1、目錄第一章緒論11.1味精廢水特點(diǎn)及處理現(xiàn)狀11.2氮素污染的控制2物化法32生物脫氮原理及處理工藝概述41.3膜分離的基本概念及膜生物反應(yīng)器特征介紹9膜分離的基本概念9膜生物反應(yīng)器技術(shù)的基本特征10膜生物反應(yīng)器的類型與技術(shù)參數(shù)11膜生物反應(yīng)器的國(guó)內(nèi)外研究與應(yīng)用概況13膜生物反應(yīng)器在脫氮領(lǐng)域的應(yīng)用15第二章 MBR與傳統(tǒng)工藝處理味精廢水效果的比較172.1試驗(yàn)?zāi)康?72.2裝置設(shè)備與運(yùn)行17原有處理工藝172.2.2 MBR試驗(yàn)裝置與運(yùn)行182.3主要分析項(xiàng)目和測(cè)定方法19日常監(jiān)測(cè)項(xiàng)目19水質(zhì)分析方法192.4試驗(yàn)運(yùn)行結(jié)果與分析20第一階段進(jìn)水為二沉池水的處理效果20第二階段（進(jìn)水為厭氧出水）

2、22第三階段（增加缺氧段RO）242.5小結(jié)27第三章缺氧/好氧膜生物反應(yīng)器的運(yùn)行特性283.1試驗(yàn)?zāi)康?83.2試驗(yàn)裝置及運(yùn)行28試驗(yàn)流程28主要設(shè)備293.3主要分析項(xiàng)目和監(jiān)測(cè)方法30日常監(jiān)測(cè)項(xiàng)目30水質(zhì)分析方法303.4污泥的培養(yǎng)與馴化303.5試驗(yàn)結(jié)果與討論31進(jìn)出水COD的變化31氨氮的去除32總氮的去除33缺氧段對(duì)pH值和堿度的影響34濁度的去除情況35第四章短程硝化現(xiàn)象的討論374.1短程硝化的簡(jiǎn)述374.2試驗(yàn)過(guò)程中亞硝酸鹽積累的情況38實(shí)驗(yàn)亞硝酸鹽的積累情況384.2.2 試驗(yàn)亞硝酸鹽積累的情況404.3亞硝酸鹽積累因素的討論41溫度因素414.3.2 pH值41溶解氧42氨

3、氮負(fù)荷和亞硝氮負(fù)荷42游離氨424.4小結(jié)43第五章膜污染特征及其清洗445.1膜污染及影響因素概述445.2膜污染的防治方法46對(duì)料液進(jìn)行有效處理46改善膜面流體力學(xué)條件46適當(dāng)提高料液水溫46適合的操作運(yùn)行條件46其他方式475.3膜的清洗47物理清洗47化學(xué)清洗485.4膜的污染情況505.5清洗效果51物理清洗效果51化學(xué)清洗效果52第六章結(jié)論54參考文獻(xiàn)55攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表論文情況59致謝60第一章緒論1.1味精廢水特點(diǎn)及處理現(xiàn)狀味精生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生的廢水量很大，處理比較困難。據(jù)報(bào)道，每生產(chǎn)1t味精，大約要排出1015t提取谷氨酸后的母液，全國(guó)每年要排放1000多萬(wàn)噸這種高濃度有機(jī)

4、廢水，國(guó)家規(guī)定生產(chǎn)一噸味精總的廢水排放量不能超過(guò)250噸1。味精廢水不僅嚴(yán)重污染了自然環(huán)境，而且制約了味精行業(yè)的發(fā)展。雖然味精生產(chǎn)企業(yè)、科研機(jī)構(gòu)及有關(guān)的大專院校都對(duì)味精廢水的治理進(jìn)行了大量的研究。但是，目前國(guó)內(nèi)外都還沒(méi)有成熟的成套技術(shù)應(yīng)用于生產(chǎn)實(shí)踐。主要的問(wèn)題是一次性投資過(guò)大，或者日常運(yùn)行費(fèi)用過(guò)高,大多數(shù)味精廠無(wú)法承受，不得不長(zhǎng)期維持超標(biāo)排放的現(xiàn)狀。味精生產(chǎn)過(guò)程中排放的低濃度及中等濃度的廢水(CODCr=8003000mg/L)，如淘米水、洗布水、離交沖柱水及精制沖洗水等，治理起來(lái)相對(duì)容易，對(duì)環(huán)境的污染也較小。通常所說(shuō)的味精廢水是指味精發(fā)酵液提取谷氨酸后排放的母液。由于谷氨酸的提取工藝不同，排

5、放的廢水水質(zhì)也有所差別。但大多都具有CODCr高、BOD5高、菌體含量高、硫酸根(改用硫酸調(diào)pH前為氯離子)含量高、氨氮含量高及pH值(1.53.2)低“五高一低”的特點(diǎn)。各種味精廢水的主要特性見(jiàn)表12。表1-1各種味精廢水的主要性質(zhì)味精廢水名稱pHCODcr(104mg/L)BOD5(104mg/L)TSS(104mg/L)NH3-N(104mg/L)SO42-(%)等電離交冷凍等電離交聚晶甜菜糖蜜1.53.21.53.26.51.52.21.21.33.263.32目前，眾多處理技術(shù)處理味精廢水大致分為兩步，一是提取廢水中的谷氨酸菌體單細(xì)胞蛋白，通過(guò)此步分離菌體，約可去除30%的蛋白,常用

6、物理方法進(jìn)行處理；二是提取菌體后廢液的處理，使其達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)或處理后用于工廠回用，這也是味精廢水處理所面臨的關(guān)鍵問(wèn)題，常用生物處理方法（厭氧發(fā)酵，生物膜法等）。味精廢水有機(jī)物濃度高，BOD5/COD高，可生化性好。同時(shí)，生物處理法到目前為止已發(fā)展得比較完善，且形式多樣、適應(yīng)性強(qiáng)。因此，國(guó)內(nèi)外大多采用該法作為主體工藝。一般分為厭氧生物處理法和好氧生物處理法兩大類。厭氧法生物處理適用于處理高濃度有機(jī)廢水，具有容積負(fù)荷高、處理效果穩(wěn)定、耐沖擊負(fù)荷、所需營(yíng)養(yǎng)物少、產(chǎn)泥量少、投資省、能耗小等優(yōu)點(diǎn)，且可以回收能量，具有一定的經(jīng)濟(jì)效益。目前，厭氧處理設(shè)備一般有厭氧濾池、升流式厭氧污泥床、厭氧流化床等。目前最

7、常見(jiàn)的是升流式厭氧污泥床(UASB)。采用厭氧法處理高濃度有機(jī)廢水，雖然具有處理能耗和投資運(yùn)行費(fèi)用低、去除率高的優(yōu)點(diǎn)，但出水不能完全達(dá)標(biāo)，因此，在處理味精廢水時(shí)常常采用厭氧好氧組合法。由于好氧生物處理一般更適合于處理低濃度有機(jī)廢水,連接在厭氧處理的后面，所以該法往往作為味精廢水的終端處理，以保證處理水達(dá)標(biāo)。目前國(guó)內(nèi)研究較多的味精廢水的好氧生物處理技術(shù)有：活性污泥法、生物轉(zhuǎn)盤法、生物接觸氧化法和SBR法。1.2氮素污染的控制根據(jù)氨氮含量的不同，可將含氨氮廢水分為三類：高濃度氨氮廢水，其濃度大于500mg/L；中等濃度氨氮廢水，濃度范圍50500mg/L；低濃度氨氮廢水，其濃度小于50mg/L；廢

