降低出水压头。间歇运行, 8min出水, 2min停止空曝气。

3.3 实验结果及讨论:

3.3.1 COD的去除

整个实验运行期间进水COD的平均值为366.4mg/L。最大值为780.9mg/L、最小值为228.0mg/L;出水COD的平均值为13.1mg/L, 最大值为25.2mg/L。最小值为4.4mg/L:COD的平均去除率为96.0%冲击负荷对出水COD去除率没有影响。这说明系统的稳定性和可靠性。

在实际污水处理工程中。冲击负荷是难以避免的, 这部分研究是考察COD冲击负荷对膜通量的影响。在正常运转的情况下, 采用出水控制阀控制出水流量衡定。在研究COD冲击负荷时, 短时间全开阀门, 以观察最大流量的变化, 从而了解摸阻力的变化。

3.3.2 运行方法

将原水引人调节池中。完成膜生物反应器内的污泥培养与驯化, 并向每个膜生物反应器内投加15kg粉末活性炭。打开控制系统电源, 预热10～15min。检查并调整各仪表、阀门状态, 使整个系统水气管路正常、通畅。在触摸屏上, 先进人设置菜单, 进行各项目选择。轻触“自动”, 此时整个系统按照PLC设定的程序开始运行。运行过程中, 要注意观察在线流量计、电流表的数值变化。如发现异常, 要及时停车检查。

3.3.3 日常保养和维护

(1) 排泥、加炭。

膜生物反应器定期每周排泥一次, 每个反应器的排泥量约为3m3左右 (注:排泥的同时必须曝气) , 排泥的液位差为310mm。排泥后, 向每个反应器投加粉末活性炭6kg左右。

(2) 空曝气。

为了减少膜的污染, 保持膜通量, 每隔一定周期 (一般为一个月) , 需停止反应器出水, 至手动, 启动鼓风机对膜组件进行曝气冲刷6h后, 即正常运转。 (要选择在排水低峰时进行) 每天定时巡视, 发现异常情况应关闭反应器, 进行检查修理。二氧化氯发生器保持全天性连续工作。检查二氧化氯发生器的工作情况, 及时补充所需的原料。

4 结语

经过2年的科研实验和工程实际研究, 在东方设备厂写字楼和生活区中水回用工程的实际设计运行基础上, 已掌握了膜生物反应器在城市和生活小区生活污水和处理资源领域的关键技术。相信在各级政府的推动下, 膜生物反应器在污水资源化领域会有越来越美好的前景。

摘要：介绍了以SBR、MBR为处理方式的居民住宅小区污水处理方法, 通过对小区生活污水和处理资源化中试研究, 深刻了解了小区污水的特性, 确定了最优化的工艺流程, 为该技术推向实际应用起到了重要意义。在总结膜生物反应器处理生活污水多项研究成果的基础上, 进行了处理水量在3.364.32m3/d的位差式中空纤维膜生物反应器处理人工配水的中试试验研究, 试验结果表明:该技术具有较强的技术可靠性, 完全可以应用于实际生活污水回用工程。

膜生物反应器处理市政污水中试研究 篇8

厌氧膜生物反应器在水处理中的应用研究

本文从AnMBR在水处理中的原理、特点,以及和传统的`厌氧生物处理的比较得出其发展优势,同时也指出了AnMBR的主要缺点和发展方向.得出厌氧膜生物在未来有较大的发展前景等结论.

作 者：周亚红 宋宝增 ZHOU Ya-hong SONG Bao-zeng 作者单位：西南科技大学环境与资源学院,四川,绵阳,621010刊 名：四川环境 ISTIC英文刊名：SICHUAN ENVIRONMENT年，卷(期)：25(5)分类号：X703关键词：AnMBR 生物量 污泥浓度 膜污染

