復(fù)合式MBR處理微污染水的適用性研究

1、1 復(fù)合式MBR處理微污染水的適用性研究(ynji)1.1復(fù)合式MBR1.2微污染原水1.3實(shí)驗(yàn)結(jié)果及討論2 超濾中試試驗(yàn)2.1中試實(shí)驗(yàn)結(jié)果及討論2.2中試存在問(wèn)題淺析共三十七頁(yè)1.1復(fù)合式MBR1 復(fù)合式MBR填料的介入為微生物提供了更加有利的生存環(huán)境，附著和懸浮生長(zhǎng)的微生物協(xié)作完成對(duì)污染物的降解過(guò)程，其中附著生長(zhǎng) 微生物占多數(shù)。兩相之間的可轉(zhuǎn)化性增強(qiáng) 了系統(tǒng)的調(diào)節(jié)機(jī)制，使復(fù)合系統(tǒng)具有更強(qiáng)的適應(yīng)性和穩(wěn)定性，系統(tǒng)的復(fù)雜生態(tài)結(jié)構(gòu)使其具備了較強(qiáng)的抗沖擊負(fù)荷能力。2 復(fù)合式MBR通過(guò)生長(zhǎng)在生物膜中豐富的微生物種群的降解作用，可以有效去除有機(jī)物和氮。在反應(yīng)器內(nèi)沿著水流到載體的方向，構(gòu)成一個(gè)懸浮好氧型、

2、附著好 氧型、附著兼氧型和附著厭氧型的多種不同活動(dòng)能力、呼吸類(lèi)型、營(yíng)養(yǎng)類(lèi)型的微生物系統(tǒng)。微生物之間形成了互相聯(lián)系、互相制約的動(dòng)態(tài)平衡體系。對(duì)污染物的去除 由多種微生物協(xié)作完成。3 在反應(yīng)器內(nèi)特定的微環(huán)境中會(huì)形成特定的優(yōu)勢(shì)菌種，從而增強(qiáng)了反應(yīng)器的處理能力和適應(yīng)性。由于厭氧和缺氧微環(huán)境的存在，系統(tǒng)內(nèi)存在同步硝化和反硝化現(xiàn)象共三十七頁(yè)1.1復(fù)合式MBR復(fù)合式MBR參數(shù)1 反應(yīng)池總體積 V=5V1=3.14*0.11752*1.32*5=286.12075L2 (有效容積)填料之間的空隙體積 V2=(165.5/4)*5= 206.875L3 孔隙率P=V2/V=0.7234 水力停留時(shí)間=206.8

3、75/20=10.34375h5 填料高度=1.32m6 柱子(zh zi)直徑=0.235m7 塑料球直徑=9或者11cm8 活性炭=2-3cm9 火山巖=1cm 塑料包裹球直徑9或者11cm；活性炭粒徑2-3cm；火山巖粒徑1cm；每根柱子總?cè)莘e57.22L；有效容積41.375L；填料高度1.32m。 共三十七頁(yè)1.2微污染(wrn)原水“微污染水源”：水體的物理、化學(xué)或微生物指標(biāo)已不能達(dá)到地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)中作為生活飲用水水源水的水質(zhì)要求，但通過(guò)特殊工藝處理后尚可使用的源水。1 微污染原水的特征：有機(jī)物綜合指標(biāo)升高、氨氮濃度升高、水體有異味、色度增高、藻類(lèi)大量繁殖。微2 污染水源水一般

4、是由于工業(yè)、農(nóng)業(yè)和生活等方面產(chǎn)生的污水未經(jīng)適當(dāng)處理，直接排入供水水源導(dǎo)致的，微污染水主要含有低濃度的有機(jī)物、氨氮、磷及有毒污染物，常規(guī)水處理工藝很難將其去除。其中，有機(jī)物和氮化物是微污染水源水中的最主要污染物?！沮w漩.新型生物介質(zhì)凈化微污染原水的研究 D.昆明: 昆明理工大學(xué), 2008: 2】共三十七頁(yè)1.2微污染(wrn)原水共三十七頁(yè)1.3實(shí)驗(yàn)結(jié)果(ji gu)及討論 1.3.1正交實(shí)驗(yàn)曝氣量，回流量(liling)，進(jìn)水量正交試驗(yàn)L9(33)正交實(shí)驗(yàn)選取因素和水平 因素水平進(jìn)水量l/h回流量l/h曝氣量l/h120201002304020034060300共三十七頁(yè)1.3.1正交實(shí)驗(yàn)(