8、水中氨氮濃度與處理技術(shù)的選擇密切相關(guān)。因?yàn)榈匚廴镜姆N種危害，氮素污染控制得到了社會(huì)各界的重視。在廢水脫氮技術(shù)的研究、開(kāi)發(fā)和應(yīng)用中，涌現(xiàn)了大批行之有效的處理工藝，構(gòu)成了廢水脫氮處理的技術(shù)體系。這些脫氮技術(shù)可區(qū)分為物化法和生物法兩大類。1.2.1物化法3物化法主要有空氣吹脫法、選擇性離子交換法、折點(diǎn)氯化法、磷酸氨鎂沉淀法等。(1) 空氣吹脫法污水中的氨氮，大多以氨離子（NH4+）和游離氨（NH3）形式存在，并在水中保持如下平衡關(guān)系: (1-1)這個(gè)平衡受pH值和溫度的影響。在25和pH為7的條件下，NH3所占的比例為0.6%；溫度不變，pH提升到11時(shí)，NH3所占的比例增達(dá)到98.2%。提升溫度

9、，NH3所占的比例也隨之提高。空氣吹脫法(ammonia stripping)除氨工藝的流程：先將廢水pH調(diào)節(jié)到10.511.5；然后把廢水泵引至吹脫塔內(nèi)，通氣吹脫廢水中的氨，氨可用硫酸回收。一般采用NaOH或CaO調(diào)節(jié)廢水pH，采用冷卻塔作為吹脫裝置。在pH為9.0,氣水比3590m3/m3的條件下，生活污水的氨吹脫率可達(dá)90%以上。這種方法的主要問(wèn)題是：冬季(低溫)氨吹脫效率不高；若以石灰調(diào)節(jié)pH，易在吹脫塔內(nèi)形成水垢；逸出的氨會(huì)污染空氣。(2) 選擇性離子交換法斜發(fā)沸石是一種天然的氨離子交換材料，它對(duì)氨離子的選擇性高于鈣、鎂和鈉等離子。在選擇性離子交換法中，廢水被泵引入裝有沸石的離子交換

10、柱，利用柱內(nèi)沸石對(duì)氨離子的選擇性吸附作用，去除廢水中的氨氮。沸石對(duì)氨氮具有一定的交換容量，當(dāng)交換容量飽和時(shí)，可使用再生劑再生。常用的再生劑是NaCl(中性再生)、NaOH和Ca(OH)2(堿性再生)。在進(jìn)行離子交換處理前，必須將廢水過(guò)濾以免交換柱堵塞。選擇性離子交換法對(duì)氨氮的去除率可達(dá)9097%，但對(duì)硝氮、亞硝氮以及有機(jī)氮沒(méi)有去除能力。(3) 折點(diǎn)氯化法折點(diǎn)氯化法是向廢水中投加足量氯氣，使氨氧化成氮?dú)獾膹U水脫氮技術(shù)。折點(diǎn)氯化法涉及的化學(xué)反應(yīng)為 (1-2)在折點(diǎn)氯化法中，余氯濃度和殘留氨氮濃度與氯氣、氨氮質(zhì)量之比有關(guān)。氯氣與氨氮之比為(05):1，主要產(chǎn)物是氯氨(NH2Cl)；當(dāng)氯氣、氨氮質(zhì)量之

11、比為5:1時(shí)，余氯達(dá)到峰值。氯氣、氨氮質(zhì)量之比為(57.6):1，主要產(chǎn)物是二氯氨(NHC12)；當(dāng)氯氣、氨氮質(zhì)量之比為7.6:1(即折點(diǎn))時(shí)，余氯濃度和殘留氨氮濃度都降至最低。氯氣、氨氮質(zhì)量之比大于7.6:1，反應(yīng)產(chǎn)生三氯氨(NC13)，余氯回升。因此，在折點(diǎn)氯化法中，最佳理論投氯量(以C12計(jì))與氨氮的質(zhì)量之比為7.6:1，但為了保證反應(yīng)完成，實(shí)際投氯量往往超過(guò)理論值，通常為(8:1)(l0:l)折點(diǎn)氯化的反應(yīng)速率很快，在pH為6.07.0的條件下，不到15s即可完成反應(yīng)。由于反應(yīng)完成后存在余氯，通常投加SO2脫氯。每脫除1份HOC1需要1份SO2。(4) 磷酸氨鎂沉淀法磷酸氨鎂沉淀法是向

12、廢水中投加Mg2+和PO43-，使氨形成MgNH4PO4,沉淀而被去除的廢水脫氮技術(shù)。形成磷酸氨鎂的化學(xué)反應(yīng)為 (1-3)磷酸氨鎂(MAP)為堿式鹽，在酸性條件下易溶解，沉淀反應(yīng)最好在較高的pH下進(jìn)行。但若pH超過(guò)9.5，產(chǎn)生的MAP會(huì)釋放出刺鼻的氨味。在氨沉淀中，理想的投加比例是Mg: P: N=1.3:1:1。(5) 化學(xué)中和法濃度大于2%3%的含氨堿性廢水首先應(yīng)考慮回收加以利用，制成硫氨等加以回收。不易回收的含氨氮廢水可以和酸性廢水或廢氣（COCO2SO2等）進(jìn)行中和，如果中和后仍達(dá)不到處理要求，可補(bǔ)加化學(xué)藥劑進(jìn)行中和。一般使用硫酸、鹽酸或硝酸對(duì)含氨的堿性廢水進(jìn)行中和，常用的為工業(yè)硫酸。

13、如一些工廠煙道氣中含有一定量的CO2SO2或H2S等酸性氣體，也可以用于中和含氮堿性廢水，但容易引起二次污染。生物脫氮原理及處理工藝概述廢水中氮的去除方法有物理法、化學(xué)法和生物法三種。物化方法只能去除氨氮，常用的物化脫氮方法包括折點(diǎn)加氯法、選擇性離子交換法、空氣吹脫法和催化氧化法等。在生物脫氮系統(tǒng)中，通過(guò)微生物的作用，可以同時(shí)將污水中的有機(jī)氮和氨氮通過(guò)生物氨化、硝化反硝化作用轉(zhuǎn)化為氮?dú)猓袡C(jī)物也在生物脫氮的過(guò)程中得到去除，因此生物法脫氮被公認(rèn)為是一種經(jīng)濟(jì)、有效和最有發(fā)展前途的方法之一。目前，廢水的脫氮處理大多采用生物法。1.2.2.1傳統(tǒng)的生物脫氮原理4傳統(tǒng)生物脫氮途徑一般包括硝化和反硝化兩個(gè)

14、階段，硝化和反硝化反應(yīng)分別由硝化菌和反硝化菌作用完成。a) 硝化作用硝化反應(yīng)是在有氧條件下，將NH4+轉(zhuǎn)化為NO3-和NO2-的過(guò)程，此作用由亞硝酸菌和硝酸菌(化能自養(yǎng)菌，最小世代周期在適宜溫度下為3天)共同完成。反應(yīng)如下: (1-5) (1-6)總反應(yīng)為: (1-7)硝化反應(yīng)的適宜溫度為2030，pH值為78，DO2mg/Lb) 反硝化作用反硝化反應(yīng)是指在缺氧的條件下，硝酸鹽/亞硝酸鹽作為反硝化菌呼吸鏈的末端電子受體，被還原為氣態(tài)氮化物或N2的過(guò)程。按照營(yíng)養(yǎng)類型，可以將反硝化菌(適宜的溫度為540)分為兩大類:異養(yǎng)菌(heterotrophic bacteria )和自養(yǎng)菌(autotrop