一体式膜生物反应器处理屠宰废水 篇9

摘要：用一体式膜生物反应器经过90 d的连续运行对屠宰废水的处理进行研究.试验结果表明,出水CODCr和BOD5稳定,平均去除率均达95%以上;NH3-N的.去除率高达93.7%;对TSS、浊度、SS及动物油脂的去除率分别>99.0%、99.3%和95.8%,在工艺运行的90 d里未发生膜污染现象.作 者：李志东 李娜 张洪林 魏丽 张令戈 酒井裕司 中尾真一 作者单位：李志东(辽宁石油化工大学环境与生物工程学院,抚顺113001;大连市环境科学研究设计院,辽宁116023)

李娜,张洪林(辽宁石油化工大学环境与生物工程学院,抚顺113001)

魏丽,张令戈(大连市环境科学研究设计院,辽宁116023)

酒井裕司,中尾真一(东京大学工学系研究科,日本国113-8656)

膜生物反应器处理市政污水中试研究 篇10

关键词：膜生物反应器,石油化工,废水处理

膜生物反应器技术是现代膜分离技术与传统污水生物处理技术相结合的产物,它利用膜的选择透过性实现了污水生物处理中生物相的富集和共代谢作用,从而达到了大幅度提高污水处理效率、改善出水水质的目的。目前,该技术已成为污水处理与回用领域的一项关键技术。

本文介绍了膜生物反应器技术的发展状况,总结了近年来膜生物反应器技术的应用情况。

1 膜生物反应器技术的发展历程

膜生物反应器技术起源于20世纪60年代的美国。1967年美国的Dorr-Oliver公司利用该技术建设了一座处理规模约为16 m3/d的小型污水处理装置;Smith等[1]首次报道了用超滤膜代替好氧活性污泥法中的二沉池处理城市污水的方法。但这一时期由于受到膜制造技术等多方面的限制,使膜生物反应器技术主要停留在研究阶段。

20世纪70年代后期,日本对于膜生物反应器技术的研究与应用非常重视,实施了大型的膜生物反应器技术研究计划“Auqa Renaissance' 90 Project”,使得该技术在日本有了长足的发展。在20世纪80~90年代,日本主要应用膜生物反应器技术处理办公楼和公共建筑的生活污水,处理后的污水作为中水回用,处理规模一般为50~250 m3/d。目前,日本已在运行的膜生物反应器装置约占到了全球的一半,但多为中小型规模,处理的污水以生活污水为主。

在20世纪90年代中后期,随着世界性的水资源短缺和水污染的加剧,越来越多的国家重视膜生物反应器技术的研究开发与应用。我国也将该技术列入国家“八五”、“九五”计划和国家高技术研究发展计划(863计划),给予重点支持。

2 膜生物反应器膜组件的主要形式

自膜生物反应器技术问世以来,为实现其工程化的应用,许多高分子材料制造公司和环保公司进行了大量的探索和研究工作,各国政府也给予了一定程度的支持。国内外先后有Zenon公司、Memcor公司、UE公司、Mitsubishi Rayon公司、Kubota公司、Asahi公司、Toray公司、Memstar公司、Norit公司、Motimo公司和Omexell公司等一大批具有相当规模的膜材料制造商和工程应用商出现。生产的有机膜材料主要有聚偏氟乙烯(PVDF)、聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)和聚醚砜(PES)。其中,PVDF具有较为理想的抗氧化性、有机污染耐受性和较好的亲水性,成为目前水处理过程中应用的主要膜材料。无机膜材料主要为陶瓷膜。

为更好地实现膜材料在膜生物反应器中的应用,各生产厂家推出了不同的膜材料形式,有机膜主要为中空纤维膜和板式膜,无机膜主要为管式膜。中空纤维膜具有比表面大、装填密度大、产水量大、易修补和可反洗等特点,世界上的大规模工程应用均采用该种膜材料。但在过滤过程中,该膜表面容易形成浓差极化,需要较为理想的膜污染控制手段。目前应用较为广泛的抗污染手段为空气连续或脉冲正洗、水反洗等。板式膜具有跨膜压差低、耐污染等特点,但在其使用过程中不能反洗、难于修补、且装填密度较小,限制了板式膜的大规模工程应用。无机陶瓷膜具有机械强度高、耐高温和耐高压等特点,因此多用于高浓度污水(如垃圾渗滤液等)的处理装置,但由于存在装填密度小、能耗高等不足,限制了无机陶瓷膜的大规模应用。

