BAF与MBR组合工艺在城市污水深度处理中的实验研究毕业论文.doc

摘 要城市污水处理回用既可替代清洁水源、又减少了污水排放量，降低了城市排污负荷，有利于实现节能减排。BAF（曝气生物滤池）工艺是适合我国国情的简易、高效、低耗的污水回用新技术。本文就A/O两段式BAF与MBR组合工艺处理兰州市某污水厂二级处理出水进行实验研究，通过对低浓度、可生化性差的二级处理出水进行深度处理，可直接回用于工业。本文通过实验确定了最佳填料、进行了不同挂膜方式的对比实验、并采用A/O两段式BAF及A/O两段式BAF与MBR组合工艺对城市污水的处理进行了研究，实验结果表明：1.选择最佳填料实验采用火山岩、沸石和陶粒三种填料进行对比，用复合接种方式进行挂膜，在进水CODcr为50-60 mg/L，水力负荷为0.425m3/（hm2），水温1317，DO为46mg/L，气水比为3:1，HRT为2h的条件下，挂膜稳定后陶粒效果最好，对COD和NH3-N的平均去除率高于火山岩和沸石，分别为35% 、79%。2.以陶粒为填料进行了不同挂膜方式的对比实验，采用复合进水挂膜与二级处理出水挂膜进行对比，在进水CODcr为40-55 mg/L，水力负荷为0.234m3/（hm2），水温1722，DO为36mg/L，HRT为23h的情况下，挂膜后期复合进水挂膜与二级处理出水挂膜COD和NH3-N的平均去除率分别为18%、35%，95%、95%，直接用二级处理出水挂膜好于复合进水挂膜。3.A/O两段式BAF深度处理城市污水实验运行25d后， BAF对COD的去除率达2344%。系统运行稳定后，A/O两段式BAF总水力停留时间为2、4、6h 时，氨氮去除率保持在95%以上，并且在进水有机物含量低、水力停留时间长的条件下其对氨氮的去除率取决于进水氨氮的高低，而水力停留时间为6h时CODcr的去除效果最好，为34.26%。4.A/O两段式BAF与MBR组合工艺对二级处理出水进行深度处理的初步结果表明：该组合工艺对CODcr、NH3-N平均去除率分别为55.7%、95%，出水CODcr、氨氮分别为20.32、0.28mg/L达到了国家地表水类标准，同时A/O两段式BAF作为超滤的预处理有效减轻了膜污染。关键词：城市污水深度处理；BAF与MBR组合工艺；厌氧生物滤池；好氧生物滤池；MBRAbstractMunicipal wastewater treatment and reuse can replace clean water, reduc the volume of sewage discharge and reduce urban sewage load,it is helpful to achieve energy conservation. BAF (Biological Aerated Filter) technology is suitable for China easy, efficient and low consumption of sewage reuse with new technology. A combined proeess of A/O two-stage biologieal aerated fllter(BAF) and Membrane bioreactor(MBR) is used to treat secondary effluent of a Lanzhou City wastewater treatment plant for reuse in this paper, in-advanced wastewater treatment of low concentration and poor biodegradability of the secondary treatment effluent can be directly reused for industrial .Experiment to determine the best packing, different biofilm way of comparative experiment,to use the A/O two-stage