一体式膜生物反应器处理城市排水沟中污水的研究

一体式膜生物反应器处理城市排水沟中污水的研究（共10篇）

一体式膜生物反应器处理城市排水沟中污水的研究 篇1

在不排泥的条件下,SMBR系统表现出对CODCr、NH3-N、TN、TP等指标良好且稳定的去除效果,其中TN、TP在较高的污泥浓度下才表现出较好的`去除效果.通过对SMBR系统处理效果影响因素的考察,发现污泥浓度对系统的处理效果及反应器内的生物处理都有影响,因系统不排泥,随着污泥浓度的增加,系统出水的有机物含量下降,而反应器中的有机物浓度呈现先升高而后下降的趋势.

作 者：吴建 李秀芳 WU Jian-kun LI Xiu-fang  作者单位：吴建,WU Jian-kun(徐州规划设计院,江苏,徐州,221000)

李秀芳,LI Xiu-fang(徐州工业职业技术学院,江苏,徐州,221000)

刊 名：化学与生物工程  ISTIC英文刊名：CHEMISTRY & BIOENGINEERING 年，卷(期)： 24(11) 分类号：X703.1 关键词：膜生物反应器   城市污水   特性  

一体式膜生物反应器处理城市排水沟中污水的研究 篇2

1 动态膜反应器的污水处理试验

动态的膜生物反应器是当今时代极为先进的一种膜生物水处理技术, 它完善了传统的反应器的膜材料昂贵以及污染严重的缺陷, 通过使用动态膜 (又称作次生膜或者是原位形成膜) 多孔的支撑表面对污水进行过滤, 是目前广受污水处理人员青睐的一项技术。动态膜反应器的所选用的膜组件具有较低的成本以及容易处理的污染问题, 而且其在工作中对于能量的消耗较少, 还能够极高地提升出水的水质及水量, 具有极大的污水处理优势。本文下面就选用尼龙网和无纺布两种材料来做一项动态膜反应器的运行实验:

首先, 工作人员要为试验设置两个如图1所示的尺寸为0.3乘以0.2乘以0.7米以及有效的容积为30升的平行反应器装置, 并且为每一个反应器配置两片分别以无纺布及尼龙网作为材料的平板式的动态膜, 同时将每一个单片膜的膜面积控制在0.072平方米。而且, 工作人员要为反应器设置水泵以及液位开关, 并将水头液位设定在0.4千帕, 保证进水以及自流出水工作能在液位差的推动下实现。此外, 工作人员还要将两组曝气头安置在反应器的下方, 以侧下方的曝气头保证反应器的供氧需求以及液体混合需求, 以正下方的曝气头发挥供氧以及反冲洗的作用, 并且将一挡板安置在反应器的中部位置, 保证反应器内循环的实现。同时, 工作人员还要为反应器设置一个内部加热棒, 将水温控制在25±1摄制度之间。而中试反应器则要具备1.2乘以1.0乘以2.9米的尺寸以及3.0立方米的有效容积, 还有4片具备1.8平方米单膜面积的膜, 其控制过程和小试一样。

其次, 工作人员要分别进行用水试验以及清水试验, 并确定研究的项目以及方法。一方面, 试验人员要人工配置具备6.3到8.5之间的酸碱值以及23到25摄制度之间水温, 还有336到637mg/L的COD值以及2.9到13.5mg/L的氨氮值的污水, 并将中试水的COD值控制在120到372mg/L之间, 氨氮值控制在13到35.7mg/L之间。同时, 用水实验还要准备MISS值为8000mg/L以及SV为百分之六十的接种污泥, 并将其培养训话7d之后接入到HRT为12个小时及具备0.1kgCOD/ (kgMLSS·d) 的有机负荷环境的反应器的膜组件中, 接着进行反复的冲水清污试验。另一方面, 工作人员还要做充氧效果以及流态研究的的清水实验, 将曝气量分别为0.1、0.25以及0.45与0.6立方米每小时的四种曝气器向混合溶液充氧, 测定出不同点的反应器对于不同时段充氧量的充氧能力以及充氧效率。同时, 工作人员还要实用脉冲的电导法来做反应器的流态实验, 并采用饱和的氯化钠融液作为示踪剂, 在反应器内注入清水之后, 不停地将示踪剂注入, 并且对出水进行相同时间间隔下的电导率检测。再一方面, 此试验除了应用HachHDO的荧光溶氧仪测定DO, 电导率仪测定电导率之外, 其他的研究项目都是使用国标法进行测定。

2 动态膜反应器试验的结论以及效果

本文下面主要是从不同曝气强度、曝气方式以及中试运行效果这三个方面来分析一下动态膜反应器的试验结论以及污水处理效果:

2.1 不同曝气方式的实验结论及除污效果

试验中主要采用了底部曝气以及侧下方曝气两种方式进行了曝气实验, 首先就底部曝气来讲, 由于其膜组件在反应器的正下方运行, 曝气套动作用会使动态膜变得结构松散且易脱落, 阻碍了动态膜对于污染物的堆积, 其应用的无纺布以及尼龙网的动态膜都在连续运行了23天之后才产生了TMP的急剧上升。而且, 出水的浑浊度以及SS一直都居于较高的数值, 无纺布还以较高的亲水性做出了一直都比尼龙网高的TMP值。其次, 就侧下方的曝气方式来讲, 它的膜面具有较低的错流速度, 污泥以及泥饼层都会快速沉积增多, 其TMP具有较快的增长速度而出水量则处于缩减状态。而且, 在侧下方曝气的运行初期, 由于膜面以及膜孔都较为清洁, 尼龙网和无纺布的运行效果没有太大差异, 而后则随着清洁度的转变产生运行差异。就曝气方式去除COD的效果来讲, 工作人员主要是在侧下方的曝气条件下进行了仔细考察, 无纺布以及尼龙网都具有较高的去除效果, 而无纺布则因为有更多微生物附着要高于尼龙网的效果。