5、shyn)正交試驗(yàn)的目的研究不同操作條件下復(fù)合式膜生物反應(yīng)器對(duì)污染物的去除效果，并確定合理的運(yùn)行參數(shù)，選取的三個(gè)因素分別為進(jìn)水量，回流量，曝氣量，每個(gè)因素選取三個(gè)水平，每組運(yùn)行一個(gè)星期，以高錳酸鹽的去除率為主要指標(biāo)，來(lái)表征復(fù)合式膜生物反應(yīng)器對(duì)污染物的去除效果。通過(guò)實(shí)驗(yàn)得到膜生物反應(yīng)器的最佳工況，并得出那個(gè)因素對(duì)高錳酸鹽去除影響最大，從而優(yōu)化實(shí)驗(yàn)運(yùn)行工況，選出合理的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行工況，最佳工況，并在此基礎(chǔ)上繼續(xù)優(yōu)化反應(yīng)器運(yùn)行。共三十七頁(yè)1.3.1正交實(shí)驗(yàn)(shyn) 因素試驗(yàn)號(hào)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 極差R2.26 7.94 4.02 主次順序BCA進(jìn)水量回流量曝氣量)優(yōu)水平A3B1C2優(yōu)組合A3B1C2曝氣300 進(jìn)水20 回流40經(jīng)

7、濟(jì)組合A1B2C2曝氣100 進(jìn)水30 回流40共三十七頁(yè)1.3.1正交實(shí)驗(yàn)(shyn)共三十七頁(yè)1.3.1正交實(shí)驗(yàn)(shyn)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的分析1 對(duì)高錳酸鹽去除效果影響大小(dxio)因素依次為進(jìn)水量，回流量，曝氣量。2 依據(jù)對(duì)高錳酸鹽去除效果得出的最優(yōu)組合為曝氣300， 進(jìn)水20， 回流40。3 由于曝氣量對(duì)高錳酸鹽去除效果影響最小，設(shè)定的經(jīng)濟(jì)組合為曝氣100，進(jìn)水20，回流40。共三十七頁(yè)1.3.2實(shí)驗(yàn)效果(xiogu)分析1.3.2.1 三氮共三十七頁(yè)1.3.2實(shí)驗(yàn)效果(xiogu)分析水體中的三氮是指氨氮、亞硝酸鹽氮、硝酸鹽氮，是反映水體營(yíng)養(yǎng)鹽濃度的重要指標(biāo)。水中氮的來(lái)源主要有兩個(gè)方面

8、：一是地表徑流攜帶的無(wú)機(jī)氮和有機(jī)含氮濃度物質(zhì)，前者包括降水中的氨氮和硝酸氮，土壤中無(wú)機(jī)氮肥，后者是生物殘骸及分泌物和排泄物；二是水體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，被轉(zhuǎn)化為硝酸鹽，通常氧化(ynghu)1mg氨氮需要消耗4.57mg的溶解氧，是導(dǎo)致水體進(jìn)入?yún)捬鯛顟B(tài)的一個(gè)重要因素，引起水質(zhì)下降，并危及水生生物的生存。亞硝酸鹽氮容易引起更嚴(yán)重的健康問(wèn)題，通常與癌癥相關(guān)。硝酸鹽氮是在有氧環(huán)境下，各種形態(tài)的含氮化合物中最穩(wěn)定的含氮化合物，亦是含氮有機(jī)物經(jīng)無(wú)機(jī)化作用最終的產(chǎn)物。硝酸鹽在無(wú)氧環(huán)境中，能夠經(jīng)過(guò)微生物的作用被最終還原為氮?dú)?，逸出水體1.3.2.1 三氮共三十七頁(yè)1.3.2

9、實(shí)驗(yàn)(shyn)效果分析天然水中濁度組成為黏土性物質(zhì)、膠體狀的鐵錳、浮游生物、藻類(lèi)、微生物和有機(jī)物等，粒徑在0.1m至數(shù)百m，濁度顆粒具有非常大的比表面積，容易吸附攜帶大量的各種污染物。盡管原水濁度波動(dòng)很大，但超濾膜出水濁度均小于1NTU，濁度去除率在99%以上。去除機(jī)理主要依賴(lài)以下作用：填料上生物膜的生物絮凝作用和對(duì)形成濁度的有機(jī)物吸附降解由于溶解氧充足，以細(xì)菌為食料的原生動(dòng)物繁殖促進(jìn)了生物絮凝，而且這些原生動(dòng)物還可以吞食水中游離細(xì)菌和微小的污泥質(zhì)點(diǎn)，從而減低生化池出水濃度(nngd)。老化脫落的生物膜可起到生物絮凝劑的作用，與細(xì)小的懸浮顆粒形成大絮體沉降到底部。超濾膜物理篩分作用，只與膜的