biologieal aerated fllter(BAF) and the A/O two-stage biologieal aerated fllter(BAF) and MBR combination processes of urban sewage processing, experimental the results showed that:1.Select the best packing experiment use volcanic rocks, zeolite and ceramic fillers were compared which used composite inoculated biofilm in the influent CODcr was 5060mg/L, the hydraulic load was 0.425m3/(h.m2),water temperature was 1317°C,DO was 46mg/L,air to liquid ratio was 3:1, hydraulic retention time(HRT) was 2h, after the stability of the biofilm, ceramsite is best, its average removal of COD and NH3-N is higher than volcanic rocks and zeolite, 35% and 79% respectively.2. Different biofilm way of contrast experiment which used ceramsite for packing, comparing the effect of the composite water biofilm and the secondary treatment effluent biofilm, in the influent CODcr was 4055mg/L, the hydraulic load was 0.234m3/(h.m2), water temperature was 1722, DO was 3-6mg /L, hydraulic retention time(HRT) was 23h, composite water biofilm and secondary treatment effluent biofilm which their average removal of COD and NH3-N are18%、35%, 95%、95%, the direct use the secondary treatment effluent biofilm is better than composite water biofilm.3.After A/O two-stage BAF advanced treatment of Municipal Wastewater experiment running 25 days, the removal rate of COD was 2344%.After system was stable,when the total hydraulic retention time of A/O two-stage BAF was 2,4,6 h,its ammonia removal rate remained at more than 95% and its ammonia nitrogen removal rate depends on the level of influent ammonia nitrogen under the influent low organic matter content and long hydraulic retention time.When hydraulic retention time is 6h,the removal rate of COD is best, the removal rate of COD is 34.26%.4.A