2.2 不同曝气强度的实验结论及除污效果

从图2不同的曝气量对于充氧效率与充氧能力影响图来看, 充氧效率是随着曝气量的增强而逐渐降低的, 而充氧能力则与曝气量的增强成正比, 而且, 在曝气量不断增强时, 反应器的内流体混合的速度以及循环的速度都会逐渐加快, 在不同水头差的影响下这种流体也没有呈现太多的循环速度变化。可以说, 不同的水头差基本不会影响到内流体的循环速度, 整体的水流态势也一直维持着较好的状况。而从试验中可分析出, 曝气量在0.25立方米每小时的条件下, 反应器的充氧能力以及充氧效率还有流体的内循环效果都会达到最优状态。

2.3 中试运行试验的效果以及除污分析

中试运行试验最初选用的无纺布材料在运行一周之后即出现了破裂和漏泥的状况, 可见其膜强度需求还不能达到对于实际除污工作需求的满足, 试验人员随之换用了尼龙网作为试验膜材料。而就尼龙网材料的中试除污效果来讲, 一方面, 经下图3实验效果可知动态膜中的微生物是COD的主要去除者, 而动态膜的上清液的除COD效果则相对较弱。另一方面, 从下图4动态膜对于氨氮的去除效果来讲, 泥饼具备一定的除污能力但并不明显, 而上清液则优于泥饼。而且, 氨氮在被去除的过程中还主要是转化成了亚硝态氮以及硝态氮。

3 结语

通过试验可知, 城市污水处理人员实用动态膜进行污水处理工作, 应该采用侧下方的曝气方式以及尼龙网的膜材料来进行, 而污水处理工作中主要发挥作用的是微生物, 动态膜的除污效果则不甚明显。总之, 城市污水处理人员采用动态膜反应器来处理污水是十分有效的一种工作方式, 在今后的污水处理工作中, 工作中工作人员还要积极地加强对于动态膜反应器的研究及优化, 使其在污水处理工作中发挥更大的作用。

参考文献

[1]熊江磊.动态膜生物反应器在废水处理中的研究[J].中国市政工程, 2008 (06) .

[2]李天宁, 尤朝阳.动态膜生物反应器在城市生活污水处理中的应用探讨[J].科技信息, 2011 (16) .

一体式膜生物反应器处理城市排水沟中污水的研究 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

一体式膜生物反应器处理城市排水沟中污水的研究 篇4

内置转盘式膜-生物反应器处理污水的工艺条件研究

摘要：对内置转盘式膜-生物反应器(SRMBR)处理污水工艺进行了研究.进水COD 160～368 mg/L时,出水COD在运行1d后降低到20 mg/L以下,去除率大于90%;转盘式膜组件的.转速在0～25 r/min范围内,平衡膜通量随转速增大而快速增加,继续增大转速则平衡膜通量的增加变得不显著;在一定范围(0～1min)内延长停抽时间有助于缓解膜污染;SRMBR在较低的气水比(15:1)下运行,也可达到较高的平衡膜通量.研究表明,SRMBR在最佳组合操作条件(转速为25r/min,抽/停为9min/1min,气水比为15:1,抽吸压力为25kPa)下运行,其平衡膜通量高达53.75L/(m2・h).作 者：吴桂萍    杜春慧    徐又一    WU Gui-ping    DU Chun-hui    XU You-yi  作者单位：吴桂萍,WU Gui-ping(华中科技大学环境科学研究所,武汉,430074;浙江大学高分子科学与工程系,杭州,310027)

杜春慧,徐又一,DU Chun-hui,XU You-yi(浙江大学高分子科学与工程系,杭州,310027)

期 刊：环境科学  ISTICPKU  Journal：ENVIRONMENTAL SCIENCE 年，卷(期)：, 27(11) 分类号：X703 关键词：内置转盘式膜-生物反应器    膜污染   平衡膜通量   

膜生物反应器与污水处理论文 篇5

1工程概况

为满足陕西省森林工业职工医院环保三同时要求，拟实施污水处理工程，污水处理工艺选用MBR工艺，MBR工艺将生物降解、沉淀、过滤集中为一体，减少了处理设施数量，可使运行成本降低，故障点减少，节省占地面积。建设一座处理量为360m3/d的污水处理站。进水水质设计参数见表1。

2工艺流程

医院污水进入调节池调节水质水量。在调节池内设置格栅，用以拦截污水中的大块漂浮物，有效减轻处理负荷，为系统的长期正常运行提供保证。污水经调节池提升泵提升至MBR反应器，MBR反应器放置中空纤维膜组件，污水浸没膜组件，通过自吸泵的抽吸，利用膜丝内腔的抽吸负压使污水中的污染物去除。出水经紫外线消毒后达标排放。

3工艺介绍

3.1格栅

设备格栅1台，用于拦截较大块的漂浮物，以保证后续设备的正常运行。栅渣需定期清理，可随垃圾处理，格栅材质为不锈钢。

3.2调节池设计

调节池1座，用于调节水质水量，全地下钢砼结构。调节池内设置提升泵2台，1用1备，通过液位开关控制提升泵的启停。水泵技术参数：流量：15m3/h，扬程：22m，功率2.2kW。水池内设置液位开关。