10、孔徑大小、膜表面的化學(xué)特性有關(guān)，而與原水濁度、操作壓力、膜面流速、運(yùn)行時(shí)間等條件無(wú)關(guān)。1.3.2.2 濁度去除共三十七頁(yè)1.3.2實(shí)驗(yàn)(shyn)效果分析如圖所示，原水CODMn濃度波動(dòng)較大，平均出水濃度為3.117mg/l，平均去除率為47.65%。耦合生化+浸沒(méi)式超濾系統(tǒng)對(duì)有機(jī)物的去除效果(xiogu)來(lái)自?xún)蓚€(gè)方面：耦合生化生化系統(tǒng)對(duì)有機(jī)物的降解，在缺氧厭氧段，高錳酸鹽指數(shù)從6.208降到5.217，降解了1mg/l,然后進(jìn)行好氧處理，降低了后續(xù)處理的負(fù)荷。在好氧段，曝氣作用促進(jìn)了揮發(fā)性有機(jī)物的吹脫，還原性物質(zhì)的氧化以及一些易氧化降解的有機(jī)物的降解。膜的對(duì)大分子有機(jī)物物質(zhì)的截留作用，大分子

11、物質(zhì)可以被截留在反應(yīng)器內(nèi)，經(jīng)過(guò)回流到缺氧柱，大大增加了與微生物接觸的反應(yīng)時(shí)間，并有助于某些轉(zhuǎn)性微生物的培養(yǎng)，提高了了有機(jī)物的去除。浸沒(méi)式填料的為各種微生物的生長(zhǎng)提供了有利條件，載體表面的生物膜的接觸絮凝、生物氧化作用達(dá)到對(duì)水中懸浮物質(zhì)和膠體顆粒等污染物質(zhì)的去除。載體填料的機(jī)械截留作用，能去除部分膠體狀有機(jī)物。1.3.2.3 CODMn的去除共三十七頁(yè)1.3.2實(shí)驗(yàn)效果(xiogu)分析分析原因有以下幾點(diǎn)：超濾能夠去除呈膠體或者懸浮物性質(zhì)的鐵、錳，但不能去除水中溶解的亞鐵離子和二價(jià)錳離子，結(jié)合生物預(yù)處理，把亞鐵氧化成三價(jià)鐵，在中性pH附近形成不溶性的鐵膠體，把二價(jià)錳氧化成四價(jià)錳，超濾膜通過(guò)對(duì)絮凝

12、體和膠體的截留，可以去除水中以膠體或絮凝體的鐵錳等物質(zhì)浸沒(méi)式超濾及其組合工藝處理微污染原水中試研究。可能是生物池中的水經(jīng)曝氣后含有較高的溶解氧，部分低價(jià)鐵錳被氧化成高價(jià)(o ji)鐵錳而去除，另外部分被微生物吸收利用。張力維.生物接觸氧化預(yù)處理技術(shù)處理微污染源水的研究1.3.2.4 鐵錳的去除共三十七頁(yè)2.1實(shí)驗(yàn)結(jié)果(ji gu)及討論水處理工藝流程(n y li chn)1 原水混凝沉淀臭氧接觸氧化生物活性炭超濾出水。 2 原水生物預(yù)處理混凝沉淀臭氧接觸氧化生物活性炭超濾出水兩者的區(qū)別在于有無(wú)生物預(yù)處理共三十七頁(yè)2.1實(shí)驗(yàn)(shyn)結(jié)果及討論1 氨氮的去除(q ch) 共三十七頁(yè)2.1實(shí)驗(yàn)