15、hic bacteria)。異養(yǎng)型脫氮菌以有機(jī)碳作為其還原硝酸鹽的電子供體，但是反硝化菌對(duì)有機(jī)物具有較強(qiáng)的選擇性，有些有機(jī)物不能被反硝化菌利用。異養(yǎng)型脫氮菌反硝化過(guò)程可以通過(guò)下式表示: (1-8)(1-9)總反應(yīng)式為:(1-10)在實(shí)際操作過(guò)程中，合適的C/N對(duì)于脫氮也有重要的影響。如以甲烷為碳源，按照化學(xué)反應(yīng)平衡計(jì)算得到的C/N為2.47，而實(shí)際上，C/N一般都要大于理論計(jì)算值，為3.0。另外，異養(yǎng)菌的增殖還需要有一定的磷供給，其需要量可以用下式計(jì)算:P(mg/L)=(NO3-)×2.26×10-3(1-11)NO3-鹽的去除量(mg/L )自養(yǎng)菌的生長(zhǎng)不需要外界提供有機(jī)

16、碳源，而是通過(guò)氧化氫、還原性硫化物等取得能量，并利用這些能量將環(huán)境中的CO2和HCO3-等轉(zhuǎn)化為細(xì)胞物質(zhì)，同時(shí)進(jìn)行反硝化作用。在自養(yǎng)菌脫氮過(guò)程中，硫氮比(以硫或硫化物為電子供體)、氫氮比(以氫氣為電子供體)是其生長(zhǎng)和發(fā)揮效能至關(guān)重要的因素，在實(shí)際工作中，S/N, H/N也往往高于化學(xué)反應(yīng)理論計(jì)算值。1.2.2.2傳統(tǒng)生物脫氮工藝傳統(tǒng)生物脫氮途徑一般包括硝化和反硝化兩個(gè)階段，由于對(duì)環(huán)境條件的要求不同，這兩個(gè)過(guò)程不能同時(shí)發(fā)生，而只能序列式進(jìn)行，即硝化反應(yīng)發(fā)生在好氧條件下，反硝化反應(yīng)發(fā)生在缺氧或厭氧條件下。因此而發(fā)展起來(lái)的生物脫氮工藝大多將缺氧區(qū)與好氧區(qū)分開(kāi)，形成分級(jí)硝化反硝化工藝，以便硝化與反硝化

17、能夠獨(dú)立地進(jìn)行。1932年，Wuhrmann利用內(nèi)源反硝化建立了后置反硝化工藝(post-denitrification)，Ludzack和Ettinger于1962年提出了前置反硝化工藝(pre-denitrification)，以后又出現(xiàn)了各種改進(jìn)工藝如Bardenpho、 Phoredox(A2/O) ,AAA工藝等，這些都是典型的傳統(tǒng)硝化反硝化工藝。前置反硝化能夠利用廢水中部分快速易降解有機(jī)物作碳源，可節(jié)約反硝化階段外加碳源的費(fèi)用，但是，前置反硝化工藝對(duì)氮的去除不完全，廢水和污泥循環(huán)比也較高，若想獲得較高的氮去除率，則必須加大循環(huán)比，能耗相應(yīng)也增加。而后置反硝化則有賴于快速易降解有機(jī)碳

18、源的投加，同時(shí)還會(huì)產(chǎn)生大量污泥，并且由于外加碳源和低水平的DO也會(huì)影響出水水質(zhì)。1.2.2.3生物脫氮新發(fā)展近年來(lái)，隨著對(duì)生物脫氮過(guò)程的深入細(xì)致研究，人們逐漸認(rèn)識(shí)到自養(yǎng)硝化厭氧反硝化作用并不是自然界中唯一存在的生物脫氮方式，許多新發(fā)展突破了傳統(tǒng)的理論認(rèn)識(shí)：硝化反應(yīng)不僅可以由自養(yǎng)菌來(lái)完成，某些異養(yǎng)菌也可以進(jìn)行硝化作用；反硝化不只在缺氧條件下進(jìn)行，某些細(xì)菌也可在好氧條件下進(jìn)行反硝化；而且，許多好氧反硝化菌同時(shí)也是異養(yǎng)硝化菌(如Thiosphaera pantotropha菌)，并能把NH4+氧化成NO2-后直接進(jìn)行反硝化反應(yīng)。生物脫氮技術(shù)在概念和工藝上的新發(fā)展主要有：短程硝化反硝化(shortcu

19、t nitrification-denitrification)、同時(shí)硝化反硝化(simultaneousnitrifications-denitrification-SND)、厭氧氨氧化(anaerobic ammonium oxidation-ANAMMOX)和好氧反氨化技術(shù)（aerobic deammonification）。.3.1短程硝化一反硝化5當(dāng)反硝化反應(yīng)以NO2-作為電子受體時(shí)，生物脫氮過(guò)程則經(jīng)過(guò)NO2-途徑，稱為短程(或簡(jiǎn)捷)硝化反硝化。短程硝化反硝化生物脫氮的基本原理就是將硝化過(guò)程控制在亞硝酸鹽階段，阻止NO2-的進(jìn)一步硝化，然后直接進(jìn)行反硝化。實(shí)現(xiàn)短程硝化反硝化的關(guān)鍵在于

20、將NH4+氧化控制在NO2-階段，阻止NO2-的進(jìn)一步氧化，然后直接進(jìn)行反硝化。因此，如何持久穩(wěn)定地維持較高濃度NO2-的積累及其影響NO2-積累的因素成為研究的重點(diǎn)和熱點(diǎn)。影響NO2-積累的主要因素有溫度、pH、游離氨(FA),溶解氧(DO)、游離羥胺(FH)以及水力負(fù)荷、有害物質(zhì)和污泥齡等。與全程硝化反硝化相比，短程硝化反硝化具有如下的優(yōu)點(diǎn)：(1)硝化階段可減少25%左右的需氧量，降低了能耗；(2)反硝化階段可減少40%左右的有機(jī)碳源，降低了運(yùn)行費(fèi)用；(3)反應(yīng)時(shí)間縮短，反應(yīng)器容積可減小30%40%左右；(4)具有較高的反硝化速率（NO2-的反硝化速率通常比NO3-的高63%左右);(5)

21、污泥產(chǎn)量降低(硝化過(guò)程可少產(chǎn)污泥33%35%左右，反硝化過(guò)程中可少產(chǎn)污泥55%左右)；(6)減少了投堿量等。因此，對(duì)許多低COD/NH4+比廢水（如焦化和石化廢水及垃圾填埋滲濾水等）的生物脫氮處理，短程硝化反硝化顯然具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。到目前為止，經(jīng)NO2-途徑實(shí)現(xiàn)生物脫氮成功應(yīng)用的報(bào)道還不多見(jiàn)。這主要是因?yàn)橛绊慛O2-積累的控制因素比較復(fù)雜，并且硝化菌能夠迅速地將NO2-轉(zhuǎn)化為NO3-，所以要將NH4+的氧化成功地控制在亞硝酸鹽階段并非易事。目前比較有代表性的工藝為SHARON(Single Reactor system for high Ammonia Removal over Nitri

22、te)工藝。.3.2同時(shí)硝化一反硝化6傳統(tǒng)觀點(diǎn)認(rèn)為硝化與反硝化反應(yīng)不能同時(shí)發(fā)生，而近年來(lái)的新發(fā)現(xiàn)卻突破了這一認(rèn)識(shí)，使得同時(shí)硝化反硝化成為可能。近年來(lái)好氧反硝化菌和異養(yǎng)硝化菌的發(fā)現(xiàn)以及好氧反硝化、異養(yǎng)硝化和自養(yǎng)反硝化等研究的進(jìn)展，奠定了同時(shí)硝化一反硝化(SND)生物脫氮的理論基礎(chǔ)。在SND工藝中，硝化與反硝化反應(yīng)在同一個(gè)反應(yīng)器中同時(shí)完成，所以，與傳統(tǒng)生物脫氮工藝相比，SND工藝具有明顯的優(yōu)越性，主要表現(xiàn)在(1)節(jié)省反應(yīng)器體積；(2)縮短反應(yīng)時(shí)間；(3)無(wú)需酸堿中和。其技術(shù)的關(guān)鍵就是硝化與反硝化的反應(yīng)動(dòng)力學(xué)平衡控制。目前，對(duì)SND生物脫氮的機(jī)理還需進(jìn)一步地加深認(rèn)識(shí)與了解，但已初步形成了從生物學(xué)、生