3.3MBR膜生物反应器

污水由调节池提升泵打入MBR反应器，MBR内放置中空纤维膜组件，污水浸没膜组件，通过自吸泵的抽吸，利用膜丝内腔的抽吸负压来运行。膜组件的材质为聚偏氟乙烯(PVDF)，公称孔径为0.2μm，是悬浮固体、胶体等有效屏障;中空纤维膜丝较细，有较好的柔韧性，能保持较长的寿命，即使有膜丝破损的现象发生，由于膜丝内径仅为270μm，可被污泥迅速阻住，对处理水质完全没有影响。

在污水处理站内设置两个清洗槽，定期对膜组件清洗保养。本工程采用鼓风机曝气，除提供微生物生长所必须的溶解氧之外，还使上升的气泡及其产生的紊动水流清洗膜丝表面，阻止污泥聚集，保持膜通量稳定，设计气水比为25∶1。MBR中产生的剩余污泥很少，定期排至污泥池。风机HC-801S3台，2用1备，参数：风量Q=3.33m3/min，风压0.4kgf/cm3，功率P=5.5kW。MBR出水由自吸泵抽吸至紫外杀菌器，自吸泵出水管上安装玻璃转子流量计，以便于观察水量和膜组件堵塞情况。MBR内设置浮球液位器2套，高水位开泵，低水位停泵。MBR反应器处理能力为360m3/d，箱体尺寸为5.0m×4.0m×4.0m，有效水深3.5m，采用不锈钢组合式水箱。

3.4紫外线消毒器

紫外线消毒是利用波长范围是200nm～275nm的紫外线照射，使水中的各种细菌、病毒、寄生虫、水藻以及其他病原体受到一定剂量的紫外线辐射后，其细胞组织中的DNA结构受到破坏而失去活性，从而杀灭水中的细菌、病毒以及其他致病体，达到消毒杀菌和净化的目的，紫外线杀菌速度快，效果好，不产生任何二次污染。经过多方面比较，本工程采用紫外线消毒，采用紫外线消毒仪一台，照射强度为25uw/cm2～30uw/cm2，照射时间为10s。

4电器控制

动力线由院区配电房引入，用电缆供至污水处理站控制间的控制柜内，并作重复接地，接地电阻符合标准要求。整个系统设有失压保护，避免停电后突然来电时电动机的自启动，并设置有发生意外时的急停开关及异常情况下的故障报警。站内供电采用放射状引入各用电设备点，以提高供电的可靠性，同时各设备用电均单管单线，信号线路与供配电线路完全独立，有效避免了电路之间的干扰，保证了各污水处理设备的正常、稳定、可靠的运行;同时为将来设备电路的检修和维护提供方便，可根据情况逐个检查，而不影响污水处理站其它设备的运行，有效保障污水处理效果。室外线路均采用国内知名企业的名牌电缆，以确保供电安全以及设备的运行要求。有效、稳定、安全、可靠的控制系统，对于整个污水处理站的正常运行起着至关重要的作用，直接关系到污水处理的效果。

本污水处理站电气控制系统所用主要元器件均采用进口设备。系统控制箱上安装触摸显示屏，全中文菜单，可显示完整的系统流程及设备工作状态，实现对系统设备的.监视、操作与控制和报警，与控制箱面板上的按钮同时可以对设备进行操控，形成系统运行“双保险”，确保其正常、可靠运行。根据工艺要求，污水提升泵的启停为全自动运行，均设有自动/手动控制。当选择自动控制时，整个处理过程由PLC根据液位高低及时间程序进行控制，当选择手动控制时，各个设备根据需要进行人为控制。

(1)整个处理系统运行大部分由PLC自动控制来完成。

(2)提升泵的开停由水位进行控制，中水位开泵，低水位停泵。

(3)风机采用自动控制，一天切换一次。

(4)各类电气设备均设电路短路、过载保护装置，以确保电器设备安全运行。

(5)各动力设备启动均采用直接启动。

(6)自控及电器设备关键部件选用进口产品。

5运行效果

该工程已通过环保部门的验收。

6工艺特点及经济分析

6.1工艺特点

(1)消毒效果好。传统处理工艺由于出水悬浮物浓度高，细菌与病毒可以附着或包裹在悬浮絮体中而不易被消毒剂杀灭，MBR工艺中膜组件采用中空纤维膜，属于微滤膜的范围，利用膜分离作用能有效拦截污水中的细菌，减少后续消毒药剂量;同时由于MBR出水悬浮物浓度非常低，细菌与病毒失去屏障，更易于被杀灭。

(2)出水水质稳定。膜生物反应器是膜技术与传统的活性污泥生化处理技术相结合而成的一种新的污水处理工艺，以膜分离过程取代传统工艺中的重力沉降过程，解决了传统工艺因固体颗粒的沉降性不好而使活性微生物流失，最终造成系统失效，不能保证出水水质稳定的弊端，污泥停留时间和水力停留时间完全分离。膜生物反应器对于来水水质的变化和运行情况的变化均有很强的适应性，最终能很好的完成固液分离过程，保证出水水质的稳定。

(3)高处理能力。超滤膜截留了绝大部分微生物，使得反应器中微生物种类和总量都非常丰富，反应器中维持高MLSS，低F/M，能使有机物深度氧化，减少剩余污泥的排放。反应器能够同时进行硝化与反硝化作用，成功地除氮，污泥保留时间相当长，从而完全保留体系中缓慢生长的硝化细菌。

(4)工艺流程简单。传统工艺包括物化、生物+物化、生物+生物+物化、活性炭深度处理等几种类型，而膜生物反应器与物化法相比，可以节省物化法昂贵的药费、电费;将它与传统生物处理相比，可将生物处理流程中的曝气池、二沉池和污泥浓缩池等烦琐的单元集MBR池与一体，然后将膜浸没到MBR池中，生化过滤后出水，工艺简单易于管理。