13、結(jié)果(ji gu)及討論原水氨氮較高基本在3.0mg/L左右，甚至出現(xiàn)了原水氨氮高于4.0mg/L的沖擊負(fù)荷。當(dāng)沒(méi)有生物預(yù)處理時(shí)，膜池進(jìn)水氨氮大于1.5mg/L，兩套超濾膜處理(chl)后氨氮平均去除僅為6.67%和8.13%，工藝出水氨氮大于1.0mg/L，不能保證氨氮達(dá)標(biāo)。當(dāng)有生物預(yù)處理時(shí)，前端工藝對(duì)氨氮去除率較高，原水氨氮大于3.0mg/L時(shí)，組合工藝出水氨氮穩(wěn)定小于0.2mg/L，即使對(duì)原水氨氮高于4.0mg/L的沖擊負(fù)荷，依然能保持高的去除，組合工藝對(duì)氨氮的去除率分別達(dá)98.1%和95.1%，出水完全符合國(guó)標(biāo)要求。共三十七頁(yè)2.1實(shí)驗(yàn)結(jié)果(ji gu)及討論2 有機(jī)物的去除(q ch

14、)共三十七頁(yè)2.1實(shí)驗(yàn)結(jié)果(ji gu)及討論原水CODMn在6mg/L以上。無(wú)生物預(yù)處理時(shí)，膜池進(jìn)水CODMn在3.03.5 mg/L，超濾出水CODMn小于3mg/L；有生物預(yù)處理時(shí)，膜池進(jìn)水CODMn小于3mg/L，超濾出水CODMn小于3mg/L，均能保證(bozhng)出水CODMn的穩(wěn)定達(dá)標(biāo)。共三十七頁(yè)2.1實(shí)驗(yàn)結(jié)果(ji gu)及討論3 UV254的去除(q ch)共三十七頁(yè)2.1實(shí)驗(yàn)結(jié)果(ji gu)及討論原水UV254的變化(binhu)范圍為0.0980.130cm-1，平均值為0.118cm-1。對(duì)整個(gè)組合工藝而言，對(duì)UV254去除效果較好，去除率為48.46%65.30

15、%。共三十七頁(yè)2.1實(shí)驗(yàn)結(jié)果(ji gu)及討論4 濁度(zhu d)去除共三十七頁(yè)2.1實(shí)驗(yàn)結(jié)果(ji gu)及討論膜池進(jìn)水濁度基本在0.54NTU之間，通過(guò)兩套超濾系統(tǒng)(xtng)過(guò)濾后，出水均保持在0.08NTU以下，完全符合國(guó)標(biāo)的要求共三十七頁(yè)2.1實(shí)驗(yàn)(shyn)結(jié)果及討論5 鐵錳的去除(q ch)實(shí)驗(yàn)期間進(jìn)水鐵處于檢測(cè)值以下，出水鐵完全符合國(guó)標(biāo)要求。錳的去除共三十七頁(yè)2.1實(shí)驗(yàn)結(jié)果(ji gu)及討論錳的去除(q ch)無(wú)生物預(yù)處理的錳的臭氧氧化和有生物預(yù)處理的生物固錳，保證了錳在超濾階段的去除。對(duì)錳的去除超過(guò)90%，超濾出水錳在方法檢測(cè)限以下符合國(guó)標(biāo)要求。共三十七頁(yè)2.1實(shí)驗(yàn)(s

16、hyn)結(jié)果及討論6 顆粒(kl)數(shù)的去除本研究通過(guò)檢測(cè)水中顆粒數(shù)間接表征“兩蟲(chóng)”去除效果。美國(guó)很多水廠對(duì)濾池出水中大于2m顆粒物的數(shù)量都控制在50個(gè)/mL以下，兩套超濾出水中大于2m的顆粒數(shù)均在20個(gè)/mL以下，因此完全達(dá)到美國(guó)的標(biāo)準(zhǔn)。共三十七頁(yè)2.1實(shí)驗(yàn)結(jié)果(ji gu)及討論7 色度的去除(q ch)超濾對(duì)色度去除較好，基本為0，推測(cè)原因可能是，水中色度主要是由有機(jī)物和鐵錳等物質(zhì)產(chǎn)生，超濾進(jìn)水中鐵和有機(jī)物含量較低、錳含量相對(duì)較高，認(rèn)為錳是產(chǎn)生色度的主要原因，超濾可以將錳完全去除，故出水中色度接近0度。共三十七頁(yè)2.1實(shí)驗(yàn)結(jié)果(ji gu)及討論8 超濾對(duì)細(xì)菌及兩蟲(chóng)的去除試驗(yàn)采用的內(nèi)壓式和