23、物化學(xué)以及物理學(xué)的角度進(jìn)行的解釋。(1)生物學(xué)角度最初，反硝化被認(rèn)為是一個(gè)嚴(yán)格的厭氧過(guò)程，因?yàn)榉聪趸鳛榧嫘孕柩蹙鷥?yōu)先使用DO呼吸(甚至在DO濃度低達(dá)0.1mg/L時(shí)也如此)。這一特點(diǎn)阻止了使用硝酸盤和亞硝酸作為最終電子受體。不過(guò)這種限制只是對(duì)于專性厭氧反硝化菌而言。由于80年代好氧反硝化菌的重要發(fā)現(xiàn)，使得好氧反硝化的解釋有了生物學(xué)的依據(jù)。己知的好氧反硝化菌有Pseudomonas Spp, Alcaligenes faecalis, Thiosphaera Pantotropha，這些好氧反硝化菌同時(shí)也是異養(yǎng)硝化菌。正因?yàn)槿绱耍軌蛑苯影寻鞭D(zhuǎn)化成最終氣態(tài)產(chǎn)物。Robertson等人還提出了

24、好氧和異養(yǎng)硝化的工作模型，即Thiosphaera Pantotropha和其他好氧反硝化菌使用硝酸鹽/亞硝酸鹽呼吸(好氧反硝化)，氨氧化(這里指的是異養(yǎng)硝化，而不是傳統(tǒng)意義上的自養(yǎng)硝化)。關(guān)于好氧反硝化和異養(yǎng)硝化菌，其反應(yīng)速率隨著DO增加而減少的規(guī)律，也有類似的報(bào)道。與厭氧反硝化細(xì)菌相比，好氧反硝化菌的一般特征為反硝化速率慢一些，但能較好適應(yīng)厭氧(或缺氧)好氧周期變化。(2)生物化學(xué)角度好氧反硝化所呈現(xiàn)出的最大特征是好氧階段總氮的損失。關(guān)于硝化作用的生物化學(xué)機(jī)制，目前己初步清楚按以下途徑進(jìn)行：NH3 H2N-NH2 NH2-OH N2N2O(HNO) NO NO2- NO3-在這個(gè)過(guò)程中，至

25、少有三個(gè)中間產(chǎn)物N2、N2O、NO能以氣體形式產(chǎn)生。其中硝化、反硝化過(guò)程均可以產(chǎn)生中間產(chǎn)物N2O、NO，而且其比例可高達(dá)氮去除率的10%以上7。而且有人發(fā)現(xiàn)，好氧條件的反硝化會(huì)產(chǎn)生比厭氧條件反硝化時(shí)更多的N2O中間產(chǎn)物8。因?yàn)楹醚跸趸蚝醚醴聪趸a(chǎn)生了中間產(chǎn)物N2O作為氣體逸出，構(gòu)成了好氧條件下總氮損失的一部分。而這部分實(shí)際上不是反硝化脫氮，但人們往往歸功于反硝化作用。(3)物理學(xué)角度(微環(huán)境理論)微環(huán)境理論考慮活性污泥和生物膜的微環(huán)境中各種物質(zhì)(如DO、有機(jī)物等)的傳遞與變化，各類微生物的代謝活動(dòng)及其相互作用，以及微環(huán)境的物理、化學(xué)和生物條件或狀態(tài)的改變等。微環(huán)境理論認(rèn)為：由于氧擴(kuò)散的限制，

26、在微生物絮體內(nèi)產(chǎn)生DO梯度，從而導(dǎo)致微環(huán)境的硝化與反硝化。微生物絮體的外表面DO較高，以好氧硝化菌為主；深入絮體內(nèi)部，氧傳遞受阻及外部氧的大量消耗，產(chǎn)生缺氧區(qū)，反硝化菌占優(yōu)勢(shì)。可見(jiàn)，微生物絮體內(nèi)的缺氧環(huán)境是同時(shí)硝化反硝化的主要原因。目前，對(duì)SND生物脫氮技術(shù)的研究主要集中在氧化溝、SBR等反應(yīng)器系統(tǒng)。.3.3厭氧氨氧化9 厭氧氨氧化(ANMMOX)是指在厭氧條件下，微生物直接以NH4+為電子供體，以NO3-或NO2-為電子受體，將NH4+、NO3-或NO2-轉(zhuǎn)變成N2的生物氧化過(guò)程。與傳統(tǒng)的硝化反硝化工藝或同時(shí)硝化反硝化工藝相比，氨的厭氧氧化具有不少突出的優(yōu)點(diǎn)。主要表現(xiàn)在：(l)無(wú)需外加有機(jī)物

27、作電子供體，既可節(jié)省費(fèi)用，又可防止二次污染；(2)硝化反應(yīng)每氧化1molNH4+耗氧2mo1，而在厭氧氨氧化反應(yīng)中，每氧化1molNH4+只需要0.75mo1氧，耗氧下降62.5%(不考慮細(xì)胞合成時(shí))。所以，可使耗氧能耗大為降低；(3)傳統(tǒng)的硝化反應(yīng)氧化1molNH4+可產(chǎn)生2mo1H+，反硝化還原1mo1NO3-或NO2-將產(chǎn)生1molOH-，而氨厭氧氧化的生物產(chǎn)酸量大為下降，產(chǎn)堿量降至為零，可以節(jié)省可觀的中和試劑。在厭氧氨氧化反應(yīng)的基礎(chǔ)上，正在開(kāi)發(fā)的有關(guān)脫氮工藝有ANAMMOX工藝和GLAND工藝兩種。ANAMMOX工藝由于是在厭氧條件下直接利用NH4+作電子供體，無(wú)需供氧，無(wú)需外加有機(jī)碳

28、源維持反硝化、無(wú)需額外投加酸堿中和試劑，故降低了能耗，節(jié)約了運(yùn)行費(fèi)用。其發(fā)生的反應(yīng)可假定為: (1-12) (1-13)GLAND工藝關(guān)鍵是控制DO，在硝化過(guò)程中將NH4+氧化到NO2-階段后，再以NH4+為電子供體，以反應(yīng)產(chǎn)生的NO2-為電子受體進(jìn)行氨厭氧氧化反應(yīng)，產(chǎn)生N2。其反應(yīng)機(jī)理是由亞硝化細(xì)菌對(duì)NO2-催化進(jìn)行歧化反應(yīng)。反應(yīng)式為: (1-14)(1-15).3.4好氧反氨化10好氧反氨化的本質(zhì)是以無(wú)機(jī)物質(zhì)作為電子供體的生物脫氮作用，目前，對(duì)該技術(shù)機(jī)理的研究還很不成熟，沒(méi)有形成統(tǒng)一的理論。主要有兩種假設(shè)模型。模式假設(shè)一反應(yīng)式為： (1-16) (1-17)模式假設(shè)二： (1-18) (1