3 膜生物反应器技术在国内外的应用

各企业在世界范围内开展了大规模的城市污水和工业废水的处理与回用的工程应用。膜生物反应器技术将膜分离技术与生物处理技术相结合,因此具有以下特点:(1)污泥浓度高(通常为传统工艺的2倍),生化效率高,污染物质降解快,出水水质好;(2)有利于世代周期长的微生物的生长,有利于氨氮和难降解污染物质的去除;(3)泥龄较长,剩余污泥排放量较少;(4)占地面积小,节约土地。

进入本世纪以来,膜生物反应器技术在国外的市政污水处理领域得到了较为广泛的应用,并且也正在逐步地应用于垃圾渗滤液、染料、化工等废水处理领域。规模较大的有:(1)荷兰Varsseveld市政污水处理厂,处理规模18 000 m3/d;(2)德国Kaarst市政污水处理厂,处理规模40 000 m3/d;(3)比利时Heist市政污水处理厂,处理规模30 000 m3/d;(4)英国Swanage市政污水处理厂,处理规模13 000 m3/d;(5)韩国天安市政污水处理厂,处理规模30 000 m3/d。

在国内的一些大、中城市也先后实施了一系列大型的膜生物反应器市政污水处理工程。主要有:(1)呼和浩特金桥电厂污水处理回用项目,处理规模30 000 m3/d;(2)北京北小河市政污水处理厂,处理规模60 000 m3/d;(3)北京密云再生水厂,处理规模45 000 m3/d。

作为工业废水处理的代表,新加坡联合环境技术有限公司(UE)则通过其在国内的子公司——诺卫环境安全工程技术(广州)有限公司率先开展了将膜生物反应器技术应用于石化废水处理与回用方面的工程实践,先后在中国石油化工集团公司(中石化)、中国石油天然气集团公司(中石油)和中国海洋石油总公司(中海油)实施了一系列的废水处理工程。主要有:(1)中石化洛阳分公司PTA废水处理与回用工程,处理规模5 000 m3/d;(2)中石化巴陵分公司己内酰胺废水处理工程,处理规模7 200 m3/d;(3)中石化金陵炼化分公司炼油废水处理与回用一期工程,处理规模6 000 m3/d;(4)中石化金陵炼化分公司炼油废水处理与回用二期工程,处理规模6 000 m3/d;(5)中石化广州分公司炼油废水处理与回用工程,处理规模7 200 m3/d;(6)中石化海南实华炼化公司炼油废水处理与回用工程,处理规模15 000 m3/d;(7)中海油惠州炼化公司炼油废水处理与回用工程,处理规模15 000 m3/d;(8)中石油哈尔滨石化公司炼油废水处理与回用工程,处理规模10 000 m3/d;(9)江苏泰兴精细化工园区废水处理工程,处理规模30 000 m3/d;(10)广东大亚湾石化工业园废水处理工程,处理规模25 000 m3/d;(11)广州小虎岛精细化工园区废水处理工程,处理规模20 000 m3/d。

4 膜生物反应器技术在石化污水处理领域的发展现状

膜生物反应器技术作为一项新兴的高效污水处理技术,在强调环境保护、强调经济可持续发展的今天,有着广泛的发展空间。目前,膜生物反应器技术已经应用于炼油企业的含油、含盐废水、精对苯二甲酸(PTA)废水、己内酰胺废水、精细化工废水等多种废水的处理。

随着膜生物反应器技术应用的不断深入,特别是在工业废水处理领域的推广,一方面确实显示出膜生物反应器技术在处理高浓度、难降解工业废水方面的诸多优势,另一方面由于工业废水具有一定的特殊性,因此也暴露出该技术的一些问题,需要进一步完善。主要表现在:(1)在应用初期比较强调活性污泥的高浓度,而不够重视活性污泥的高活性;(2)对于工业废水的特性了解得不够彻底,容易造成膜污染(结垢和油污染等)的加剧,影响了长周期稳定运行;(3)过于看重膜的分离作用,没有真正实现与传统废水处理技术的有机结合。

