AAO+MBR组合工艺脱氮除磷性能研究毕业论文.doc

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1、 AAO+MBR组合工艺脱氮除磷性能研究摘 要膜生物反应器（Membrane Bio-reactor，MBR）技术具有传统方法所不及的许多优点，具有很好的应用前景，但高能耗、膜污染是影响MBR工艺推广应用的主要障碍。我们从曝气方式入手采用射流曝气膜生物反应器加抽吸泵，取代了鼓风机。通过近100天的试验研究此新型MBR系统在处理人工合成污水的效果以及可能遇到的问题；通过研究溶解氧、SRT 、HRT、混合液回流比、MLSS对C、N、P的降解性能，确定DO、SRT、HRT、污水回流比等运行参数，并且分析污泥形态对污染物去除效率的影响。经试验证明：在处理人工合成废水期间，系统对CODCr的去除率均大于

2、85%，对NH3-N去除率也基本保持在95%以上，同时选取适宜的硝化液回流比时，总氮的去除率均高于70%，而且出水无色无味，浊度均小于1NTU。在考察射流曝气对污泥形态的影响时发现：采用射流曝气时，在水泵高强度剪切力和射流曝气强紊流的共同作用下，好氧池内污泥变得十分松散和细碎，这种状态严重影响了污泥的沉降性能，但却更加有利于反应器内污染物的降解。另外，本实验对膜组件清洗前后膜通量的变化以及出水水质的变化也做了系统的概括。关键字 膜生物反应器；射流曝气；膜污染；污泥形态 Research on Treatment of Wastewater by Improved Membrane Bio-re

3、actorAbstractMembrane bioreactor (MBR) technology has many advantages beyond with traditional methods, It has the very good application prospect, but energy-intensive, Membrane fouling process is the main application of the MBR obstacles. We adopted from the aeration of aeration membrane bioreactors

4、 and suction pump, replaced the blower. Through the experimental study of nearly 100 days in this new system with artificial synthesis MBR sewage effect and the possible problems, Through the research of oxygen, revamp, HRT, mixture of backflow MLSS ratio, the C and N, P, degrade the performance DO,

5、 revamp, HRT, sewage reflux ratio etc, and analysis of operation parameters of pollutant removal efficiency of sludge form. The test shows: in dealing with the synthetic wastewater, the system CODCr during the removal rate are greater than 85% of NH3 - N efficiency, also maintains in 95%, selecting

6、suitable nitrification, liquid reflux ratio of total nitrogen removal rate are higher than 70%, and the effluent turbidity, colorless, odorless and 1NTU are less. In examining the aeration of sludge form when the effect that: the aeration, high intensity in the pump shearing force and aeration stron

7、g turbulence, anaerobic sludge pool became very loose and finely, this state of serious impact on the sludge sedimentation performance, but more conducive to the degradation of pollutants reactor. In addition, the experiment of membrane module of flux change before and after cleaning and water quali

8、ty change made system.Keywords MBR；municipal wastewater；Membrane pollution ；sludge characteristics目 录1 绪 论11.1 我国水资源现状11.2 我国城市生活污水处理现状11.3 膜生物反应器的研究概况31.3.1 膜生物反应器简介31.3.2 膜生物反应器的研究应用进展141.4 本文研究目的和研究内容141.4.1 研究目的141.4.2 研究意义151.4.3 研究内容152 实验装置与研究方法172.1 A/A/O实验装置脱氮除磷172.1.1 A/A/O法基本工艺原理172.1.2 A

9、/A/O 法污水处理开工调试182.1.3 A/A/O工艺的特点192.1.4 A/A/O工艺的固有缺欠192.1.5 A/A/O工艺流程的改进措施202.1.6 实验装置实物图232.2 实验用水242.3监测项目与分析方法252.4试验的运行与控制262.4.1处理人工配水时的参数控制与研究方案263 系统处理人工合成污水的效果研究273.1 系统对有机物(COD)去除特性的研究273.1.1 系统对有机物（COD）去除效果的研究273.1.2 系统对有机物（COD）去除机制的研究283.2 系统对氮去除特性的研究313.2.1 系统对氨氮去除效果的研究313.2.2 系统对总氮去除效果的