29、-19)1.3膜分離的基本概念及膜生物反應(yīng)器特征介紹1.3.1膜分離的基本概念膜分離過(guò)程是利用天然或人工合成的、具有選擇透過(guò)能力的薄膜，以外界能量或化學(xué)位差為推動(dòng)力，對(duì)雙組分或多組分體系進(jìn)行分離、分級(jí)、提純或富集。目前常見(jiàn)的幾種膜分離過(guò)程主要有：微孔過(guò)濾(Micro-filtration，簡(jiǎn)稱MF)、超濾(Ultra-filtration，簡(jiǎn)稱UF)、反滲透(Reverse Osmosis，簡(jiǎn)稱RO)、滲析(Dialysis，簡(jiǎn)稱DL).電滲析(Electro dialysis,簡(jiǎn)稱ED)等。各類膜分離過(guò)程主要特征如表1-1所示：表1-1各種分離過(guò)程的特征11過(guò)程名稱功能推動(dòng)力分離機(jī)制用途舉例

30、微濾超濾反滲透滲析電滲析濾除0.1um以上的顆粒濾除5100nm以上顆粒水溶鹽分離水溶鹽分離水溶鹽分離壓力差約100KPa壓力差1001000KPa壓力差110MPa濃度差電位差篩分篩分溶解擴(kuò)散優(yōu)先吸附毛細(xì)管流溶解擴(kuò)散篩分經(jīng)過(guò)離子膜的逆向傳遞純水制造，酒、飲料和藥液的除菌純水制造、食品、藥品和生物制品的濃縮海水脫鹽，溶液、液體食品的脫水、濃縮、廢水處理，去離子水制造人工腎，化工及食品中高聚物和低聚物的分離溶液脫鹽堿的制造，重金屬離子回收膜分離系統(tǒng)主要包括膜組件、泵、過(guò)濾器、閥、儀表及管路等。目前，工業(yè)上常用的膜組件形式主要有：板框式、圓管式(外壓管式和內(nèi)壓管式)、螺旋卷式和中空纖維式等四種類型

31、。其各自的優(yōu)缺點(diǎn)比較如表1-2所示：1-2 各種模組件的比較組件型式板框式管式螺旋卷式中空纖維式組件結(jié)構(gòu)膜裝填密度（m2/m3）膜支撐結(jié)構(gòu)膜清洗膜組件更換成本對(duì)水質(zhì)要求水質(zhì)前處理成本非常復(fù)雜160500復(fù)雜易中較低中簡(jiǎn)單33300簡(jiǎn)單內(nèi)壓式易，外壓式難低低低復(fù)雜6501600簡(jiǎn)單難較高高復(fù)雜300016000不需要難較高高目前，膜分離技術(shù)己形成一個(gè)相當(dāng)規(guī)模的工業(yè)技術(shù)體系，并己廣泛應(yīng)用于各個(gè)工業(yè)領(lǐng)域。膜分離在水處理中的應(yīng)用最初主要是在海水淡化，超純水制備及水的深度處理(如除鹽)等領(lǐng)域，后逐步發(fā)展到廢水處理。1.3.2膜生物反應(yīng)器技術(shù)的基本特征膜生物反應(yīng)器(Membrane Bioreactor,

32、簡(jiǎn)稱MBR)是將膜分離技術(shù)中的超微濾組件與污水生物處理中的生物反應(yīng)器相互結(jié)合而開(kāi)發(fā)的新型系統(tǒng)。與傳統(tǒng)活性污泥法處理污水相比，膜生物反應(yīng)器具有以下幾個(gè)方面的特征: 1)出水水質(zhì)好用膜組件取代二次沉淀池可以使生物反應(yīng)器獲得比普通活性污泥法更高的生物濃度，提高了生物降解能力，處理效果好；經(jīng)膜分離后出水質(zhì)量高，是目前唯一的對(duì)污水進(jìn)行生物處理后無(wú)需消毒的工藝，出水水質(zhì)可滿足建設(shè)部生活回用水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。 2)工藝參數(shù)易于控制膜生物反應(yīng)器內(nèi)可以實(shí)現(xiàn)生物固體停留時(shí)間(SRT)和水力停留時(shí)間(HRT)的完全分離，通過(guò)控制較長(zhǎng)的SRT，使世代時(shí)間較長(zhǎng)的硝化菌得以富集，提高硝化效果；同時(shí)膜分離也使廢水中那些大分子顆粒

33、狀難降解的成分在生物反應(yīng)器中有足夠的停留時(shí)間，從而達(dá)到較高的去除率。 3)設(shè)備緊湊，占地少由于生物反應(yīng)器內(nèi)污泥濃度高，容積負(fù)荷可大大提高，一體式膜生物反應(yīng)器還可使設(shè)備更加緊湊。 4)易于自動(dòng)控制管理膜分離單元不受污泥膨脹等因素的影響，易于設(shè)計(jì)成自動(dòng)控制系統(tǒng)，便于管理。 5)抗沖擊負(fù)荷能力強(qiáng)由于膜生物反應(yīng)器的高濃度MLSS，它比傳統(tǒng)生物法有高得多的抗沖擊負(fù)荷能力。 6)污泥產(chǎn)率低同傳統(tǒng)活性污泥法相比，膜生物反應(yīng)器的污泥產(chǎn)率很低。如表1-3所示。表1-3 12膜生物反應(yīng)器與傳統(tǒng)活性污泥法的污泥產(chǎn)率比較項(xiàng)目SRT(d)污泥產(chǎn)量傳統(tǒng)活性污泥法傳統(tǒng)活性污泥法膜生物反應(yīng)器膜生物反應(yīng)器膜生物反應(yīng)器10203

34、32530500.71.0kgMLSS/kgBOD0.6 kgMLSS/kgBOD0.5 kgMLSS/kgBOD0.3 kgMLSS/kgBOD0.2 kgMLSS/kgBOD1.3.3膜生物反應(yīng)器的類型與技術(shù)參數(shù)通常提到的膜生物反應(yīng)器，實(shí)際是三類反應(yīng)器的總稱，它們分別是膜曝氣生物反應(yīng)器（Membrane Aeration Bioreactor,MRBR）；萃取膜生物反應(yīng)器（Extractive Membrane Bioreactor，EMBR）；膜分離反應(yīng)器（Biomass Separation Membrane Bioreactor，BSMBR，簡(jiǎn)稱MBR）。現(xiàn)在所說(shuō)的MBR主要指膜分離

35、反應(yīng)器。膜生物反應(yīng)器從整體構(gòu)造上看，是由膜組件及生物反應(yīng)器兩部分組成。根據(jù)這兩部分操作單元自身的多樣性，膜生物反應(yīng)器也必然有多種類型。膜組件部分有超濾（UF）和微濾（MF），膜過(guò)濾的壓力驅(qū)動(dòng)方式有加壓型和抽吸型;生物反應(yīng)器可分為好氧和厭氧兩大類。按組合方式可分為兩大類型：即分置式和一體式。分置式是指膜組件與生物反應(yīng)器分開(kāi)設(shè)置，超濾膜的壓力驅(qū)動(dòng)是靠加壓泵(見(jiàn)圖1-l)；一體式是指膜組件安置在生物反應(yīng)器內(nèi)部，壓力驅(qū)動(dòng)靠真空泵抽吸。一體式也有兩種形式，一種是轉(zhuǎn)盤式，即在生物處理槽內(nèi)設(shè)置中空軸及圓板狀膜，通過(guò)中空軸的旋轉(zhuǎn)，使安裝在軸上的膜也隨之轉(zhuǎn)動(dòng)，形成錯(cuò)流型過(guò)濾。另一種浸沒(méi)式，即將中空纖維膜組件直接