以国内某石化企业PTA废水处理回用项目为例:该企业PTA废水原采用传统活性污泥法两级曝气好氧生物处理工艺,但由于生产过程的变化,来水水质变化较大,直接导致处理出水不稳定,污泥流失、出水水质恶化等问题时有发生。通过采用A/O膜生物反应器处理工艺对原先的两级生化沉淀工艺进行了改造,使得曝气池中污泥浓度提高到7 000~10 000 mg/L,生化效果明显改善。处理后的出水经膜系统排出,全部回用到冷却循环水系统。改造后的初期,该膜生物反应器废水处理装置运转良好,在进水COD小于5 000 mg/L的情况下,出水COD小于40 mg/L。但很快出现了膜结垢问题,使得系统无法正常运行。经过现场分析,发现导致结垢的原因是因为生产中催化剂回收工艺的改变和波动造成废水中一些离子的浓度超标,而在项目实施的前期对此没有重视,在采取了调整催化剂回收工艺和增加生物软化的技术措施后,很好地解决了膜结垢的问题,实现了系统的长周期稳定运行。目前该工程已经成为环保和节水的示范项目。

上述的实例只是膜生物反应器应用过程中遇到的一个问题。就目前的情况看,针对这些问题,目前各大膜技术应用商均在开发适合于不同工业废水水质的膜生物反应器技术。开发重点为:(1)工艺的改进——如何更好地与传统废水处理工艺进行有机的结合;(2)膜装置的改进——如何延缓和控制膜污染,提高膜单元的出水效率;(3)膜材料的开发——如何有效地提高膜通量,降低一次性投资和运行成本。

在工艺技术的改进方面,先后提出了多相组合膜生物反应器技术、生物强化膜生物反应器技术等新的理念。其中的多相组合膜生物反应器技术可以说是近年来膜生物反应器技术发展完善的一个方向。该技术更加重视膜技术与传统废水处理技术的有机结合,注重废水的预处理技术、厌氧处理技术和好氧处理技术与膜技术的有机组合。针对不同的处理对象,采取不同的处理手段,强调工艺流程的简洁和高效,以期达到良好的效果。例如在处理炼油废水时,采用两段法的生化处理工艺,注重在膜分离条件下的COD和氨氮去除条件的不同。而在处理一般的化工废水时,则是注重生物活性和生物绝对数量的把握。

膜装置的改进,先后有气提式(Air-lift)、射流式(MenJet)、生化单元式(Bio-cel)、漂浮式(Flexell)、气升循环、脉冲间歇曝气和错流循环等多项技术的面世,目的就是要争取实现在最小能耗基础上的膜通量的正常维持,降低膜生物反应器运行过程中的能量消耗,提高和稳定膜装置的工作通量。

在膜材料的开发方面,更注重高通量、高亲水性、高化学稳定性的膜材料的研制与生产。对于目前在废水处理中应用最为广泛的PVDF膜材料,也在积极开发更为理想的合成工艺。对于一些原有的地膜材料如聚氯乙烯和PES等,也在积极研究化学改性的方法,使其适应废水处理的需要,从而达到降低膜的一次性投资和日常运行成本的目的,以便更广泛地推广。

5 结语

应该看到,随着国家环保法规的日趋严格,废水排放标准也在不断地提高。目前,环境水体中COD的排放标准已由原先的100~120 mg/L提高到50~60 mg/L;与此同时,国家对于企业的节水减排工作也非常重视。因此在可预期的将来,会有越来越多的石化企业废水处理厂需要通过必要的技术改造,实现废水处理水质的改进或回用。而膜生物反应器技术由于其自身的特点,在处理高浓度、难降解工业废水方面有着独特的优势,因此必将会得到广泛的应用。而未来的膜生物反应器技术在石化废水处理领域的应用也必将是朝着多种技术结合、短流程、低投入、高水质的方向发展。