10、研究313.3 膜对MBR处理效能的强化促进作用研究333.5 膜污染与清洗373.5.1 膜污染及其减缓防治措施373.5.2 膜的清洗383.5.3 本实验采取的措施393.6 本章小结与问题404 系统污泥形态特性的研究414.1 污泥沉降性能的研究414.2 污泥形态的研究44参 考 文 献47致 谢501 绪 论水是生命之源，是人类文明不断发展的基础条件，是人类生存的根本。和谐的水环境和丰裕的水资源是人类社会可持续发展的基本前提。然而随着现代工业、城市建设的高速发展以及人口的快速增长，人类面临着严重的水危机，具体表现为严重的水资源短缺和水环境污染。1.1 我国水资源现状我国的缺水形势

11、尤其严峻。根据2000 年中国环境状况公报1，我国虽然水资源总量居世界第4位，但人均水资源量为2238.6m3，仅相当于世界人均占有量的1/4，是世界人均水资源极少的13 个贫水国之一。与此同时，水环境污染日益严重。我国相关环保部门监测结果表明，全国90以上的城市水域受到严重污染，约有50的重点城市水源不符合饮用水水源标准，主要水系、湖泊和海域污染严重，七大水系V 类和劣V 类水质达到52.8%，主要湖泊氨氮、总磷、高锰酸钾指数严重超标富营养化问题突出。我国水体污染主要来源于超标排放的工业废水和大量未经处理直接进入水体的城市生活污水。据2003年中国环境状况公报3公布，2003年，全国废水排放

12、总量为460亿t，其中城市生活污水排放量247.6亿t，占污水排放总量的53.8%。城市生活污水正成为水污染的最大“公害”之一。因此，城市生活污水的处理对于改善城市环境质量与居民生存环境，促进社会的可持续发展具有十分重要的意义。1.2 我国城市生活污水处理现状我国污水处理面临着水污染严重，污水治理起步晚、基础差、要求高的形势。近些年， 城市污水处理的建设有了很大发展，截至2005年6月底，全国661 个城市建有污水处理厂708座，处理能力为4912万m3/d，是2000年的两倍多，全年城市污水处理量162.8亿m3，比2000年增加了43%，城市污水处理率达45.7%。但绝大多数城市的污水处理

13、能力满足不了实际需要，全国还有297个城市没有建成污水处理厂，其中，地级以上城市63个，包括人口50万以上的大城市8个；位于重点流域、区域“ 十五”规划范围内的城市54个。全国5万多个城镇，370多万个村庄，9亿多人口居住地尚无污水处理设施.与国际相比，我国城市污水处理率较低，其主要原因是我国的城市污水处理厂建设滞后。据资料介绍3，美国现在平均每1万人就拥有1座污水处理厂，英国和德国每70008000人拥有1座污水处理厂。而我国城镇人口中，平均每150万人才拥有1座污水处理厂。我国城市污水处理的主要方法有物理、化学、物理化学和生物方法。这些方法可以单一使用，也可以针对不同的污水水质组合使用。污

14、水生物处理法是19世纪末出现的污水治理技术，现今已成为世界各国处理污水的主要手段。我国现阶段的城市污水处理主要以生物法为主，物理法和化学法起辅助作用。目前我国城市污水处理广泛使用的水污染治理技术有传统活性污泥法，延时曝气活性污泥法，SBR(Sequencing Batch Reactor),AB(Absorption Bio- degradation)，UNITANK 和氧化沟工艺，A/O和A2/O等。这些工艺被证明是行之有效的水污染控制技术。但是这些工艺的优缺点也同样明显。如：(1)传统活性污泥法对有机物去除率高、污泥负荷高、池容积小、电耗省、运行费用低。此法稳定可靠，已经积累了丰富的设计和