36、浸沒(méi)于曝氣池內(nèi)，靠空氣和水流的擾動(dòng)來(lái)減緩膜污染(見(jiàn)圖1-2)。圖1-1 分置式膜生物反應(yīng)器圖1-2 一體式膜生物反應(yīng)器分置式與一體式各有優(yōu)缺點(diǎn)。分置式由于膜組件自成體系，有利于清洗、更換及增設(shè)等優(yōu)點(diǎn)，但泵的高速旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生剪切力使某些微生物菌體會(huì)產(chǎn)生失活現(xiàn)象。由于一體式不使用循環(huán)泵，則不存在這一問(wèn)題。但對(duì)于轉(zhuǎn)盤式，膜的拆裝、清洗較為困難，而浸沒(méi)式則可分組設(shè)置成若干框架結(jié)構(gòu)，便于從曝氣池中拿出，克服了不易拆裝、清洗的缺點(diǎn)，同時(shí)體積小，組裝靈活。分置式動(dòng)力消耗很大，為膜提供高壓操作、造成膜表面高速錯(cuò)流的加壓回流泵，是使得動(dòng)力消耗大的原因。日本將該工藝運(yùn)用到辦公樓飲用水回用系統(tǒng)的動(dòng)力消耗為35.5kwh

37、/m3，是傳統(tǒng)活性污泥的10倍13。而一體式由于不使用循環(huán)泵，動(dòng)力消耗大大減少。M.Ohnishi等人設(shè)計(jì)的轉(zhuǎn)盤式膜裝置，膜分離單元的能耗僅是0.73kwh/m3，比常規(guī)裝置所要求的動(dòng)力減少1/514。而Yamamoto將中空纖維膜直接置于曝氣池內(nèi)用真空泵間歇抽濾出水，泵的動(dòng)力消耗僅為0.007kwh/m314。總之，污泥濃度高，固體停留時(shí)間長(zhǎng)，有機(jī)物去除率高，硝化效果好，是各類膜生物反應(yīng)器的共同特點(diǎn)。但水通量低，動(dòng)力消耗大，也限制了膜生物反應(yīng)器的推廣應(yīng)用。由于一體式膜生物反應(yīng)器具有組裝靈活，運(yùn)行費(fèi)用低的特點(diǎn)，因而這一起源于日本的技術(shù)，也受到德國(guó)、英國(guó)、法國(guó)等歐洲國(guó)家的重視。1.3.4膜生物反

38、應(yīng)器的國(guó)內(nèi)外研究與應(yīng)用概況1.3.4.1膜生物反應(yīng)器的國(guó)外研究與應(yīng)用概況自從60年代早期Lode和Sourirajan發(fā)明了用于反滲透的非對(duì)稱的醋酸纖維素膜后，膜在水與廢水的處理中得到廣泛應(yīng)用。從此，人們開(kāi)始研究生物處理和膜分離的結(jié)合使用過(guò)程。膜生物反應(yīng)器最先應(yīng)用于微生物發(fā)酵工業(yè)，1965年Batten等在1965年提出了用膜分離技術(shù)進(jìn)行微生物濃縮。1968年Wang成功運(yùn)用膜生物反應(yīng)器制造取酶制劑15。目前，在酶制劑工業(yè)中，膜生物反應(yīng)器己實(shí)現(xiàn)工業(yè)化。膜生物反應(yīng)器在廢水處理的研究始于美國(guó)。1966年，美國(guó)的Dorr-Olive公司首先將MBR用于廢水處理的研究16，1968年，Smith等將好

39、氧活性污泥法與超濾膜相結(jié)合的MBR用于處理城市污水的研究，該工藝具有減少活性污泥產(chǎn)量、保持較高活性污泥濃度、減少污水處理廠占地等優(yōu)點(diǎn)17。1969年Budd等分離式MBR技術(shù)獲得了美國(guó)專利18。 70年代初期，好氧分離式MBR處理城市污水的試驗(yàn)規(guī)模進(jìn)一步擴(kuò)大;同時(shí)，厭氧MBR研究也相繼開(kāi)始進(jìn)行實(shí)驗(yàn)室規(guī)模的研究與中試規(guī)模的研究。Hardt等人將完全混合式生物反應(yīng)器與超濾單元組合處理污水，有機(jī)污染物的去除率達(dá)到98%，出水中不含有細(xì)菌19。Bemberis等人于1971年在一個(gè)實(shí)際污水處理廠中實(shí)驗(yàn)了膜生物反應(yīng)器，均取得了較滿意的結(jié)果20。1978年，Grethlicn等進(jìn)行了厭氧MBR處理生活污水

40、的研究21。有機(jī)污染物和硝酸鹽的去除率分別達(dá)到90%和75%。這一時(shí)期MBR的研究重點(diǎn)是開(kāi)發(fā)適合高濃度活性污泥的膜分離裝置，但由于受當(dāng)時(shí)膜生產(chǎn)技術(shù)的限制，膜的使用壽命短，膜通量小，這項(xiàng)技術(shù)在相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間內(nèi)僅停留在實(shí)驗(yàn)室研究規(guī)模，未能投入實(shí)際應(yīng)用。在日本，由于嚴(yán)重缺水，不少單位進(jìn)行了膜生物反應(yīng)器的開(kāi)發(fā)與應(yīng)用工作。自1983年至1987年，13家公司應(yīng)用好氧分離式膜生物反應(yīng)器處理大樓污水，處理后的污水作為中水進(jìn)行回收利用，其處理水量達(dá)50250m3/d22。 1988年Yamamoto等人開(kāi)展了中空纖維膜淹沒(méi)式膜生物反應(yīng)器的小試研究23。采用間接抽吸式中空纖維微濾MBR工藝處理生活污水，進(jìn)水中可生

41、物降解污染物質(zhì)被完全氧化，而單位能耗僅為。0.07kWh/m3(處理水)24。此研究使得膜生物反應(yīng)器的研究領(lǐng)域進(jìn)一步拓寬，并為今后的實(shí)際應(yīng)用打下了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。早期的MBR主要局限于生活污水和城市污水處理，著眼于有機(jī)物的去除。80年代末以來(lái)，MBR處理的對(duì)象拓寬到工業(yè)廢水、石化廢水、發(fā)酵廢水甚至堆肥、填埋場(chǎng)瀝濾液等廢水處理方面。90年代初，MBR開(kāi)始應(yīng)用于廢水的脫氮除磷研究，Hideki與Hidenori分別進(jìn)行了MBR的高效氧氮硝化與工業(yè)廢水去除磷酸鹽的研究25-26 。Chiemchairi等人進(jìn)一步對(duì)中空纖維膜淹沒(méi)式膜生物反應(yīng)器進(jìn)行了中試研究27。一體式膜生物反應(yīng)器具有組裝靈活，運(yùn)行費(fèi)用低的

42、特點(diǎn)，因而這一起源于日本的技術(shù)，也受到德國(guó)、英國(guó)、法國(guó)等歐洲國(guó)家的重視，并將這一技術(shù)與反硝化工藝相結(jié)合，形成圖1-2所示的具有脫氮功能的膜生物反應(yīng)器，表1-8匯總了他們的主要研究成果。1992年法國(guó)Chang.j等人將MBR應(yīng)用于給水處理28，開(kāi)展了微污染飲用水脫氮的研究，該研究中氮的容積負(fù)荷達(dá)2.8kg/m3d，HRT在3060min，出水的氮濃度在0.120mg/L，并采用反沖洗的技術(shù)使膜通量在長(zhǎng)達(dá)2個(gè)月的運(yùn)行中一直維持在100L/hrm2。1996年，Urbrain.V用MBR進(jìn)行飲用水生產(chǎn)的中試研究29，以去除飲用水中微量的氮、有機(jī)物與殺蟲(chóng)劑，取得了良好效果。進(jìn)入九十年代中后期，膜生物