(5)节省占地。由于工艺流程简单，处理单元少，水力停留时间小于传统活性污泥法，所以池容小，结构紧凑。与传统处理中采用的活性污泥法或接触氧化法相比，占地是传统水处理的1/4～1/2。

(6)易于实现全自动控制。整机能够实现自动间歇运行，系统泵阀自动遵照程序启停，设有水位自动控制、膜污染控制、故障报警等控制面板，集中模块化，便于观察。

(7)低投资、低运行。由于设备少工艺简单，所以一次性建设成本和长期运行费用都要低于传统污水处理设施，并且省去絮凝等昂贵的药费。

6.2经济分析

一体式膜生物反应器处理城市排水沟中污水的研究 篇6

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城市排水沟中污水的研究 篇7

关键词：生活污水,一体化折流生物膜反应器 (IBBR) ,效率,氮、磷的去除

0 引言

在很长的一段时间, A2/ O ( 厌氧/ 缺氧/ 好氧) 是生物脱氮除磷的主流工艺, 在此工艺基础上, 衍生出一些连续流的工艺, 包括巴氏生物除磷脱氮法 ( 厌氧/好氧/厌氧/好氧) 工艺, UCT ( 厌氧/缺氧/好氧) 工艺, 以及MUCT ( 厌氧/缺氧/缺氧/好氧) 工艺; A2/ O工艺已经广泛运用于大型污水处理厂, 但是因为其自身缺陷和微生物间的竞争导致不能同时达到较好的脱氮除磷效果, 因此, 该工艺仍需要改进。

目前主要采用厌氧和土地系统处理分散生活污水, 但是, 厌氧处理去除氮磷的效果不佳, 土地处理系统又需占用大量土地, 基于Johkasou在日本处理分散式污水的技术、A2/ O工艺和其他一些研究, 一体化折流生物膜反应器 ( IBBR) 应运而生。该工艺结合生物和化学方法处理氮和磷, 不但解决生物脱氮除磷的局限, 而且克服了集中处置带来的不便。IBBR有其独特的优势, 建造简单, 运行管理方便, 可被运用于不同地形和规模的分散生活污水的处理, 出水可二次利用。

鉴于此, 本文利用学校生活污水作为实验废水, 在IBBR稳定运行阶段, 通过增加回流比和使用化学试剂强化除磷, 来进一步研究化学需氧量 ( CODCr) 、总氮 ( TBD和总磷 ( TP) 的去除效率。

1 材料与方法

1. 1 实验废水

实验废水来源于西南科技大学的生活污水, 水质指标见表1, 主要来包含学生、教职工和周围城镇的排水, 不含工业废水。

1. 2 实验装置

自制一体化反应器, 如图1 所示。

反应器的尺寸为1. 33 m × 0. 5 m × 1 m, 反应器有效容积为0. 5 m3, 缺氧、厌氧、好氧、沉淀的单位体积比是2∶1∶ 2∶ 2, 组合填料分别悬浮在缺氧、厌氧、好氧单元, 在好氧单元的底部有曝气设备, 硝化液从好氧单元的顶部回流到缺氧单元的前部。根据运行工况的不同来调节硝化液的回流比。

1. 3 运行条件

采用IBBR工艺处理生活污水, 启动阶段持续32 d, 当水力停留时间 ( HRT) 为12 h, 出水CODCr浓度低于50 mg/L, 反应器处于厌氧和好氧交替运行状态时, TP的去除效率为20% ~ 30% , TN的去除效率仅为10% ~ 20% , 启动阶段完成后, 在缺氧单位和厌氧单元的填料上形成一层黑色的生物膜, 好氧单元的填料形成一层棕色的生物膜。

启动后, 排出IBBR装置缺氧、厌氧和好氧单元的悬浮活性污泥, 取消污泥回流。这种情况下, IBBR中机物和氮的去除主要归功于生物膜的作用。基于烧杯实验和对IBBR装置启动阶段的研究, 决定在好氧单元之后增加化学强化除磷单元, 采用A12 ( SO4) 3作为絮凝剂。用量为90 mg/L, 工艺流程见图2。

该实验采用污水连续流工艺, 在IBBR启动后, 改变消化液的回流比, 添加A12 ( SO4) 3强化除磷, 观察IBBR中CODCr、TN和TP的去除率。

1. 4 分析项目及方法

根据水和生活污水标准检测方法测定化学需氧量、总氮、总磷和氨氮。

2 结果和讨论

2. 1 CODCr去除率

当IBBR处于稳定运行状态时, 进水CODCr、出水CODCr和CODCr的去除率见图3。

如图3 所示, 从第1 d至第33 d, 硝化液的回流比与启动阶段相同均为100% , 在这一阶段, 进水的CODCr的浓度范围为117. 7 ~ 442. 4 mg/L, 结果出水CODCr的浓度除了第18 d到第27 d外均低于50 mg / L。第18 d到第27 d出水中的CODCr较高可能是由如下两个原因导致的: 一是进水的CODCr浓度比平时略高; 二是由于填料中的生物膜更新脱离, 影响出水水质。从第34 d至第53 d, 硝化液的回流比调整为400% , 进水CODCr的浓度范围为109. 0 ~ 295. 3 mg/L, 在此阶段, 出水CODCr浓度低于50 mg/L, CODCr的去除效率高达91% ; 从第54 d至第66 d增加A12 ( SO4) 3强化除磷单元, 进水CODCr浓度范围为256. 2 ~ 315. 1 mg/L, 出水的CODCr浓度保持在50 mg/L以下, 在此阶段, 进水CODCr浓度比刚开始改变硝化液的回流比时更高, 但是出水CODCr浓度仍维持在50 mg/L, 这说明化学强化除磷不会影响CODCr的去除率, 这也与烧杯实验的结论强化除磷与CODCr去除具有协同作用是一致的。