combined proeess of A/O two-stage biologieal aerated fllter(BAF) and Membrane bioreactor(MBR) is used to treat secondary effluent, preliminary results show that: the combination of process on the average removal rate of COD, NH3-N is 55.7%, 95% respectivel, the effluent COD and Ammonia concentration are 20.32,0.28 mg/L respectively,which reached “the surface water standard of three types of water”,while the A/O two-stage BAF as ultrafiltration(UF) pretreatment effectively reduced the membrane fouling.Key words: Municipal wastewater treatment；Combined process of BAF and MBR； Anaerobic biofilter；Aerobic biofilter；MBR；目 录1. 绪论11.1 研究背景11.1.1 水资源及水环境现状11.1.2 城市污水回用的必要性11.2 城市污水回用现状及回用技术11.2.1 国内外城市污水回用现状21.2.2 城市污水回用技术31.3 曝气生物滤池（BAF）用于污水处理综述41.3.1 曝气生物滤池（BAF）的工作原理41.3.2 曝气生物滤池（BAF）的主要类型51.3.3 曝气生物滤池（BAF）的特征61.3.4 曝气生物滤池（BAF）在污水处理中的应用情况71.4 膜生物反应器（MBR）用于污水处理综述91.4.1膜生物反应器的工作原理91.4.2 膜生物反应器（MBR）的类型101.4.3 膜生物反应器（MBR）的特征101.4.4 膜生物反应器（MBR）在污水处理中的应用情况111.5 课题的提出及研究内容121.5.1 课题的提出121.5.2 研究内容122. 实验概况132.1 实验水质132.2 填料性能介绍132.3 实验装置152.3.1 选择最佳填料的实验装置152.3.2 不同挂膜方式对比实验装置152.3.3 A/O两段式BAF深度处理城市污水实验装置162.4 检测项目与分析方法173. 曝气生物滤池（BAF）填料选择及挂膜方式的研究183.1 选择最佳填料实验183.1.1 实验运行概况183.1.2 挂膜启动阶段CODcr去除效果对比183.1.3 挂膜启动阶段氨氮去除效果对比203.1.4 实验结论213.2 不同挂膜方式对比实验213.2.1 实验运行概况213.2.2 挂膜启动阶段CODcr去除效果对比223.2.3 挂膜启动阶段氨氮去除效果对比243.2.4 1#、2#BAF氮的变化253.2.5 生物量与生物活性的测定273.2.6 实验结论313.3 本章小结324. A/O两段式BAF深度处理城市污水实验研究334.1 A/O两段式BAF的启动334.1.1 A/O两段式BAF实验装置的设计计算334.1.2 A/O两段式BAF的挂膜方式364.2 挂膜启动阶段CODcr去除效果384.2.1 厌氧BAF挂膜启动阶段CODcr去除效果384.2.2 好氧BAF挂膜启动阶段CODcr去除效果394.3 挂膜启动阶段氨氮去除效果404.3.1 厌氧BAF 挂膜启动阶段氨氮去除效果404.3.2 好氧BAF 挂膜启动阶段氨氮去除效果414.3.3 进水CODcr浓度对好氧BAF氨氮去除效果的影响424.3.4 A/O两段式BAF中氮的变化434.4 A/O两段式BAF中的微生物444.5 实验结论454.6 A/O两段式BAF最佳运行条件的确定HRT464.6.1 水力停留时间对CODcr去除效果474.6.2 水力停留时间对氨氮去除效果474.6.3 水力停留时间对浊度去除效果484.7 本章小结495. A/O两段式BAF与MBR组合工艺深度处理城市污水实验研究505.1 超滤膜性能参数的确定505.1.1 超滤膜性能基本参数505.1.2 超滤膜通量的确定515.2 A/O两段式 BAF-超滤（UF）组合工艺对COD的去除效果525.3 A/O两段式 BAF-超滤（UF）组合工艺对氨氮的去除效果535.4 A/O两段式 BAF-超滤（UF）组合工艺对浊度的去除效果546. 