参考文献

膜生物反应器处理市政污水中试研究 篇11

序批式移动床生物膜反应器处理高氨氮废水

摘要：试验采用以新型聚乙烯塑料为序批式移动床生物膜反应器研究了其对于高氨氮废水的处理能力.结果表明,填料的.填充高度与MBBR有效高度的比例约为80%时较容易实现挂膜,填料的最佳长度为4mm左右;pH在8.0～8.5之间时,系统氨氧化速率较大,最大达到53.97mg/(L・h);MBBR氨氮去除容积负荷、去除率随着进水氨氮容积的升高而先增大后降低,氨氮容积负荷为1.5kgN/(m3・d)时,其去除容积负荷最大,达到1.03kgN/(m3・d),氨氮容积负荷为0.75kgN/(m3・d)时,去除率最大,达到99.6%以上;试验中出现稳定的亚硝酸盐积累,当进水氨氮浓度为200mg/L时,氨氮去除率达到97.7%以上,亚硝酸盐氮约占氨氮去除总量的96.2%.作 者：刘建广    宋武昌    代莎莎    王丽丽  作者单位：刘建广,宋武昌,王丽丽(山东建筑大学,市政与环境工程学院,山东,济南,250101)

代莎莎(日照职业技术学院,建筑工程学院,山东,日照276826)

期 刊：山东建筑大学学报  ISTIC  Journal：JOURNAL OF SHANDONG JIANZHU UNIVERSITY 年，卷(期)：, 23(2) 分类号：X703 关键词：MBBR    氨氮    pH    亚硝酸盐   

膜生物反应器处理市政污水中试研究 篇12

两段式生物膜-膜生物反应器的试验研究

试验对传统两段式生物反应器(TSBR)进行了改进,二段采用生物膜-膜生物反应器(BMBR);在一段HRT=SRT=2.82～4.23 h,二段HRT=6.44～9.66 h、SRT→∞,每日空曝气8 h的运行条件下,对该工艺进行了试验研究.结果表明,系统稳定后,出水水质稳定,CODcr、NH+4-N和TP的去除效率分别为95%、80%和60%以上,膜污染得到了有效控制.

作 者：刘琳 宋碧玉 Liu Lin Song Biyu  作者单位：武汉大学资源与环境科学学院,湖北,武汉,430079 刊 名：环境污染与防治  ISTIC PKU英文刊名：ENVIRONMENTAL POLLUTION AND CONTROL 年，卷(期)： 27(3) 分类号：X5 关键词：两段式生物反应器   生物膜-膜生物反应器   生物膜  

膜生物反应器处理市政污水中试研究 篇13

在印度, 皮革工业因其污水中含有高有机负荷, 被认为是主要的污染源, 而印度制革工业普遍采用的水处理措施相对不足。制革污水中含有高生化需氧量 ( BOD ) 、化学需氧量 ( COD) 、硫化钠和悬浮物[1 - 3]。在泰米尔纳依, 巴拉尔河盆地上游的地下水, 已经被制革厂排放的污水严重污染, 因此亟需有效的处理措施。传统的制革污水处理方法, 首先是去除悬浮物 ( 一级处理) , 其次是使用生物处理 ( 二级处理) 去除胶体有机物、COD和色度。为了减少COD和悬浮物, 人们开始研究采用混凝/絮凝法处理制革污水[4 - 5]。一些学者试图采用物理法和化学法或者两者结合的方法处理制革污水, 以去除污水中有机污染物和含氮化合物[6 - 8]。虽然物理- 化学结合法很有效, 但其成本高、消耗化学物质, 还会产生2 次固体污泥。

由于制革污水中成分复杂, 大多数传统的处理方法都有所欠缺。因此有必要开发更为经济可行的技术来有效去除有机物, 同时减少污泥产率和化学消耗。膜生物反应器 ( MBR) 就是这样的一种替代方法, 该方法可以提供更长的污泥龄 ( SRT) , 且去除BOD和氮需要更少的反应体堆积[9]。与传统活性污泥工艺相比, MBR在制革污水的处理中显示出更高的去除率[10]。虽然膜生物反应器在治理污水方面效果显著, 但其会产生生物污染的缺点, 限制了MBR在水处理方面的大规模应用。近年来, 大量的研究致力于降低MBR的生物污染, 其中就包括膜技术与多种处理技术结合的复合式膜生物反应器 ( HMBR) [11 - 14]。其预处理过程采用电絮凝法, 并结合膜过滤法, 使用多种反应器设计[15 - 17]。