43、反應(yīng)器在國(guó)外己進(jìn)入了實(shí)際應(yīng)用階段。加拿大的Zenon公司是一家跨國(guó)性的公司，致力于膜生物反應(yīng)器的推廣工作30。它首先將超濾管式膜生物反應(yīng)器應(yīng)用于城市污水處理。為了節(jié)約能耗，它又開(kāi)發(fā)了淹沒(méi)式中空纖維膜絲的膜組件，目前此種膜生物反應(yīng)器已應(yīng)用于美國(guó)、德國(guó)、法國(guó)和埃及等十多個(gè)地方，規(guī)模從380m3/d至7600m3/d30。在荷蘭，一脂肪提取加工廠采用傳統(tǒng)的氧化污水處理其生產(chǎn)廢水，由于生產(chǎn)規(guī)模的擴(kuò)大，導(dǎo)致污泥膨脹，污泥難以分離，最后采用Zenon的膜組件代替沉淀池，運(yùn)行效果良好30。另一個(gè)在膜生物反應(yīng)器實(shí)際應(yīng)用具有競(jìng)爭(zhēng)力的公司是日本的Kubota公司31，它所生產(chǎn)的板式膜具有流通量大、耐污染和工藝簡(jiǎn)單

44、特點(diǎn)。此板式膜直接放入混合液中，利用混合液的水壓力作為穿透壓，將處理水排出系統(tǒng)，系統(tǒng)出水穩(wěn)定，這種MBR系統(tǒng)結(jié)構(gòu)更加簡(jiǎn)化，能耗低，是MBR的一種發(fā)展方向。盡管膜生物反應(yīng)器有著十分廣闊的應(yīng)用前景并在實(shí)際中得到應(yīng)用，但同其它工藝一樣，它的發(fā)展也面臨著許多問(wèn)題，如它的應(yīng)用受到膜制造技術(shù)的制約，膜污染和能耗問(wèn)題，它的應(yīng)用領(lǐng)域的擴(kuò)展及操作條件的簡(jiǎn)化問(wèn)題，另外還有不可降解的有機(jī)物和無(wú)機(jī)成分在反應(yīng)器中累積以及微生物的活性衰減等問(wèn)題。這些問(wèn)題，都應(yīng)成為今后MBR發(fā)展的研究方向。1.3.4.2膜生物反應(yīng)器的國(guó)內(nèi)研究與應(yīng)用現(xiàn)狀我國(guó)關(guān)于膜生物反應(yīng)器的研究較晚，華東理工大學(xué)環(huán)境工程研究所林哲等人進(jìn)行了MBR處理人工合

45、成污水和制藥廢水的可行性研究32-33。清華大學(xué)錢易等人采用進(jìn)口板式、中空纖維式有機(jī)膜生物反應(yīng)器(OMBR)工藝進(jìn)行了處理生活污水小試試驗(yàn)34并進(jìn)行了采用陶瓷膜生物反應(yīng)器工藝處理生活污水的試驗(yàn)研究。1995年，樊耀波等將MBR用于石油化工污水凈化的研究35-38研制出一套實(shí)驗(yàn)室規(guī)模的好氧分離式MBR。同期，中國(guó)水污染與廢水資源化研究中心人員采用截留分子量為30000的聚砜中空纖維膜組件35-38，對(duì)生活污水(不含糞便污水)進(jìn)行回用處理研究，王亞娥等(1999年)研究了膜生物反應(yīng)器影響因素39；管運(yùn)濤等研究了兩相厭氧膜生物系統(tǒng)處理有機(jī)廢水的研究40；哈爾濱建筑大學(xué)白曉慧等人采用一體膜復(fù)合反應(yīng)器處

46、理生活污水，總氮去除率達(dá)75%以上41。他們的研究表明，膜生物反應(yīng)器工藝在投資和運(yùn)行成本上與傳統(tǒng)工藝基本持平，但在占地、維護(hù)管理、處理水質(zhì)、自動(dòng)化程度等方面有較大優(yōu)勢(shì)。隨著我國(guó)水污染和水短缺問(wèn)題的加重，我國(guó)的MBR研究正加快發(fā)展,1997年中國(guó)科學(xué)院生態(tài)環(huán)境研究中心開(kāi)始了穿流式膜生物反應(yīng)器的研究工作，清華大學(xué)、同濟(jì)大學(xué)、天津大學(xué)等高校開(kāi)展了分離式MBR和一體式MBR的研究;MBR的研究對(duì)象從生活污水?dāng)U展到石化污水、高濃度有機(jī)廢水、食品廢水、啤酒廢水、港口污水、印染廢水;生物反應(yīng)器從活性污泥法擴(kuò)展到接觸氧化法;生物處理流程從好氧發(fā)展到厭氧，并且對(duì)不同污水的處理效果、系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行、操作條件的優(yōu)化

47、進(jìn)行了研究。目前，膜生物反應(yīng)器己有在大樓廢水、生活污水回用、醫(yī)院廢水處理的工程實(shí)例，但應(yīng)用工程數(shù)量還較少。國(guó)產(chǎn)的專用于膜生物反應(yīng)器的膜材料、膜組件還十分有限，有待加快研究和開(kāi)發(fā)，以加快我國(guó)MBR技術(shù)的應(yīng)用與發(fā)展。1.3.5膜生物反應(yīng)器在脫氮領(lǐng)域的應(yīng)用對(duì)于MBR脫氮而言，目前多數(shù)依舊是建立在傳統(tǒng)的硝化反硝化機(jī)理之上的兩級(jí)或是單級(jí)脫氮工藝，同時(shí)，新的脫氮理論也深入到了MBR工藝中。(一) 建立在傳統(tǒng)傳統(tǒng)的硝化反硝化機(jī)理之上的兩級(jí)脫氮膜生物器工藝將MBR技術(shù)與反硝化工藝相結(jié)合，形成如圖1-3所示的具有脫氮功能的膜生物反應(yīng)器。圖1-3 具有脫氮功能的MBR反應(yīng)器(二) 建立在傳統(tǒng)傳統(tǒng)的硝化反硝化機(jī)理之

48、上的單級(jí)（即SBR）脫氮膜生物器工藝序批式膜生物反應(yīng)器除了具有一般MBR的優(yōu)點(diǎn)外，對(duì)于膜組件本身和SBR工藝兩種程序運(yùn)行都有幫助。主要表現(xiàn)在，進(jìn)水期的充滿狀態(tài)導(dǎo)致了反應(yīng)器內(nèi)的氧的濃度很快降下來(lái)，避免了傳統(tǒng)前置反硝化膜生物反應(yīng)器中氧可能連續(xù)進(jìn)入反硝化區(qū)的弊端。其次，對(duì)于SBR來(lái)說(shuō)，傳統(tǒng)SBR處理系統(tǒng)中，活性污泥的沉降時(shí)間和清水的排放時(shí)間占據(jù)了整個(gè)循環(huán)周期的大部分時(shí)間。利用沒(méi)可以在反應(yīng)時(shí)間排水，同時(shí)可以完全免去沉淀所需的時(shí)間，因此序批式膜生物反應(yīng)器可以減少傳統(tǒng)SBR循環(huán)時(shí)間。(三) 間歇曝氣單級(jí)MBR脫氮工藝 這種形勢(shì)的脫氮工藝形式與序批式MBR脫氮工藝類似，不同的是，其缺氧、好氧間歇運(yùn)行時(shí)間間隔

49、很短，而進(jìn)水可以是連續(xù)進(jìn)水或間歇進(jìn)水。(四) MBR同時(shí)硝化反硝化脫氮 在一體式好氧MBR中，隨著污泥濃度上升，由于氧傳遞速率減小，好氧菌膠團(tuán)內(nèi)部形成了厭氧環(huán)境，使反硝化作用加強(qiáng)。但是，MBR中普通活性污泥法的好氧反硝化效率有限，隨著同時(shí)硝化反硝化的進(jìn)一步研究，其脫氮效率或許會(huì)提高。(五) MBR短程硝化反硝化脫氮 MBR在處理高氨氮廢水時(shí)，會(huì)發(fā)生不完全硝化的現(xiàn)象。MBR工藝可以通過(guò)短程硝化反硝化途徑實(shí)現(xiàn)脫氮。第二章MBR與傳統(tǒng)工藝處理味精廢水效果的比較2.1試驗(yàn)?zāi)康碾S著排放標(biāo)準(zhǔn)的越來(lái)越嚴(yán)格，傳統(tǒng)工藝往往難以滿足目前的排放要求。本次試驗(yàn)主要比較MBR工藝與原有工藝的處理效果差異，探討MBR應(yīng)用