15、管理经验，但是缺点是占地多，建设投资大，仅能满足BOD5、CODCr、SS三项出水指标，且该工艺容易产生污泥膨胀现象，除磷和脱氮效果差。(2)SBR法具有以下优点：第一，理想的推流过程使生化反应推动力增大，污水在理想的静止状态下沉淀，需要的时间短，效率高，运行效果稳定，出水水质好；第二，耐冲击负荷，池内有滞留的处理水，对污水有稀释、缓冲作用，有效抵抗水量和有机污物的冲击；第三，反应池内存在DO、BODS浓度梯度，有效控制活性污泥膨胀；第四，SBR法系统本身也适合于组合式构造方法，利于污水厂的扩建和改造；第五，实现好氧、缺氧、厌氧状态的交替，具有良好的脱氮除磷效果；第六，工艺流程简单、占地面积小

16、、造价低。但是其缺点是对自动控制技术和连续在线分析仪表要求高，操作复杂，难于管理。(3)氧化沟法具有处理工艺及构筑物简单、无初沉池和污泥硝化池(一体式氧化沟还可以取消二沉池和污泥回流系统)、有机物去除率较高、脱氮、除磷(沟前增设厌氧池)、综合指标较优、泥龄长、剩余污泥少且容易脱水、处理效果稳定等优点，但是存在负荷低、占地大、电耗大、运转费用偏高的缺点。(4)A/B法存在污泥量大、构筑物及设备较多、建设投资和处理成本高、运行管理复杂的缺点。(5)UNITANK法虽然布置紧凑，用地省，连续运转，省电耗，结构设计简单经济，但该方法不具备脱氮除磷功能。因此为了弥补不同工艺的缺点，同时人类对水环境质量的

17、要求越来越高，各种新型、改良的高效废水生物处理技术应运而生。而其中引人注目的是用膜分离技术代替传统的重力式沉淀池，构成了新型的水处理技术，膜生物反应器组合工艺。1.3 膜生物反应器的研究概况当今水污染和水资源短缺问题已成为制约许多国家经济社会发展的重要因素，因此各国都在积极开发经济、高效的水处理工艺。膜生物反应器（membrane bioreactor简称MBR）工艺正是在这一背景下产生的。作为一种新型、高效的水处理技术，MBR 工艺正受到我国水处理工作者的重视。在MBR工艺中， 创造性地利用膜作为泥水分离手段与传统活性污泥过程连用，因此MBR 工艺具有许多其它生物处理工艺无法比拟的明显优势。

18、近年来随着膜技术和膜组件的发展， 组合工艺运行成本大大降低，使得MBR 工艺实际应用前景广阔。1.3.1 膜生物反应器简介膜生物反应器（MBR）是利用高效分离膜组件取代二沉池与生物处理中的生物单元组合形成一套有机整体的水净化再生技术。MBR利用膜的截留作用，几乎能将全部的污泥及微生物截留下来，使生物单元具有很高的污泥浓度，不但提高了其对有机物的去除率，而且使其对氨氮的去除率也明显增高。与传统废水生物处理工艺相比，MBR 具有生化效率高、有机负荷高、污泥负荷低、出水水质好、设备占地面积小、便于自动控制和管理等优点。污泥停留时间与水力停留时间分离，克服了活性污泥与自身无法克服的缺点。虽然能耗较高、

19、膜成本较高仍是目前限制膜生物反应器工艺发展的两大瓶颈，但是该技术已经在污水回用和难降解有机废水处理领域崭露头角，并在世界范围内许多实际工程中得到了成功地应用。膜与生物处理工艺结合的膜生物反应器研究迄今已逾30年了，近几十年来更是得到迅猛发展。MBR的商业应用也有20年的历史了。1969年，美国的Smith首次报道了美国Dorr-Oliver公司把活性污泥法和超滤工艺结合处理城市污水的方法。该工艺最引人瞩目的是用膜分离技术取代常规活性污泥二沉池，用膜分离技术作为处理单元中富集生物的手段，而不是采用常规的回流循环来增加曝气池中微生物的浓度。它是用一个外部循环的板框式组件来实现膜过滤的。在生活污水处