电絮凝法被认为是目前去除污水中有机化合物和重金属离子的较佳选择[18 - 19]。同时, 该方法会使污水的生物降解能力指数 ( BI) [20 - 22]提高到0. 4以上, 以促进有效的生物降解过程[23 - 24]。近期, 有人在微滤 ( MF) 前采用以铁和铝为电极的电絮凝法作为预处理过程[25 - 28]。在终端微滤预处理中, 铁电极显示出许多缺陷, 而文献中鲜有将铝作为消耗电极的研究。因此, 文中旨在开发一种复合式膜生物反应器, 将活性污泥法与电絮凝法相结合, 减少污染物的排放, 并使用SEM和EDAX分析了试验结果。

1 材料与方法

1. 1 制革废水

文中所使用的制革污水均来自金奈伯勒沃勒姆地区的公共污水处理厂 ( CETP) 。来自150 家制革厂的污水都集中在这个公共污水处理厂。首先使用化学混凝进行初步处理, 之后上层清液再使用活性污泥法 ( ASP) 进行2 次处理, 最后在排放前, 污水再通过活性碳过滤器 ( 三级处理) 进行处理。污水的收集一般在初步筛选后和初步处理前。泰米尔纳依污染控制局 ( TNPCB) 发布的制革污水特点和排放标准如表1 所示。由于污水中盐的浓度较高, 因此使用电絮凝法比化学混凝更为有效, 同时经过膜过滤, 就会得到优质水源。

1. 2 电絮凝法、ASP和MF

使用1. 5L的玻璃烧瓶作为电解池。铝作为消耗电极, 在水中浸入区域约为125. 4cm2, 不锈钢作为阴极, 同样浸入125. 4cm2。电解期间阴阳两极保持3cm的极距, 使用直流稳定电源提供直流电 ( 德国美创立公司, 型号ME - 305A, 0 ~ 5A和0 ~ 30V) 。样品在固定时间间隔内取样, 并分析COD的去除率。同样, 通过分析BOD来反映电解时生物降解能力指数的变化。

从相同的污水处理厂 ( CETP) 采集活性污泥。经过15min的电絮凝处理, 生物降解能力指数到达0. 4, 再使用ASP法, 放置过夜再作用6h后, 混合溶液的悬浮物 ( MLSS) 浓度约为8g/L, 并通过空气扩散器给反应器的生物提供氧气。

mg/L

恒压下, 使用制造出的丙烯酸甲酯细胞进行非搅动终端过滤试验, 有效过滤面积为0. 014 3m2。采用额定为0. 22μm的PVDF滤膜 ( 型号GVWP14250, 美国密理博公司) 过滤。使用数字天平测量过滤时水渗透的质量, 从而估量膜通量的衰减。使用蒸馏水进行水阻力测试, 以确定膜的总阻力。每次试验结束后, 都必须使用流水从外部冲洗膜30min, 去除膜表面的颗粒。之后再使用0. 4% Na OH ( w/v) 和0. 3% HCl ( v / v) 浸泡1h, 进行化学清洗。

每一步结束后使用SEM ( 日本日立公司) 评估膜的污染情况, 同时使用SEM - EDAX ( 荷兰FEI公司, 型号Quanta FEG 200 ) 分析电絮凝法后污泥的情况。

2 结果与讨论

2. 1 电絮凝法的优化

电絮凝法的有效性取决于以下几个方面: 电流密度、初始p H、电极材料类型 ( Fe或Al) 和电解液浓度。由于实际废水中包含的盐浓度已足够, 因此只用将电流密度和初始p H作为实际试验参数。同时, 该试验选择铝作为消耗电极。