结论及建议556.1 结论556.2 建议55致 谢57附录英文中文1. 绪论1.1 研究背景1.1.1 水资源及水环境现状 水资源是人类生产生活的最关键资源，可是如今，生态环境遭到严重破坏，水体污染严重，水资源的保护和水污染的治理成为现代社会最关注的问题。根据我国水利部最新的水资源公报(2008年中国水资源公报):我国水资源已探明总量为2.8万亿m3，地表水2.7万亿m3，地下水0.83万亿m3，全国水库年末蓄水总量为3083亿m3。虽然我国总水量很大，但人均占有量很少，约2200m3/人，在世界范围内属于很低的水平，徘徊于中度缺水标准附近，加上我国对水污染的治理力度不是很大，导致了水资源的短缺1。中国是一个干旱缺水严重的国家，我国南北方城市都受到不同的缺水原因困扰，北方城市大多属于资源性缺水，南方城市则由于处理不力引起的水体污染，逐渐归为水质型缺水2。而城市缺水必然会导致城市经济发展的滞后，也会引起社会的不安定。到20世纪末，全国600多座城市中，已有400多个城市存在供水不足问题，其中比较严重的缺水城市达110个，全国城市缺水总量为60亿m3。而我国每年约排放365亿m³废水3，既浪费了资源，又污染了环境。据预测，我国工业用水总量将从1999年的370亿m³增长到2030年的660亿m³。1.1.2 城市污水回用的必要性污水的回用即再生水是城市的第二水源。城市污水再生利用是提高水资源综合利用率，减轻水体污染的有效途径之一。再生水合理回用既能减少水环境污染，又可以缓解水资源紧缺的矛盾，是贯彻可持续发展的重要措施水资源短缺和水环境污染已成为制约我国经济和社会发展的重要因素。解决城市水污染和缺水问题的重要途径是城市污水回用。城市污水由于不受季节、气候等自然条件的影响，是一个不容忽视的稳妥可靠的水资源。把妥善处理的城市污水合理回用于工业、农业和居民生活，不仅可以节省大量资金，节约大量清水，保护环境，节约水资源，而且减少了居民水费的支出，提高了居民的生活质量，对缓和水资源短缺状态具有重大的战略意义，其社会效益和环境效益更是不言而喻4。因此，城市污水经过处理达到国家有关规定的水质标准并可在一定范围内重复使用的非饮用水，其城市污水回用己经成为开辟城市新水源，解决城市水资源不足，实现社会可持续发展的一个重要途径。1.2 城市污水回用现状及回用技术1.2.1 国内外城市污水回用现状世界各国对污水的回用十分重视，美国、加拿大、以色列等国已将污水广泛应用于中水回用、工农业灌溉、养殖业、市政绿化、生活洗涤、景观用水等方面。美国十分重视污水回用，早在1949年加利福尼亚州地区水污染控制机构颁布了允许使用中水作为农业灌溉用水，并在1967年、1978年进行了两次修订，进一步完善了中水的使用规范5。1977年美国水法规定，凡申请联邦城市污水治理项目补助者，必须同时提出结合进行污水回用的可行性研究报告，否则不予审批。弗罗里达州根据其城市用水几种特点，大规模地施行双管供水系统，以自来水40%左右的价格将中水供给高尔夫球场、城市绿化、住宅区的中水道用水。以色列是世界上最干旱的国家之一，相对于其他中东和北非国家正面临着水资源缺乏的环境问题。城市污水回用作为解决这一问题的策略之一以被广泛用于农业和城市灌溉。目前在以色列每年大概产生大约5亿m3的废水，包括农业、工业和其他废水，其中4.5亿m3的废水通过不同的污水处理技术被处理，3亿m3的经处理过的废水被作为中水回用于农田灌溉。据统计2004年以色列污水回用率已达到84%，目前，以色列100的生活污水和72的城市污水得到了回用。以色列之所以取得如此惊人的成绩，除大力发展高科技外，推行城市污水回用政策是一个非常重要的因素6。科威特也是一个干旱的国家，每年降雨量仅约100mm。