20、理中，获得了极佳的处理效果，BOD1mg/L，COD=2030mg/L，系统处理能力为10100m3/d。另一个早期的报道是Hardt等人，在1970年用一个10L的好氧生物反应器处理合成废水，流程中用一个死端超滤膜来实现泥水分离，其中的MLSS浓度高达30000mg/L，是常规好氧系统的23倍，膜通量7.5Lm-2/h，COD去除率为98%。Dorr-Oliver公司在60年代还开发了另外一种膜处理工艺MST（Membrane Sewage Treatment）。在该系统中，污水进入悬浮生长的生物膜反应器中，并通过超滤膜组件的抽吸作用连续出水。膜组件为板框式，进出口压力分别为345KNm-2

21、和172 KNm-2，膜通量为16.9Lm-2/h。尽管这些工艺取得了良好的出水水质，但由于当时膜技术发展相对落后，膜材料种类少，价格昂贵，使用寿命短，限制了该工艺的长期稳定运行，污水膜生物反应器仍然处于初级研究阶段。1970年美国的Dorr-Oliver公司和日本的Sanki-engineering有限责任公司达成协议，使得该工艺首次进入日本市场。80年代以后，随着膜制造技术的发展、膜分离工艺的完善、膜清洗方法的改进和污水厂出水水质要求的提高，MBR开始在污水处理行业得到应用。1989年，日本政府联合许多大公司共同投资进行了为期6年的“90年代水复兴计划（Aqua Renaissance P

22、rogramme90）”科研项目，其目的是寻求满足长期水量需求，解决水污染问题和从污染物中获取能量。特别是开发一种膜技术与生物反应器相结合来处理工业和城市污水，省能省地，出水水质好，适用于污水回用的工艺。今天，日本已经有数家公司提供成套产品，应用于家庭污水处理和回用以及废水中COD、NH3-N较高的工业领域。MBR（膜生物反应器）工艺的工作原理：首先通过活性污泥来去除水中可生物降解的有机污染物，然后采用膜将净化后的水和活性污泥进行固液分离。本工程使用的膜为中空丝膜，膜的孔径在0.4m左右，能够截留住活性污泥以及绝大多数的悬浮物，取得清澈的出水。为了使得膜能够连续长期稳定的使用，在中空丝膜的下方

23、以一定强度的空气不断对膜进行抖动，既起到为生物氧化供氧作用，又防止活性污泥附着在膜的表面造成膜的污染。其样例如下图1-1： 图1-1 中空丝膜样例1.膜的强度高：由于聚丙烯中空纤维膜的制备方法采用的是“熔融挤出、拉伸成型”的制膜方法，聚丙烯大分子规则取向，因而膜的强度高，在高强度曝气和定期的化学清洗过程中，膜不容易断裂。2.膜的化学稳定性能好：聚丙烯中空纤维膜生产过程中，没有投加任何添加剂和致孔剂等，因而化学稳定性能好，可以采用强酸或者强碱清洗。可以采用含氯消毒剂清洗，以清除膜表面的大量微生物污染。化学清洗后的流量回复性好。3.膜片示意图图1-2膜片示意图4.中空丝膜是最适合于MBR技术应用的

24、膜材料之一，主要基于以下性能特点：a.运行管理方便传统的好氧活性污泥处理工艺，在高污泥负荷的情况运行会出现污泥膨胀现象，使得泥不难于分离导致系统不能正常运行、出水不达标。而MBR工艺是用膜抽吸作用来进行泥水分离，污泥膨胀不会影响MBR系统的正常运行和出水水质，因此运行管理极为方便。b.占地面积小传统的活性污泥工艺的活性污泥浓度一般在30005000mg/l，而MBR工艺的活性污泥浓度一般在800012000mg/l，且不需生化沉淀池，故大大减少了占地面积和土建投资，其土建占地约为传统工艺的1/3。c.处理水质稳定中空丝膜能够截留几乎所有的微生物，尤其是针对难以沉淀的、增殖速度慢的微生物，因此系