2. 2 TN去除率, 进出水中TN的组成

在IBBR稳定运行阶段, 由于硝化液的回流比不同, TN的去除率亦不相同, 不同硝化液回流比与TN去除率的关系见图4。

如图4 所示, 从第1 d至第33 d, 硝化液的回流与启动阶段一致为100% , 在这一阶段, 进水的TN浓度为27. 7 ~51. 0 mg / L, 出水的TN浓度为22. 0 ~ 41. 7 mg / L, TN的去除率为15. 9% ~ 25. 1% 。从第34 d至第53 d, 硝化液的回流比调整为400% , 进水的TN浓度范围为30. 7 ~ 66. 4 mg/L, 出水的TN浓度为14. 2 ~ 29. 1 mg / L, TN的去除效率43. 4% ~ 56. 6% , 当进水的TN浓度低于30. 7 mg / L, 出水的TN浓度低于15 mg/L, 因此, 硝化液的回流比对TN的去除有显著影响。从第54 d至第72 d, 增加A12 ( SO4) 3强化除磷单元, 在此阶段, 当进水的TN浓度为44. 7 ~ 70. 4mg / L, TN的去除效率为44. 3% ~ 56. 2% , 添加A12 ( SO4) 3前后TN的去除率几乎没有变化, 这表明添加A12 ( SO4) 3对TN的去除率没有影响。

生活污水中的氮主要以氨氮和有机氮的形式存在, 氮的生物去除机理主要通过硝化作用和反硝化作用, 硝化细菌在好氧单元通过硝化作用, 将硝酸氮和有机氮转变亚硝酸盐氮和硝酸盐氮, 然后, 反硝化细菌在缺氧单元通过反硝化作用将亚硝酸盐氮和硝酸盐氮转变成N2O、N2等等, 最后氮以气体的形式排出系统, 当硝化液的回流比400% 的时候, 添加A12 ( SO4) 3强化除磷, TN的去除率几乎没有变化。由于进水TN的波动, 选取第65 d进水和出水TN做相关分析, 在这个时候, 在进水与出水中不同形式的氮的组成见表2, 在进水和出水中不同成份所占比例见图5 ~ 6。

如图5 ~ 6 所示, 在进水中, 硝态氮的比例仅占1% , 但是通过好氧单元的硝化作用, 硝态氮的比例增加到12% , 出水中的TN与进水中的TN相比增加了一些, 可能因为一些有机氮在氨化作用下转变成了氨氮, 但是氨氮没有被硝化作用完全利用, 在这个时候, 如表2 所示, 出水中TN的成分比进水中的TN低一点, 它说明一部分氮能够通过生物作用、硝化作用、反硝化作用以及氨气提取系统中去除, 此外, 在填料中可以观察到小孔, 填料中的生物膜也有一个交替的微生物环境 ( 有氧和厌氧) , 它对TN的去除也有一定的贡献。

2. 3 IBBR对TP去除率的影响

在IBBR装置稳定运行阶段, 在好氧单元后添加A12 ( SO4) 3强化除磷单元, TP的去效率有显著提高, 进出水的TP浓度及TP的去除率见图7。

如图7 所示, 从第1 d至第33 d, 硝化液的回流比与启动阶段一致为100% , 在这一阶段, 进水中TP的浓度有所波动 ( 3. 03 ~ 7. 18 mg/L) , 出水的总磷浓度为2. 09 ~ 5. 84mg / L, TP的去除效率稳定, 保持在18% 左右。从第34 d至第53 d, 硝化液的回流比调整为400% , 进水的TP浓度为3. 54 ~ 5. 05 mg/L, 出水的TP浓度1. 96 ~ 2. 51 mg/L, TP的去除效率为40% ~ 50% , 与前一阶段相比有明显的提高。从第54 d至第69 d, 进水的TP是4. 06 ~ 6. 23 mg/L在生物处理技术的好氧单元之后添加A12 ( SO4) 3强化除磷单元, 此时工艺的生物除磷效果与第34 d到53 d的情况相同, TP的去除效率40% ~ 50% , 出水的TP浓度为2. 04 ~3. 25 mg / L。但是通过增加A12 ( SO4) 3强化除磷后TP的浓度低于0. 5 mg/L。

2. 4 缺氧、厌氧、好氧单元的微生物及生物膜的生长

启动阶段, 在生物单元接种活性污泥以加速启动过程, 在运行阶段生物单元的填料上已经形成生物膜。启动阶段后, 在填料和内壁上形成均匀致密的生物膜, 在缺氧单元和厌氧单元生物膜是黑色的, 在好氧单元生物膜是棕色的, 生物膜的生长情况良好。在这个阶段, 悬浮活性污泥和生物膜对去除污染物发挥了重要作用, 但是在IBBR启动之后, 悬浮活性污泥从系统中排出, 此时生物膜对污染物的去除起主要作用。采用扫描电子显微镜 ( SEM) 观察生物膜的视野如图8 所示。

如图8 所示, 在反应单元中的生物膜有很多孔洞, 它为微生物的生长附着提供了良好环境, 而且在缺氧、厌氧、好氧单元的填料上面附着大量的杆菌, 微生物的存在为废水有效处理提供了条件。