50、的可能性。試驗(yàn)同時(shí)考察在不同的工況下MBR工藝處理效果的差異，探討了各影響因素作用。為今后實(shí)際工程應(yīng)用提供科學(xué)依據(jù)。2.2裝置設(shè)備與運(yùn)行2.2.1原有處理工藝圖2-1 原有的工藝流程圖生產(chǎn)廢水經(jīng)過(guò)浮渣分離，進(jìn)入配水池，配水池把水分給四個(gè)厭氧反應(yīng)器。厭氧反應(yīng)器進(jìn)水COD在40008000mg/L之間，廢水在其中停留時(shí)間13h左右。厭氧出水進(jìn)入好氧池，好氧池采用推流式活性污泥法（主要目的是去除有機(jī)物），停留時(shí)間17h，出水經(jīng)二沉池沉淀后，進(jìn)入生物移動(dòng)床和延時(shí)曝氣池（主要目的是去除氨氮），停留時(shí)間約33h。再次經(jīng)過(guò)二沉池排放。2.2.2MBR試驗(yàn)裝置與運(yùn)行.1裝置與流程圖2-2實(shí)驗(yàn)裝置流程圖試驗(yàn)中采

51、用的是好氧活性污泥工藝以及中空纖維膜生物反應(yīng)器（MBR）的運(yùn)行方式，其實(shí)質(zhì)是活性污泥生物反應(yīng)器與中空纖維膜膜單元的組合工藝。膜組件直接浸沒(méi)在好氧反應(yīng)器中，出水采用壓力差做驅(qū)動(dòng)力，低壓運(yùn)行，連續(xù)曝氣，間歇出水，不反洗。其流程為：將原水經(jīng)提升水泵送至反應(yīng)器內(nèi)，當(dāng)反應(yīng)器內(nèi)水位達(dá)到液位計(jì)預(yù)定的最高水位時(shí)，提升水泵停止工作，進(jìn)水結(jié)束；生物反應(yīng)器采用連續(xù)運(yùn)行的方式，在好氧反應(yīng)器內(nèi)邊進(jìn)水邊曝氣，曝氣量由流量計(jì)控制；在壓力差的作用下實(shí)現(xiàn)出水8min停水2min的間歇式出水方式，出水流量由流量計(jì)顯示并控制。.2主要設(shè)備(1) 供水泵：數(shù)量1臺(tái)，潛水泵。(2) 生物反應(yīng)器：反應(yīng)器總有效容積為5m3，下部裝有穿孔曝

52、氣管。(3) 產(chǎn)水泵：數(shù)量2臺(tái)，型號(hào)：WB50/025。(4) 反洗泵：數(shù)量1臺(tái)，型號(hào)：WB50/037。(5)自動(dòng)控制系統(tǒng)：該系統(tǒng)是一套集中安裝在電器控制柜中的PLC系統(tǒng)組件。主控制系統(tǒng)主要實(shí)現(xiàn)以下功能：l 間歇出水控制功能：采用間歇出水，主要目的在于減小膜污染，維持膜比通量。l 反應(yīng)器液位的自動(dòng)控制：隨著出水的進(jìn)行，當(dāng)反應(yīng)器內(nèi)液位降低到預(yù)定的最低液位時(shí)，進(jìn)水泵自動(dòng)補(bǔ)水；當(dāng)進(jìn)水液位達(dá)到預(yù)定的最高液位時(shí)進(jìn)水泵自動(dòng)停止。l 鼓風(fēng)機(jī)與電磁閥的聯(lián)動(dòng)控制：這一功能實(shí)現(xiàn)在不曝氣時(shí)出水電磁閥自動(dòng)關(guān)閉，避免出現(xiàn)停曝氣時(shí)繼續(xù)出水而造成膜嚴(yán)重堵塞的情況。(6)計(jì)量系統(tǒng)：包括空氣流量計(jì)和液體流量計(jì)。2.3主要分析

53、項(xiàng)目和測(cè)定方法日常監(jiān)測(cè)項(xiàng)目每天監(jiān)測(cè)的項(xiàng)目有：進(jìn)出水濁度、SV、pH值、化學(xué)需氧量（COD）、氨氮、硝態(tài)氮、出水流量、壓力的變化以及污泥濃度（MLSS）等；每周三次監(jiān)測(cè)溶解氧（DO）；根據(jù)需要不定期的監(jiān)測(cè)混合液pH值的變化規(guī)律。水質(zhì)分析方法測(cè)定項(xiàng)目、方法及儀器如表2-1所示，均依照國(guó)家環(huán)保局頒布的標(biāo)準(zhǔn)方法進(jìn)行測(cè)定42。表2-1分析方法及使用的儀器序號(hào)分析項(xiàng)目測(cè)定方法儀器1COD重鉻酸鉀法2MLSS105干燥減重法101-1型電熱鼓風(fēng)干燥箱3氨氮納氏試劑分光光度法UV-2450紫外/可見(jiàn)分光光度計(jì)4亞硝態(tài)氮N-(1-奈基)-乙二胺光度法UV-2450紫外/可見(jiàn)分光光度計(jì)5硝態(tài)氮紫外分光光度法UV-

54、2450紫外/可見(jiàn)分光光度計(jì)6溶解氧膜電極法Oxi-330i溶解氧測(cè)定儀7濁度直讀法2100N型濁度計(jì)8pH值玻璃電極法pHS-25型精密pH計(jì)9水溫直讀法水銀溫度計(jì)10污泥生物形態(tài)觀察法XJZ-107F普通光學(xué)顯微鏡2.4試驗(yàn)運(yùn)行結(jié)果與分析2.4.1第一階段進(jìn)水為二沉池水的處理效果本階段以好氧池出水經(jīng)二沉池泥水分離后的出水作為MBR系統(tǒng)的進(jìn)水。廠方原有好氧池的主要作用是降低有機(jī)物，對(duì)氨氮幾乎沒(méi)有什么去除效果。這一階段試驗(yàn)?zāi)康闹饕荕BR與生物移動(dòng)床和延時(shí)曝氣池處理效果的比較。傳統(tǒng)工藝的HRT是33小時(shí)，MBR的平均的HRT是10小時(shí)。本階段實(shí)驗(yàn)從06年3月28日開(kāi)始運(yùn)行到2006月5日16結(jié)

55、束，與運(yùn)行期間各工如表2-2所示。表2-2 第一階段試驗(yàn)運(yùn)行參數(shù)工況參數(shù)工況13.314.7工況24.84.14工況34.154.19工況44.205.2工況55.25.7HRT/hMLSS/(g/L)SRT/h氣量產(chǎn)水量汽水比溫度182302230073:127102302253042:127102.5302253042:1281023303953074:128823303974074:130在運(yùn)行期間，污泥濃度（MLSS）在20003000mg/L區(qū)間變化，平均MLSS為2500mg/L；水溫在2728.0內(nèi)變動(dòng)，平均溫度為27.5；2.4.1.1對(duì)的COD去除效果從圖2-3中可以看出：試驗(yàn)開(kāi)始初期MBR的產(chǎn)水COD比進(jìn)水COD還要高，經(jīng)過(guò)測(cè)試分析。主要原因是因?yàn)閺U水中氨氮含量比較高