25、统内的生物相极大丰富，活性污泥驯化、增量的过程大大缩短，处理的深度和系统抗冲击的能力得以加强，处理水质稳定。d.具有很好的脱氮效果MBR系统有利于增殖缓慢的硝化细菌的截留、生长和繁殖，系统硝化效率得以提高。e.泥龄长膜分离使污水中的大分子难降解成分，在体积有限的生物反应器内有足够的停留时间，大大提高了难降解有机物的降解效率。反应器在高容积负荷、低污泥负荷、长泥龄下运行，可以实现基本无剩余污泥排放。f.动力消耗低中空丝膜所需的吸引压力仅为0.10.4公斤/cm2左右，动力消耗低。膜生物反应器易于一体化，且易实现自动控制，操作管理方便；MRB的工艺过程如下图1-3：图1-3 MBR膜工艺流程膜生物

26、反应器是国际上于20实际60年代开始研究，90年代得到快速发展和应用的一项废水生物处理新技术，它将膜分离技术和生物反应过程有机结合，以膜技术的高效分离作用取代传统活性污泥法中的二沉池，实现传统工艺所无法比拟的泥水分离和污泥浓缩效果，消除了污泥膨胀的影响，并大幅度提高了曝气池中活性污泥的浓度，省却了污泥回流系统，大大延长了泥龄，减少了剩余污泥量，并通过膜对废水中SS，有机物，病原菌和病毒的高效截留作用，大大提高了处理出水水质，并在通常情况下，其处理出水无需进行消毒处理即可达到相关的卫生标准。其简单组合工艺见图1-4：图1-4膜生物反应器简单组合工艺1.3.1.1膜生物反应器的分类MBR主要由膜组

27、件，泵和生物反应器三部分组成，生物反应器是污染物降解的主要场所，膜是对混合液和对特殊污染物进行分离和萃取的介质，而泵则是为满足分离和萃取提供所需的动力(压力)的必需设备(根据泵与膜组件的相对位置不同分为加压泵和吸压泵两类)。按膜组件的作用方式，MBR可分为内压式和外压式两种。内压式中，水的透过方向是从管内向管外，而外压式相反。在实际应用中大多使用的是外压式MBR，因为内压式MBR流道往往较小，容易被污染颗粒所堵塞。而根据膜组件在膜生物反应器中所起作用的不同，可将其分为：分离膜生物反应器、萃取膜生物反应器和无泡曝气膜生物反应器三种类型。而目前通常所说的MBR即是此三种类型的总称。其中分离膜生物反

28、应器是目前研究和应用最广泛和深入的膜生物反应器，在无特指的情况下，通常称之为MBR。(1) 膜分离生物反应器将分离工程中的膜技术应用于废水生物处理，以具有固液分离功能的膜组件替代二沉池所构建的分离膜生物反应器（MBR），不仅借助于其对废水或混合液中微米级颗粒的截留作用，大大提高了泥水分离的效果，而且可以始终保持高质量的出水，并使污泥膨胀对出水水质的影响减小很多，也使污泥始终处于生物反应器中而持续发挥其功能。固液分离式膜生物反应器也称为错流式膜生物反应器。曝气设备可设在膜组件的下方，产生的气流向上；或竖直设于膜组件中间，产生水平气流。曝气设备产生气泡，大量气泡带动液体形成的水流波动造成的膜元件之

29、间的摩擦，这有助于膜表面污染层的脱落。有机膜组件，尤其是中空纤维类的分离膜更有利于最大程度地利用曝气产生的气流。(2) 无泡曝气膜生物反应传统的曝气系统采用的是鼓泡曝气供氧，动力消耗大，氧气传质效率低，无法满足微生物对氧的需求。因此一种新型高效曝气工艺一无泡供氧技术应运而生，这种技术的关键在其供氧过程中无气泡产生，供氧效率可高达100%，达到了目前供氧技术的最佳效果。而无泡供氧技术与生物反应器相结合形成了一种新型膜生物反应器，即无泡曝气膜生物反应器(Membrane-aerated biofilm reactor MABR).该技术具有传氧效率高、硝化与反硝化一体化、污泥发生量小以及运行管理方