随着经济的发展与人口的增加，科威特愈来愈面临着水资源短缺的危机。在这种环境下，城市污水作为重要的水资源经处理后被广泛应用在中水回用、农业灌溉、景观浇灌、地下水回灌、城市非饮用水等方面7。我国对城市污水处理与利用研究，早在1958年就开始列入国家科研课题，上世纪60年代关于污水灌溉的研究已达到一定水平，上世纪70年代中期，进行了城市污水以回用为目的的污水深度处理小试，上世纪80年代初我国青岛、大连、太原、北京、天津、西安等缺水的大城市相继开展了污水回用于工业和民用的实验工程，并取得积极成果，不少公用建筑亦建设了中水回用装置8。目前，我国城市污水回用已经形成一定规模，在北方一些严重缺水城市，如北京、天津等城市，城市污水回用工程已经相当普遍。北京在污水回用方面走在了全国的前列。北京高碑店污水处理厂的二级处理出水给华能热厂提供冷却水的水源，供应量为4万吨/d。同时该污水处理厂还为三河热电厂等工业企业供水。城市污水回用目前已经成为北京的第二大水源。统计数字显示，2010年回用水年用量已达6.8亿m3，回用水已经广泛应用于工业制造、农业灌溉、城市绿化、河湖环境等领域。北京市目前中水主要回用在电厂冷却水、城市公园绿化、湖泊和河流补充水、道路冲洗用水、建筑内冲厕用水、洗车用水等9。天津开发区污水回用目前在全国处于领先水平，主要是敢于创新和利用最先进的技术10。针对用户对水质的不同需要和污水处理厂出水水质的特点，进行有针对性工艺设计，这样的中水回用系统运行稳定可靠，经济效益明显。天津开发区城市污水回用主要用户是森林公园、工业企业以及景观湖泊。1.2.2 城市污水回用技术结合中水水源，根据水处理的分类，污水回用处理工艺按处理机理不同可分为物理化学处理法、生物处理法、膜处理法、生物与物化法四大类11。(l)物理化学处理法物理化学处理法是以混凝沉淀(气浮)技术和活性炭吸附技术相结合的基本方式，主要用于处理优质杂排水。其中混凝/沉淀(澄清)/过滤/消毒是这类工艺中最具代表性工艺。其工艺成熟、出水水质稳定，能有效去除二级出水中尚存的胶体物质、部分重金属、有机污染物和细菌12。(2)生物处理法污水中含有大量的有机物质和无机物质，污水的常规生物处理主要是去除污水中的可降解的有机物质，利用好氧微生物的吸附、氧化作用，降解污水中有机物。生物处理法包括好氧微生物、厌氧微生物和兼性微生物处理。中水处理中多采用好氧生物膜微生物处理技术。如生物接触氧化法13、活性污泥法14等。近年来逐渐发展起来一些新型的生物处理技术如曝气生物滤池等。(3)膜处理法膜处理法属于物理处理或物理化学处理方法，是指利用膜技术来处理水，污水经过粗滤后，再经膜过滤分离，使之符合一定的水质标准。膜按孔径大小可分为微滤(MF)、超滤(UF)、纳滤(NF)和反渗透膜(RO)。超滤(UF)作为近年来发展完善的一种新工艺，具有传统深度处理工艺不可比拟的技术优势，目前在中水回用中应用较为广泛15。(4)生物与物化法生物与物化法是将生物处理法与物化法组合起来应用的一种处理方法，目前膜生物反应器是此方法中比较新的一种污水处理技术。可以同时去除水中胶体类杂质和溶解性杂质，是一种经济、高效的小范围污水处理新工艺。结合以上几种中水回用技术，目前常用的中水处理工艺归纳起来，主要包括以下几种类型:二级处理尾水消毒中水二级处理尾水过滤消毒中水A/O处理出水微絮凝过滤氯消毒回用二级处理出水化学混凝沉淀或气浮过滤氯消毒回用二级处理出水生物接触氯化接触过滤氯消毒回用二级处理出水生物曝气滤池精密过滤氯消毒回用二级处理出水过滤超滤膜生化反应器回用二级处理出水粗滤超滤膜回用二级处理出水预过滤超滤膜过滤反渗透回用1.3 曝气生物滤池（BAF）用于污水处理综述1.3.1 曝气生物滤池（BAF）的工作原理图1.1 BIOCARBONE示意图曝气生物滤池（Biological Aerated Filter，简称BAF）属生物膜处理法中的一种，它是一种集生物降解、固液分离于一体的污水处理生物膜三相反应器。其处理污水的原理是反应器内填料上生长的生物膜中微生物氧化分解作用、填料及生物膜的吸附截留作用16，沿水流方向形成的食物链分级捕食作用，以及生物膜内部微环境和厌氧段的反硝化作用17。