从宏观的角度上看, 在缺氧、厌氧、好氧单元生物膜生长规律不同, 由于厌氧单元与缺氧单元的生物膜相似, 不再单列。只研究了缺氧和好氧单元的生物膜, 在缺氧单元和好氧单元中的生物膜变化见图9。

如图9 所示, 在IBBR启动之后, 缺氧单元填料中的生物膜形成小的孔洞, 填料并未完全被生物膜包裹, 当IBBR稳定运行2 个月后, 填料中形成更多孔洞, 填料完全被生物膜包裹。在好氧单元, 由于曝气对生物膜有一定的冲刷作用, 在好氧单元的生物膜不如缺氧单元致密。

3 结论

采用IBBR处理生活污水, 在稳定运行阶段, 进水的CODCr浓度范围为109. 0 ~ 442. 4 mg/L, 硝态氮的回流比为400% , 出水的CODCr可保持在50 mg/L以下, CODCr去除率能够达到91% , 而且强化除磷时对CODCr的去除有协同作用。

当硝态氮的回流比为100% 时, 进水TN浓度范围为27. 7 ~ 51. 0 mg / L, TN的去除率为15. 9% ~ 25. 1% , 但是当硝态氮的回流比是400% 的时候, 进水TN浓度为30. 7 ~66. 4 mg / L, TN去除率为43. 4% ~ 56. 6% , 与硝态氮回流比为100% 相比时, TN的去除效率明显提高, 因此, 硝态氮的回流是影响TN去除率的重要因素。

当硝态氮的回流比为400% , 进水的TP为3. 54 ~ 5. 05mg / L时, TP的去除率为40% ~ 50% 。当添加A12 ( SO4) 3来强化除磷后, 进水TP为4. 06 ~ 6. 23 mg/L, 出水的TP低于0. 5 mg/L, TP的去除率有显著增加。

在IBBR稳定运行的阶段, 有大量的杆菌和其他微生物附着在生物膜上, 大量微生物的存在为生活污水的有效处理提供了必要的条件。

与A2/ O、厌氧生物处理、人工湿地处理系统相比, IBBR能够克服生物脱氮除磷中污泥龄的问题, 而且更有利于CODCr、TN、TP的去除。该工艺构造简单, 运行和管理方便, 这种一体化的污水处理系统可以运用于处理不同地形和规模的分散的生活污水。

一体式膜生物反应器处理城市排水沟中污水的研究 篇8

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

一体式膜生物反应器处理城市排水沟中污水的研究 篇9

关键词：膜生物反应器,工业污水,治理

膜生物反应器简称MBR (Membrane Bioreactor) , 是一种以膜分离技术结合生物处理技术产生的新型污水处理系统。这种系统摒弃了传统的生物处理技术, 利用膜组件在生物反应器中保持高浓度的活性污泥, 增加有机负荷, 从而利用保持低污泥负荷来保持污泥量。MBR技术早在20世纪60年代就有所应用, 我国在20世纪90年代引进。目前, MBR技术已经被广泛应用于我国污水、尤其是工业污水处理上, 这种技术对于石油化工废水、生活污水以及难降解、浓度高的工业废水处理有着至关重要的作用。

1 MBR技术的工作原理

传统污水处理中, 多使用二沉池方式进行固液分离, MBR生物处理技术取代了二沉池, 克服传统处理过程中污泥易膨胀、水质不稳定的不足, 进行高效的固液分离。

接下来, 笔者将简要介绍MBR的工作流程:首先, 污水经过除砂处理与一级过滤后, 进入到厌氧区, 这个流程提升了污水的可生化性, 并且让活性污泥增加了与污水的接触时间, 提高降解力度;接下来污水回流入缺氧区, 在缺氧区内, 大分子有机物将被分解为小分子有机物, 便于生化;随后污水流入好氧区, 干物在这里被降解, 同时完成硝化生物反应;接着污水回流至厌氧区进行反消化反应, 这是的污水会脱氮;接下来, 膜组件就能将这些经过处理的混合液进行泥水分离。泥水分离分为两种情况, 能够通过膜组件的被定义为清水, 会流入清水池, 而不能通过的污水会流入生物选择池。

组成膜组件的中空纤维膜的孔径极小, 可以将曝气池中的游离细菌与细菌胶团保留在膜内不流入清水池, 有效实现泥水分离。同时在净化的过程中能够去除各种藻类、悬浮颗粒、COD、细菌以及有机物, 保障了水质的优良。

2 MBR技术的优点

2.1 处理后水质好

经过MBR处理过后的水, COD含量在50 mg/L以下, BOD含量在5 mg/L以下, 水的浊度可达到0.1NTU以下, 可以直接作为再生水来使用, 有效减少了污水的排放, 提高了水资源的利用率。

2.2 抗冲击能力强

MBR技术的微生物量能够保持在一个很高的程度, MLSS浓度能够达到8000~20000 mg/L, 由于这种高浓度, 膜生物技术的负荷率远远高于传统技术, 高密度使得抗冲击能力也很强。

2.3 占地面积小

之前提到, 膜生物技术的中空纤维膜的孔径极小, 能够有效截留游离细菌与细菌胶团, 更有效的进行泥水分离。由于这种模式已经能够泥水分离, 故传统占地面积较大的二沉池可以省略掉, 节省了土地使用面积。

2.4 排污效果强

由于容积负荷率较高, 污水在最后一步之前已经能够得到有效除污, 因此可以大量减少后续的污水处理费用, 减少了对环境的二次污染。

2.5 处理规模大

由于膜生物反应器技术的模块化特征较强, 因此在生物构筑物内, 提高污泥浓度与增加模组数量这些手段能够轻易实现扩容效果, 十分便捷的加强污水处理能力。

2.6 自动化程度高

膜生物反应器处理技术比较容易实现自动化的控制方式, 主要是由于其主处理的单元较少。若是配合使用在线仪表以及必要数据库及软件程序, 便可实现对MBR的智能化控制了。