30、便等优点，是处理高需氧量废水的一项新技术。但目前对MABR的研究还仅处于实验和中试阶段，尚未达到大规模工业应用的水平。其装置示意图见图1-5、1-6。图1-5 MBR装置示意图图1-6氧和有机质的扩散示意图 (3) 萃取膜生物反应器当废水中含有对微生物有毒害作用的成分(很高浓度的盐、很大的酸碱度或者是生物难降解的有毒有机物等)时，直接用生化法是不适宜的。此外，废水中含有挥发性有毒物质时，如采用生化法曝气，则会发生气提现象，从而影响处理的稳定性。有这些情况的废水都需要进行预处理。为了解决这些技术难题，英国学者Livingston于1993年研究开发了萃取式MBR（EMBR）。萃取膜生物反应器能很

31、好处理这些废水。萃取膜生物反应器中，污泥与废水并不直接接触，废水在膜腔内流动，而活性污泥则在膜外流动。活性污泥中的微生物一般是针对废水培养出来的专性细菌。采用的膜一般是疏水性的硅橡胶膜，且有选择透过性，能允许挥发性有机物透过而水及无机成分则无法透过。首先污染物在膜中溶解扩散，再以气态形式离开膜进入膜另侧的混合液中，在混合液中由专性菌分解成CO2、H2O等无机小分子。其装置示意图见图1-7。图1-7萃取式膜生物反应器现在膜萃取技术有限公司已将它全面投入实际生产应用。L.M.Freitas等8人用萃取膜生物反应器处理制药工艺废水(含有毒挥发性物质如DCM) ，证明不论从技术角度还是从经济角度，它都

32、优于这类废水的传统处理方法，像活性炭吸附法、空气清洗法、气提法等。它具有很广的应用前景。以上三种类型的膜生物反应器的特性比较见表1-1表1-1 三类膜生物反应器的优缺点反应器类型优点缺点膜分离生物反应器l 占地面积小；l 彻底去除水中的固体物质；l 出水无需消毒；l COD、营养物质可以在一个单元内被去除；l 高负荷率和低污泥产率；l 流程启动快；l 系统不受污泥膨胀的影响；l 模块化、升级改造容易。l 曝气受到限制；l 膜易受污染；l 膜价格高。膜曝气生物反应器l 氧利用率高；l 能量利用率高；l 占地面积小；l 氧需要量大，可以在供氧时控制；l 模块化、升级改造容易。l 膜易于污染；l 基

33、建投资大；l 无实际工程实例；l 工艺复杂。萃取膜生物反应器l 可以处理有毒工业废水；l 出水流量小；l 模块化、升级改造容易；l 细菌与废水隔离。l 基建投资大；l 实际工程实例；l 工艺复杂。又按膜分离技术与生物反应器的组合方式，可分为分置式和一体式（淹没式）两种MBR。(4) 一体式膜生物反应器一体式MBR工艺(亦称之为浸没式MBR，SMBR-Submerged Membrane Bio-Reactor). 由日本学者Yamamoto等在1989年首先开发，该运行方式将膜放置于生物反应器内部，曝气装置设置在膜组件的正下方。原水进入生物反应器后，其有机底物在其高浓度的混合活性污泥的作用下得

34、到氧化分解。膜组件下方设置的曝气装置不仅具有为混合液微生物提供足够DO和促进充分搅拌混合的功能，同时由于气泡的搅动及其在膜表面形成的循环流而起到对膜表面的冲刷和剪切作用，可有效防止污染物在膜表面的附着和沉积。处理后的废水经抽水泵的负压抽提，通过膜的分离作用，而使混合液中的非溶解性物质截留在混合液中，净化水则通过膜而成为处理出水。其工艺流程图见图1-8。图1-8一体式膜生物反应器(5) 分置式膜生物反应器分置式MBR工艺(亦称之为交叉流MBR，CMBR-Cross-flow Membrane BIO-Reactor)。该运行方式将膜与生物反应器分开设置。生物反应器中混合液经抽液泵加压提送至膜组件