20世纪80年代末期，法国OTV公司在废水处理领域首次开发出了BIOCARBONE工艺，如图1.1所示，它属于曝气生物滤池的最早形式。被处理的原污水从池上部进入池体，并通过由填料组成的滤层，在填料表面形成有微生物栖息形成的生物膜。在污水滤过滤层的同时，由池下部通过空气管向滤层进行曝气，空气由填料的间隙上升，与下流的污水相向接触，空气中的氧转移到污水中，向生物膜上的微生物提供充足的溶解氧和丰富的有机物。在微生物的新陈代谢作用下，有机污染物被降解，污水得到处理18。随着过滤的进行，填料表面新产生的生物量逐渐增多，截留的悬浮物(SS)和脱落的生物膜也不断增加，水头损失开始缓慢增加。当固体物质积累达到一定程度时，滤层上部将形成表面堵塞层，导致水头损失迅速增加并达到极限水头损失。此时应立即进行反冲洗以去除滤床内过量的、尤其是老化脱落的生物膜及SS，恢复滤池的处理能力。反冲洗通常采用气水联合反冲洗。反冲洗水多为处理储存的达标排放水，反冲空气来自底部单独的反冲气管。反冲时关闭底部进水和工艺空气，水气交替单独反冲，最后用水漂洗。反冲洗水通常自下而上，滤层受向上的水流作用而轻微膨胀并达到流化状态。在气水对填料的流体冲刷和填料间相互摩擦的双重作用下，老化的生物膜及被截留的SS与填料分离，被冲洗水冲出滤池。再生后的滤池进入下一周期的运行。1.3.2 曝气生物滤池（BAF）的主要类型根据水流方向，曝气生物滤池可分为上向流和下向流两种，早期的曝气生物滤池多采用下向流，但由于下向流曝气生物滤池存在截污效率不高、易堵塞、运行周期短。因此现在多采用气水同向的上向流曝气生物滤池。气水同向使得布水布气更加均匀，在气水上升过程中把底部截流物带入曝气生物滤池的中上部，增加了滤池的截污能力，延长了工作周期。而且避免了下向流曝气生物滤池将截流的污染物主要集中在填料的上部，运行一段时间以后，会造成负水头现象，进而引起沟流现象。目前上向流曝气生物滤池主要有Biofor、Biostyr、eolox、Deepbed、Biopur等多种形式19，目前世界范围内普遍采用的两种BAF系统是Biostyr工艺和Biofor工艺。 （1）Biostyr工艺Biostyr工艺也是法国OTV公司的注册工艺，是对其原有BIOCARBONE的一个改进，由于采用了新型轻质悬浮填料BIO-STYRENETM(主要成分是聚苯乙烯，且比重小于1)而得名。图1.2为Biostyr工艺的示意图。在Biostyr工艺中，污水从滤池底部进入，与空气同向上流经滤料，滤料顶端安装有一定数量滤头的滤板以防止滤料流失，滤板以上为反冲水储存区，靠重力流向下清洗滤料，曝气管依然位于滤料层中下部，将滤料层分为好氧区和缺氧区，可设回流泵以进行反硝化20。 图1.2 Biostry示意图 图1.3 Biofor示意图（2）Biofor工艺Biofor工艺是20世纪90年代初，由德国PHILLIP MULLER公司开发的另一种曝气生物滤池。它应用的滤料为比重大于1的沉没式轻质陶粒。Biofor工艺中主体反应池的结构和处理流程如图1.3所示。底部为气水混合室，之上为滤板和专用长柄滤头、承托层、滤料，曝气器位于承托层内，污水自下而上通过滤层，提供微生物新陈代谢所需的养分21。Biofor工艺与Biostyr工艺有一些共同性，它们均为周期性运行，从开始过滤至反冲洗完毕为一完整周期；水流方向相同，所处理水均为上向流，从滤池底部进入，经滤料层从上部流出。所不同的是Biofor工艺因为采用了比重大于1的滤料，滤料层以上不需设滤板；曝气管安装在滤层以下的承托层中，从而避免了曝气孔的堵塞；反冲洗水流也是从滤池底部进入，与反冲洗空气一起通过滤头进入滤层。1.3.3 曝气生物滤池（BAF）的特征(l) 占地面积小，基建投资省。曝气生物滤池之后不设二沉池，可省去二沉池的占地和投资。曝气生物滤池水力负荷、容积负荷大大高于传统污水处理工艺，停留时间短，因此所需生物处理面积和体积都很小，节约了占地和投资，这对于寸土寸金的城市建设污水处理厂具有重要意义。(2) 出水水质高。过滤、生物吸附与生物氧化作用净化废水，滤料表面为好氧环境，内部为厌氧、缺氧的微环境。存在好氧、厌氧和缺氧微生物，使得硝化、反硝化作用同时进行。因周期性的反冲洗，生物膜得以有效更新，表现为生物膜较薄，活性很高。