图1 表示不同电流密度和时间对COD去除率的影响。可以看到, 在电流密度为15m A/cm2时得到COD最大去除率为70% , 且没有可以超越该值的去除率。随着电流密度的增加, 阳极溶解不断增加, 因而去除的污染物更多。此外, 电流密度增加, 泡沫的生成速度增加, 而泡沫生成量在减少, 进而污染物的去除能力也有所提高[17]。然而, 当超过了一定的电流密度, 电流作用于溶液加热将大于溶解电极, 再无法提升COD去除率。

电流密度:15mA/cm2

图2 表示p H对电絮凝法处理过程的影响。在中性和碱性p H值时 ( p H值为7. 4 和9) , COD的去除率随电解时间上升。可以注意到, 在中性p H值时, COD的去除率达到最大值。这是因为在中性p H值时, 所有的Al3 +在阳极聚合, 产生Al ( OH) 3沉淀物, 从而去除效果增强。而在碱性环境下, 形成的Al ( OH) 3分解为Al ( OH) 4-, 不会与污染物结合[29 -30]。另一方面, COD的去除率先不断上升, 之后开始下降。这是因为在酸性p H时, 最初絮状生成物随着p H值增加, 从而提高COD去除率。而之后COD去除率下降, 是由于絮状物的生成增加了COD值[31]。

2. 2 吸附等温线和吸附动力学

污染物的去除机制与常规吸附过程类似, 是由于在原位生成了絮凝剂。另外, 阴极表面生成的氢同样帮助分离了污染物。使用电絮凝法去除污染物, 可用吸附原理建立模型。假定污染物为配位体, 与原位可结合形成铝的沉淀物。由于给定时间内, 絮凝剂的数量是可以估算的, 因此使用电絮凝法去除污染物, 可以采用吸附现象为模型。分别使用Langmuir、Temkin和Freundlich型吸附等温模型研究污染物的去除 ( COD) [32 - 33]。试验数据与吸附等温线模型进行对比。试验中所有吸附等温模型的参数值和线性回归系数R2值如表2 所示。从表2 中可以看到, Freundlich等温模型拟合的相关系数和试验值结果令人满意。Freundlich等温线是一种有关吸附剂吸附强度与吸附体之间的经验方程, 它可以应用于不同表面的非理想吸附。Freundlich等温方程的线性表达式如方程 ( 1) 所示:

其中, KF和1 /n分别表示吸附能力常数和吸附强度常数。它可以应用于不同表面的非理想吸附, 也可应用于预测多层化学吸附和物理吸附。

然而使用电絮凝法产生的有机物污染的矿化非常复杂, 涉及到许多基本化学步骤, COD的总去除率也可以使用零级和一级速率方程表示。采用电凝法处理制革废水的吸附动力学, 在最佳优化条件下进行研究 ( 电流密度= 15m A/cm2, p H = 7. 4) 。分别使用零级和一级吸附动力学对电絮凝法试验数据进行拟合, 从数据可以看出吸附过程更符合一级动力学模型。回归系数 ( R2) 和零级、一级动力学速率常数也在表2 中列出。

2. 3生物降解能力指数和活性污泥法

在最佳工艺条件下, 计算生物降解能力指数 ( 见图3) 。从图3 中可以看出, 在15min内, 生物降解能力指数就可以达到0. 47。因此, 先采用电絮凝法作用15min, 然后停止, 改用ASP法处理污水。使用浓度为8g/L的混合液悬浮固体 ( MLSS) , 处理污水时间为6h。根据Rosenberger等[34]人的研究, 最佳的MLSS浓度为8 ~ 12g/L, 因此为了降低膜污染选择最小值。

图4 显示, COD去除率可达60% , 且在COD去除过程中, 微生物一直在增长。微生物利用制革污水中污染物 ( COD) 的存在生长, 从而减少了COD的浓度, 在微生物稳定期前, COD的下降趋于平稳。因而, 在稳定期期间, 主要的生物污染是次生代谢产物, 需要除去。

2. 4 微量过滤

2. 4. 1 渗透通量和污染

在恒定的3k Pa跨膜压下, 研究过滤时间对渗透通量的影响。观察污染情况可知, 渗透通量随着过滤时间的延长而下降, 结果如图5 所示。膜通量随着运行时间下降, 是由于膜孔隙的阻塞, 污泥附着在膜表面, 因而通过膜的浓度降低。从图5 中看到, 随着过滤时间延长, 无论采用哪种处理方法, 其渗透通量在过滤配置的终端都呈线性下降。这是因为搅拌槽内污染物的沉积, 引起渗透压增加[17]。