2.7 控制运行灵活

膜生物的高密度高截留功效能够将微生物完全截留下来, 保存在生物反应器之中, 这时膜生物反应器的水力停留时间与污泥泥龄是完全分离的, 从而让控制运行更加的稳定、灵活。

3 MBR在工业污水中的处理方案

3.1 对污水的机械性预处理

任何污水的处理都离不开将大型污物分离开来这一步骤, 对于膜生物反应器来讲, 将污水中较大固体杂物取出对机械性预警的要求很高。超滤膜分为不同类型对处理的要求也不尽相同。相对于板式过滤器来说, 内部中空纤维处理器对于毛发类物质较为敏感, 这要求对污水进行很仔细的过滤, 其过滤的筛网空隙要求达到1 mm以内, 才能让毛发物质在膜内生成辩物质;而对于板式膜来说, 筛网空隙通常在1~3 mm之间, 不需要用到非常精细的处理。

3.2 对污水进行化学处理

在工业污水的处理上, 污水中的油脂会在生化处理之前被去除。若油脂已经是乳化液形式, 则会添加一些化学药剂来提高气浮装置的去污效率。通过去除污水中含有的大量油脂, 能够有效降低后续程序的生化处理负荷。从构筑物角度来看, 化学处理有以下几点好处。

(1) 通过用化学药剂去除了难以分解的油脂, 降低了污水的污染浓度, 减少了生化曝气池的体积以及曝气装置的使用量, 在设备购买上也可以降低曝气鼓风机的规格。

(2) 化学药品能够快速分解油脂, 加快气浮装置的使用效率, 在一定程度上减少设备的费用投资。同时由于设备运行时间减少, 也能够降低曝气处理的操作费用。

(3) 在生化曝气池内, 膜过滤装置与曝气搅拌装置由于不需要再进行油脂处理其性能也受到了一定保护。

然而, 化学处理也有一些缺陷:化学药剂的投放若是遇到大面积油脂需加大剂量;气浮装置有时需要单独机房来进行存放;保养工作量相应增加。通过分析化学处理的优缺点, 在现实处理中必须考虑项目的具体情况, 分析方案的经济性与可行性, 综合考虑, 看看消费哪些操作物质能够既有效有经济的达到处理目的。

3.3 膜生物反应器

膜生物反应器由两部分组成:一是通过活性污泥降解有害污染物质;二是采用超膜组件达到固液分离。为了给活性污泥絮凝块提供充足的氧气, 必须在曝气池下面安装多个曝气装置, 来保证细泡的均匀分布。

膜组件通常是直接安放在曝气池中, 也可单独安装在分隔的过滤箱内。一般情况下, 若是膜组件被安放在生化曝气池中, 池顶需要配置天车来吊出需保养的膜装置。真空旋转模装置属于板式的膜处理, 板式膜的环形部分安装在旋转中轴上面, 通过驱动电机缓慢转动来达到工作的目的。

在装置转动工作期间, 水渠通过超滤膜来吸收渗滤液, 渗滤液被抽取后将会收集在特定的集液管内, 通过轴承离开装置。由于负压状态下的抽吸会在反应膜表面形成累积层, 因此必须定期采用冲刷方式进行清理。由于膜板是转动工作, 可以将冲洗棒置于膜板的二分之一处进行冲洗, 这样既能有效冲洗到全部位置, 又能大量减少冲洗空气量。

3.4 剩余污泥处理

无论何种污水处理方式, 最后都会剩下污泥, 必须进行后处理。膜生物反应器技术在设计之前就应充分考虑对污泥的处理方式与处置方式, 就我国目前污水处理大环境而言, 一般采取以下两种途径。

(1) 采用机械脱水与机械浓缩, 在污水处理厂内将剩余的污泥进行脱水浓缩处理。将处理之后的污泥发酵后填埋处理或是用于农业肥料。但是在多数处理厂内, 只是将污泥脱水压缩, 并没有进行后续填埋工作, 只处理、不处置的工作态度需要及时纠正。

(2) 少部分污水处理厂内装有整套的处理装置。污泥在高度浓缩之后进行厌氧式的发酵, 并通过沼气池来产电。在产电过程中, 废热可以用于热干化脱水污泥, 是一套循环的处理系统。这种处理系统虽然能够有效解决污泥的处理与处置, 但过程过于复杂, 所需要的资金投入量也比较大, 因此只用于大型污水处理厂。

4 结语

随着人们生态意识的增强, 膜生物反应器技术已经成功应用于多个污水处理领域。相较于传统污水处理技术, MBR最明显的优势就在于处理能力强、占地面积小、处理后的污水可二次回收利用。

膜生物处理只是整套工业污水处理中的一个流程、环节, 对于整套工业污水处理系统来说, 除了气浮装置与机械过滤装置进行预处理外, 污泥的后续处理与处置也是工业污水处理的内容之一。只有全盘考虑、精密规划设计, 充分利用膜生反应器技术, 才能达到污水处理的有效性, 从而达到保护环境的目的。

参考文献

[1]徐中华.膜生物反应器技术在综合污水处理中的应用[J].石油规划设计, 2009 (3) .

[2]胡政波.膜生物反应器污水处理技术[J].北方环境, 2010 (1) .

[3]李立.膜生物反应器技术在工业污水处理中的应用进展[J].给水排水动态, 2009 (6) .