35、，在压力作用下，混合液中的液相滤过膜组件而成为处理出水。混合液中的不溶性成分(固形物及大分子物质等)则被截留在膜外而成为浓缩液，并通过回流系统返回生物反应器。其工艺流程图见图1-9。图1-9 分置示膜生物反应器以上两种类型的膜生物反应器的特性比较见表1-2表1-2 分置式和一体式膜生物反应器的对比分置式MBR一体式MBR主要优点n 运行稳定，操作管理方便。n 膜组件的清洗、更换及增设比较容易。n 生物反应器与膜组件是独立的系统，彼此之间干扰很小。n 膜组件可与各种生物反应器结合，构成不同的分置式膜生物反应器。n 既能用于厌氧处理，也能用于好氧处理。n 装置简单，不需循环泵，只需一台小流量的抽吸

36、泵、曝气器和一个反应池即可。n 单位产水能耗0.2-0.4KW./3，可比分置式的少30倍以上。n 操作压力比较小，一般为0.003-0.03MP，远小于分置式（0.1-0.5MP）。n 结构紧凑，占地少。n 因为不需要循环泵，所以可以避免微生物菌体的失活。n 可以保持长时间的稳定膜通量而无需化学清洗。主要缺点n 为了减少污染物在膜面的沉积，料液流速一般要求要达到很高，动力消耗相应也高。n 由于膜组件置于反应器外部，需要回流泵等装置，故占地面积相对较大。n 分置式MBR的运行成本高，远远高于常规处理。n 单位处理能力小。n 透水率低，膜污染更为严重。n 运行不是十分稳定，操作管理上不及分置式容

37、易。1.3.1.2膜生物反应器的特点综上所述MBR技术具有许多传统生物处理工艺无法企及的明显优势， 主要可以归纳为以下几点: 固液分离效率高， 远好于传统的沉淀池，出水水质好，可直接回用，容易实现污水资源化；反应器内微生物浓度高，种类多样，泥龄长，对有机物的去除率高，且耐冲击负荷；生物反应器内微生物浓度高，MLSS为常规处理工艺的310倍，因此使构筑物体积大大缩小；同时剩余污泥产量小，污泥处理费用少；对于氮、磷污染物有较高的去除率；膜生物反应器实现了反应器泥龄（SRT）和水力停留时间（HRT）的彻底分离，使设计和操作大大简化；系统可实现全程自动化控制，占地面积小，工艺设备集中。1.3.1.3现

38、阶段膜生物反应器存在的主要问题当今，膜污染和能耗这两个因素，制约着膜生物反应器的大规模应用。而造成高能耗的原因主要是因为膜生物反应器的膜易于污染。必须保持较高的膜面流速来冲刷膜面。这一过程也需要加大曝气量来实现，从而增加了能耗。因此可见高能耗问题的实质也是膜污染问题。所以，要实现膜生物反应器的广泛应用，必须解决的问题就是膜污染。（1）膜污染的类型 膜污染是由于被处理物料中的微粒，胶体粒子或溶质分子与膜发生物理化学作用，或因浓度极化使某些溶质在膜表面浓度超过其溶解度，以及机械作用而引起的在膜表面或膜孔内吸附，沉积造成膜孔径变小或堵塞，使膜产生透过流量与分离特性的不可逆变化现象。膜污染直接导致了膜