当不对污水进行预处理, 仅使用膜处理时, 就会因为污染物在膜表面阻塞、吸附和形成滤饼层而引起膜污染。在反应4h内, 初始渗透通量减少到50% 。采用MBR处理时, 渗透通量的下降有所缓慢, 9h后初始渗透通量减少到50% , 可以看出污染物相对之前有一定减少, 这主要归功于活性污泥中的小分子可溶胶粒[35]。而采用HMBR处理时, 在微滤前先使用电絮凝法, 渗透通量的下降明显缓慢, 表明预处理对于减少污染十分有效。这可以解释为, 在电絮凝过程中, 颗粒发生混凝, 根据卡曼-科泽尼方程可知, 增加了粒子的直径, 会降低过滤的电阻率[36]。采用SEM分别分析无污染的膜, 未做预处理、负载污染物的膜, MBR处理后的膜和HMBR处理后的膜的污染情况, 结果如图6 所示。

(a) 无污染的膜; (b) 未做预处理的膜; (c) MBR处理的膜; (d) HMBR处理的膜

可以清楚地看到, 将经MBR处理和未做预处理的膜相比, 经过HMBR处理后的膜, 其污染最小。再对混合过程中膜表面形成的污泥进行SEM -EDAX分析 ( 见图7) 。图7 所示, 污泥表面呈多孔状, 几乎包含了制革污水中大部分的污染物。结果显示: 污泥中可检测到C、O、Na、Mg、Al、Si、S、Cl、Ca、Cr、Mn和Fe等元素。其中C和O元素来自吸附在膜表面的混合溶液中的有机污染物, 还有一些元素来自制革污水的无机沉淀物, 而Al和Fe等元素来自电极的溶解。可以看到, 在电凝絮过程的辅助下, 污水中的Na Cl和Cr也附着在了MF膜上, 这正是另一个优势所在。

对污染物进行定量分析, 渗透通量的减少率 ( PRPF) 使用以下方程式表示[36]:

其中, Ji表示初始渗透通量 ( 75. 52 L /m- 2·h) , Jf表示10h时稳定状态的渗透通量。HMBR、MBR和未预处理的膜的PRPF值分别为66. 67 % 、77. 78 % 和80. 65 % 。这表明: 相对膜生物反应器, 同样运行10 h后, HMBR在渗透通量方面提升了11. 1% 。

试验前先进行清水阻力测试 ( CWRT) 。用蒸馏水测定膜的渗透性, 将膜清洗后再验证一次 ( 见图8) 。使用达西定律计算膜阻力[37]:

其中: J表示膜通量, L/m- 2·h;

ΔP表示跨膜压力, Pa;

μ 表示渗透黏度, Pas;

Rm表示膜阻力, m-1。

使用达西定律计算, CWRT法测定的初始膜阻力为4. 29 × 1012m- 1, HMBR的膜阻力为8. 59 × 1012m- 1, MBR的膜阻力为10. 75 × 1012m- 1。经MBR处理后的膜阻力明显比HMBR高出很多, 再次证明了HMBR处理后, 膜污垢显著减少。

2. 4. 2COD和色度的改善 ( MBR和HMBR)

微滤时, 收集渗透样本作水质分析。从图9a、b可知, 经过HMBR处理后, COD去除率为90. 2% , 脱色率为92. 75% , 满足污染控制委员会的排放标准, 且高于MBR处理后的值 ( COD去除率为72. 69% , 脱色率为75. 82% ) 。在电絮凝过程中, 含盐的制革污水变为灰色, 经过微滤后, 水几乎变透明。如不作任何预处理, 过滤后的污水仍为灰色。据报道, 电絮凝过程中, 电化学氧化去除COD, 物理包容去除污染物[38]。污染物的生物降解也能帮助去除COD, 微滤相当于优化的最后一步。

3 结论