高活性的生物膜可以有效去除BOD、COD、氨氮等，并吸附截留一些难降解的物质。(3) 氧的传输效率高，曝气量小，供氧动力消耗低。氧的利用效率可达20%30%，曝气量明显低于一般生物处理法。其主要机理是：因滤料粒径很小，气泡在上升过程中，不断被切割成小气泡，加大了气液接触面积，提高了氧气的利用率；气泡在上升过程中，受到了滤料的阻力，延长了停留时间，同样有利氧气的传质。(4) 易挂膜，启动快。曝气生物滤池在水温1015时，23周即可完成挂膜过程。曝气生物滤池在暂时不使用的情况下可关闭运行，此时滤料表面的生物膜并未死亡，而是以孢子的形式存在，一旦通水曝气，可在很短的时间内恢复正常。(5) 菌群结构合理。传统的活性污泥法，微生物的分布相对均匀，而在BAF中从上到下形成了不同的优势生物菌种，因此使得除C、硝化、反硝化能在同一个池子中发生，简化了工艺流程。(6) 可间断运行。由于大量的微生物生长在粒状滤料粗糙多孔的内部和表面，微生物不会流失，即使长时间不运转也能保持其菌种，如长时间停止不用后再使用，可在几天内恢复正常运行。曝气生物滤池也存在不足的地方22 23 24：(1) 虽然曝气生物滤池技术发展较快，但其反应机理与反应动力学的研究尚待深入，有关反应机理的理论体系还有待完善；(2) 曝气生物滤池生物法除磷效果较差，从目前的BAF运行工艺看，完全用生物除磷是很难达到排放标准的，同时脱氮除磷会使系统变得更为复杂。如何深入研究其除磷机理，从而创造良好的厌氧好氧环境将有待进一步探索；(3) 曝气生物滤池要求进水SS低。由于BAF滤料粒径小，若进水SS高，滤料纳污会较快地达到饱和，从而会频繁地反冲，导致反冲费用高。BAF工艺作为在我国刚刚起步的污水处理工艺，人们对它的研究很少，应用就更少了。由于没有成熟的运行参数，工程设计难以进行，这恐怕是BAF工艺向前迈进的最大障碍25。1.3.4 曝气生物滤池（BAF）在污水处理中的应用情况(1) 曝气生物滤池在国外污水处理中的研究应用曝气生物滤池作为生物膜法的一种新型工艺，思路始于20世纪初。经过不断的发展，直至20世纪80年代中期才形成一种较为成熟的污水处理新工艺，并得到应用和推广26。曝气生物滤池的前身是淹没式生物滤池。1913年该技术开始在美国Lawrence应用，初称淹没式接触曝气池（Submerged ContactAeratot，SCA），利用焦炭及灌木枝做填料，其后设置沉淀池。随后SCA随着采用填料及运行方式的不同而不断发展。直到20世纪70年代末、80年代初，一种新型的生物滤池引入了反冲洗，通过反冲洗的方式更新生物膜和清除截留的悬浮物。同时，滤料粒径的减少具有了截留悬浮物的功能，使得系统出水不需要再利用沉淀池进行固液分离，节约了二沉池。可以说，具有截留悬浮物和利用反冲洗的方式更新生物膜，解决堵塞问题是曝气生物滤池工艺成熟的标志27。 随后，曝气生物滤池工艺在欧洲开始广泛应用，美国和加拿大等美洲国家在1980年代引进此技术，日本，韩国和中国台湾也先后引进此技术28。比如英国利物浦北部的Water Sandon Dock污水处理厂，法国塞纳中心Cofombes半地埋式污水处理厂，美国宾夕法尼亚州的Monessen焦化废水处理厂29。日本荏原公司对BAF设备的下部结构作了相应的改进，使得BAF工艺应用于工业废水处理时能够适应不同的水质，防止设备堵塞。其改进获得了良好效果，且具备了一定的推广价值30。目前国外对曝气生物滤池的研究基本处于由中试向生产性转变的阶段，颇多注意实际生产中的经济成本、效益因素等。另外对曝气生物滤池工艺本身的特性及影响因素例如滤池内生物菌群分布特征，曝气量控制，滤料粒径尺寸等等也多有关注。曝气生物滤池在城市污水深度处理用于回用方面的研究国内外已有相关报道。在国外，S.Kbavashi31在1992年就发表了曝气生物滤池(BAF)用于污水深度处理的研究结果，并将其和砂滤进行了对比，结果表明曝气生物滤池(BAF)和砂滤在去除SS上没有明显区别，但在去除BOD5、CODcr方面曝气生物滤池(BAF)处理效果明显高于砂滤。(2)曝气生物滤池在国内污水处理中的研究应用我国对曝气生物滤池的研究处于起步阶段，现有的曝气生物滤池工艺一般用在城市污水二级深化处理，污水深度处理与回用，微污染水治理以及工业污水处理及设备成套化应用中水处理工程32。