17、浸沒(méi)式超濾膜孔徑分別為0.01m和0.075m，而水中的細(xì)菌(0.5m10m)，隱孢子蟲(chóng)(4m6m)和賈第鞭毛蟲(chóng)(7m14m)的尺寸均大于兩種超濾膜的孔徑，因此理論上超濾對(duì)微生物的去除是高效的。內(nèi)壓式和浸沒(méi)式超濾膜對(duì)細(xì)菌的截留(ji li)率達(dá)99.99%，對(duì)大腸菌群和耐熱大腸菌群的截留率均達(dá)100%。共三十七頁(yè)2.2中試(zhn sh)存在問(wèn)題淺析2.2.1 超濾出水的二次污染問(wèn)題2.2.1.1設(shè)計(jì)不合理導(dǎo)致空氣中的微生物進(jìn)入產(chǎn)水箱引起的二次污染（1）貯水設(shè)備的結(jié)構(gòu)不合理，進(jìn)出水管的位置不合適，造成水池內(nèi)出現(xiàn)死水區(qū)，本實(shí)驗(yàn)產(chǎn)水箱的溢流管和出水管同進(jìn)水管設(shè)置在同一側(cè)，易形成“短流”，導(dǎo)致產(chǎn)水箱

18、部分區(qū)域產(chǎn)生死角，形成死水，導(dǎo)致細(xì)菌的繁殖。（2）由于反沖洗的影響，導(dǎo)致水箱水位下降，產(chǎn)水箱周期性地通過(guò)溢流管與大氣相通?？諝庵械募?xì)菌極易通過(guò)溢流管進(jìn)入產(chǎn)水箱，導(dǎo)致二次污染。（3）管理不善，未定期進(jìn)行清洗、消毒，致使水質(zhì)逐步惡化。（4）產(chǎn)水箱內(nèi)壁較粗糙，給藻類(lèi)等生物提供了生存良機(jī)。（5）產(chǎn)水箱的泄空管未從地面部最低點(diǎn)接出，池底沒(méi)有一定坡度，導(dǎo)致產(chǎn)水箱不能靠重力泄空，水箱不易清洗干凈。共三十七頁(yè)2.2中試(zhn sh)存在問(wèn)題淺析2.2.1.2生物不穩(wěn)定引起(ynq)的二次污染由于超濾出水中含有一定濃度的營(yíng)養(yǎng)物（NH4+-N，CODmn）,為生物不穩(wěn)定水，會(huì)促使硝化細(xì)菌等微生物的生長(zhǎng)，存在后繁

19、殖的可能性，引起超濾出水細(xì)菌總數(shù)和顆粒數(shù)升高.共三十七頁(yè)2.2中試(zhn sh)存在問(wèn)題淺析2.2.1.2生物(shngw)不穩(wěn)定引起的二次污染超濾系統(tǒng)出水高錳酸鹽指數(shù)平均值為2.067mg/l，氨氮平均值0.291mg/l, 超濾產(chǎn)水余氯基本為零，產(chǎn)水箱由于非密封，空氣中的細(xì)菌通過(guò)縫隙和溢流管進(jìn)入產(chǎn)水箱，當(dāng)溫度較高時(shí)，為產(chǎn)水箱異養(yǎng)菌的生長(zhǎng)提供了合適的環(huán)境，導(dǎo)致了細(xì)菌在產(chǎn)水箱的繁殖。因此減少水中營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的含量將對(duì)控制異養(yǎng)細(xì)菌地生長(zhǎng)起到?jīng)Q定性的作用。共三十七頁(yè)2.2中試存在(cnzi)問(wèn)題淺析取樣次數(shù)浸沒(méi)式超濾膜進(jìn)水浸沒(méi)式超濾膜出水空白值1150001821500253950666414098115603-660035-浸沒(méi)式超濾膜，分離層在膜的外側(cè)，高結(jié)晶態(tài)支撐層在內(nèi)側(cè)，超濾膜對(duì)小分子有機(jī)物去除有限，透過(guò)膜，進(jìn)入(jnr)高結(jié)晶態(tài)支撐層，為細(xì)菌生長(zhǎng)提供了營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，當(dāng)產(chǎn)水箱收到二次污染后，含有細(xì)菌的反沖洗水，進(jìn)入(jnr)超濾膜高結(jié)晶態(tài)支撐層，并在支撐層生長(zhǎng)繁殖，導(dǎo)致超濾膜出水會(huì)不定期