[4]宋万召, 杨云军.膜生物反应器在我国工业污水处理中的发展进程[J].北方环境, 2012 (1) .

一体式膜生物反应器处理城市排水沟中污水的研究 篇10

1 膜生物反应器工作原理

膜生物反应器是常规活性污泥法的进一步发展, 它主要由膜组件和生物反应器两部分组成, 大量的微生物 (活性污泥) 在膜生物反应器内与基质 (废水中的可降解有机物等) 充分接触, 通过氧化分解作用进行新陈代谢以维持自身生长、繁殖, 同时使有机污染物降解, 膜组件通过机械筛分、截留等作用对废水和污泥混合液进行固液分离。生物处理系统和膜组件的有机结合, 不仅提高了系统的出水水质和运行的稳定性, 还延长了大分子物质在生物反应器中的水力停留时间, 使之得到最大限度的降解, 并加强了系统对难降解物质的去除效果。

通常提到的膜生物反应器, 实际是三类反应器的总称, 它们分别是:1) 膜-充氧生物反应器 (MABR) ;2) 萃取膜生物反应器 (EMBR) ;3) 膜分离生物反应器 (BSMBR, 简称 MBR) 。目前MABR和EMBR还处在实验室阶段, 尚无实际的工程应用, 应用最广泛的是膜分离生物反应器。

2 膜生物反应器在废水处理中的研究及应用

2.1 MBR在世界范围内的研究

自 1966 年美国的 Dorroliver 公司首先在美国化学会议上发表了MBR污水处理工艺的研究结果即产生及应用以来, 人们进行了大量理论和应用研究, 早期的研究主要在日本、英国、韩国和法国, 目前研究和应用较多的是日本、北美 (加拿大、美国等) 、欧洲 (英国、荷兰、法国、德国等) , 韩国、中国和南非。目前MBR的研究领域主要在膜污染、设计和操作参数、污泥性质、微生物特性、花费、建模等方面, 而在膜寿命、前处理和工厂规模的扩大方面研究较少。大多数研究集中在实验室、中等规模的短期操作, 很少有工业规模的长期操作研究, 在饮用水和地下水处理中应用很少。

我国对MBR的研究起步较晚, 但发展迅速。自1993年中国科学院生态环境研究中心开始膜生物反应器的研究工作以来, 也进行了大量理论和应用研究, 研究内容集中于膜工艺的开发和膜污染的防治等。

膜污染是限制膜生物反应器更快地商业化的主要因素之一, 膜污染导致膜通量下降, 减少了生产力, 缩短了膜的寿命, 增加了膜生物反应器的运行费用。因此必须减轻和控制膜污染, 在低能耗的条件下获得较大的膜通量。早期的研究主要集中在膜污染的原因、特性和模型等方面, 近年来主要的研究在更有效和更经济的防止或减轻膜污染的方法。2006年首次提出并绘制了浸没式MBR的污染三阶段机理图, 对于进行膜污染控制具有重要的指导意义。

2.2 MBR在世界范围内的应用

目前世界上MBR供应商主要有:Kubota (日本, 板框式膜组件) , Zenon (加拿大, 中空纤维膜组件) , Norit (荷兰, 中空纤维膜组件) , Usfilter (美国, 管式膜组件) , Microdyn - Nadir (德国, 夹层式平板膜膜组件) , Mitsubishi - Rayon (日本, 中空纤维膜组件) , 实际应用最为广泛的板框式和中空纤维膜组件, 为浸没式 MBR构型;管式膜组件主要应用于外置式MBR构型。最近, 德国 Microdyn - Nadir 公司开发了最先进的浸没式膜组件, 它标志着膜生物反应器技术的一大突破。通过一个创新的膜组件设计即为夹层式平板膜结构, 它集成了中空纤维膜和平板膜 MBR 的优点, 使之具有出水水质优良、抗阻塞及污染的能力强、膜面积和通量大、成本低等特点, 已应用到 MBR实际工程中, 取得好的处理效果, 因此具有广泛应用的前景。

目前, 在世界范围内, 实际运行和正在建设的MBR系统已超过了2200 套, 主要用于市政废水、家庭废水和工业废水、垃圾渗滤液处理, 在饮用水和地下水处理中也有少量的应用 大部分MBR用于处理市政废水和家庭废水约占66%, 近年来, 用于处理工业废水的数目有所增加约占33%。

在污水排放标准越来越严格和水资源短缺问题日益突出的背景下, 随着膜材料和污染控制技术的不断发展, MBR工艺污水处理规模已从小规模逐渐发展到大规模。据统计, 在世界范围内规模在处理量为10000m3/d以上污水处理厂约占7%。

3 展望和发展方向

MBR技术已在废水处理中起到了重要作用。近几年的经验表明 , 这项技术是成熟的 , 进行成功的设计和运行是可能的能用于市政废水和工业废水处理。因此, 随着MBR技术的发展和日益成熟, MBR技术将在世界范围内作为一种经济、高效的实用技术而被广泛应用。

在膜污染的控制方面, 进一步深入研究膜污染的机理, 尤其应加强对生物污染的研究, 发展更有效、更容易控制和最小化膜污染的方法, 充分利用计算机和传感器技术, 实行在线控制膜污染, 清洗方法的改进方面特别注意应使用安全化学品, 使该技术更加环保。

参考文献

[1]魏源送, 等.国外膜生物反应器在污水处理中的研究进展[J].工业水处理, 2003, 23 (1) :1-5.

[2]吴俊奇, 等.膜生物反应器的研究现状[J].北京建筑工程学院学报, 2004, 20 (3) :11-15.