2001年7月，我国第一座以BAF为主体工艺的污水处理厂大连马栏河污水处理厂正式投入运行。该厂采用二级BIOFOR处理生活污水，运行效果良好，出水水质达到我国新颁布的城市污水再生利用城市杂用水水质标准37。代晋国，宋乾武，张晓丹33等人研究了韩国产EPP填料应用于曝气生物滤池(BAF)处理二级出水的效果。其所采用原水为中国环境科学研究院家属楼生活污水经A2/O二级处理后的出水，从气水比和不同水力负荷两方面做了考察。研究表明，在相同的气水比4:1的情况下，水力负荷的加大，系统CODCr、NH+4-N去除率均下降，SS的去除率变化不大。周媛媛等人34做了曝气生物滤池-微絮凝过滤处理污染水源水的中试研究，着重考察BAF和微絮凝过滤对污染物的综合处理效果。结果表明，当进水氨氮、COD、浊度和TP分别为1525 mg/L、3040 mg/L、715NTU和0.91.5 mg/L时，工艺对氨氮、COD、浊度和TP的去除率分别为89.0%、62.2%、90.1%和64.8%，出水远优于直接的混凝沉淀过滤工艺，可用于印染工业生产。BAF-微絮凝过滤组合工艺较企业现有处理工艺来说，运行费用大体相当，但各项出水指标远优于现有工艺，具有显著的优势。1.4 膜生物反应器（MBR）用于污水处理综述1.4.1膜生物反应器的工作原理膜生物反应器是利用膜组件进行固液分离，将截流的污泥回流至生物反应器中，透过水外排。膜组件是MBR中最主要的部分，它是把膜以某种形式组装成一个基本单元，相当于传统生物处理系统中的二沉池35。在膜组件中，活性微生物与污水充分接触，不断氧化污水中的那部分能被其降解的有机物，而不能被微生物降解的有机物和无机物及活性污泥、悬浮物、各类胶体、大部分细菌则被截留，从而实现对污水处理净化的目的。目前，常见的膜组件有中空纤维式、管式、螺旋式和平板式几种。其特性如表1.1所示。表1.1各种膜组件特性中空纤维式毛细管式圆管式螺旋卷式平板式价格/(元·m-3)40-50150-800400-1500250-800800-2500填充密度高中低中低清洗难易易中易压力降高中低中中可否高压操作可否较难可较难模形式限制有有无无无图1.4 不同膜的分离范围膜是具有选择性分离的功能材料。膜的孔径一般为微米级，依据其孔径的不同(或称为截留分子量)，可将膜分为微滤膜、超滤膜、纳滤膜和反渗透膜，常用于MBR工艺的膜有微滤膜(MF)和超滤膜(UF)。根据材料的不同，可分为无机膜和有机膜，无机膜只有微滤级别的膜，主要是陶瓷膜和金属膜。有机膜是由高分子材料做成的，如醋酸纤维素、芳香族聚酰胺、聚醚砜、聚氟聚合物等。不同膜的分离范围如图1.4所示。1.4.2 膜生物反应器（MBR）的类型（1）分置式膜生物反应器，是指膜组件与生物反应器分开设置，在反应器中设有循环管路，靠加压泵加压出水，加压泵从生物反应器抽水，压入膜组件中，膜的滤过水排出系统，浓缩液回流至生物反应器，也称交叉流式膜生物反应器36。其特点是：运行稳定可靠，操作管理容易，易于膜的清洗、更换及增设。但由于其在较高的交叉流速率、过膜压力和水通量的条件下操作，并且回流污泥，因此动力消耗大，系统运行费用高37。（2）一体式膜生物反应器，是将膜组件放置在生物反应器内部，曝气器设置于膜组件的正下方，利用曝气引起的气液向上的剪切力，来实现膜面的错流效果，也有采用在一体式膜组件附近进行叶轮搅拌和膜组件自身的旋转(如转盘式膜组件)，来实现膜面的错流效应。膜出水靠抽吸泵的抽吸而出水。与分置式相比，一体式最大特点是运行能耗低38，但是在运行稳定性、操作管理方面和清洗更换上，不及分置式。（3）复合式膜生物反应器，在形式上也属于一体式膜生物反应器，所不同的是在生物反应器内加装填料，从而改变了膜生物反应器的某些性状，形成复合式膜生物反应器。复合式膜生物反应器运行稳定，在脱氮除磷方面具有优势。1.4.3 膜生物反应器（MBR）的特征MBR工艺作为一种新型污水处理技术，尤其是应用于城市污水回用工程中，具有以下特点：（1）去除率高，出水稳定。由于MBR膜的截留作用，避免了微生物的流失，生物反应器内可保持高的污泥浓度，从而提高了