39、通量下降。膜使用寿命大大缩短。膜污染分为可逆和不可逆膜污染，如浓差极化，可通过物理，化学和生物方法来减轻和改善的一类污染为可逆膜污染；而膜孔堵塞，不合理的料液性质使膜受到腐蚀及膜的自身劣化等称为不可逆膜污染。从污染物的性质又可分为有机污染，如胞外聚合物，溶解性有机物，蛋白质，脂肪及细微胶体等；无机污染，如废水中碳酸盐，硫酸盐，硅酸盐，凝胶无机胶体等；生物污染，如帘式中空纤维膜组件，其可视为柔性填料，处理不当，微生物易在其上面吸附生长，形成生物膜，造成水通量下降。（2）膜污染的形成根据近年来对于MBR膜污染形成因素的研究，可以得知影响膜污染形成因素主要有三个方面；膜的性质，混合液以及膜分离操作条

40、件。膜的性质主要是指膜材料的物化性质，包括：膜面的电荷性、膜孔径大小、粗糙度等。膜分离的操作条件主要包括：操作压力、膜面流速和运行温度三个方面。混合液的性质主要是指混合液的污泥浓度和组成。而造成膜污染的主要因素是混合液中的活性污泥。 活性污泥的组成是复杂而多变的，其中包括微生物及其代谢产物、大分子有机物、小分子有机物、溶解性有机物以及固体颗粒。理论上讲，每一部分对膜污染都有贡献.国内外学者对不同膜生物反应器处理不同废水时的膜污染情况进行了细致深入的研究， Tardieu 等人在研究好氧膜生物反应器过程中得出结论，认为数量占优的微生物是导致膜污染的主要因素。而Choo等人在研究厌氧硝化液与膜通量

41、的关系时发现，微生物胶体在膜污染过程中起主要作用。刘锐等人发现与传统活性污泥法相比，膜生物反应器中的大分子有机物浓度明显较高。张颖等人和胡允良在研究中也发现在一个长时间运行的处理生活污水的膜生物反应器中，难降解有机物会在混合液中累积，导致滤饼层增厚并阻塞膜孔，从而缩短膜的使用寿命。（3）控制对策增加动态膜采用在膜表面增加动态膜的方法截留污染物质，形成膜垢层起到滤饼过滤的作用，以减少污染物质与膜的接触，减少膜孔堵塞情况的发生。Chang等的研究结果表明,膜的截留效果主要取决于膜表面的膜饼层以及凝胶层的筛滤及吸附，因此动态层截留效果越好，膜孔堵塞现象越少。Harmant等认为，凝胶层的存在截留了溶

42、液中的颗粒物质以及大分子物质，明显减少了这些物质对膜孔的堵塞。提高颗粒平均粒径颗粒粒径的大小是产生膜孔堵塞的直接原因。为增加颗粒平均粒径，提高膜表面对污染物质的截留效率，减少膜孔堵塞情况的发生，目前采用较多的方法是添加粉末活性炭和絮凝剂。Jacangelo等认为，粉末活性炭可在凝胶层上形成一个动态层，能够吸附一部分溶解性有机物以及低分子小颗粒物质，减少膜孔堵塞。罗虹等通过实验发现，投加粉末活性炭后膜污染阻力降低了约73%。郑淑平也发现，添加活性炭可明显减少膜孔堵塞情况的发生。张永宝等通过实验发现，氢氧化铁絮体的混凝吸附作用可使混合液中的小胶体颗粒絮凝成较大的颗粒，这使得生物铁一体式MBR 中的

43、污泥粒径大于普通一体式MBR 中的污泥粒径。投加氢氧化铁后所形成的污泥在很大程度上减轻了对膜孔的堵塞，降低了膜污染。 优化操作方式当膜通量控制在临界膜通量下操作时，可极大地减少膜污染，避免膜孔堵塞，延长膜的使用寿命。采用间歇方式出水或压力递增模式出水也可减少膜污染。合理曝气可产生紊流，清洗膜表面和阻止污泥聚集，就能保持膜通量稳定，膜孔堵塞减弱。其他方法采用膜清洗、选用抗污染膜等都能在一定程度上减少膜孔堵塞现象的发生。定时进行膜清洗(如反冲洗、超声波清洗等)对恢复膜通量都有明显的作用，对减少膜污染、膜孔堵塞、疏通膜孔有帮助。1.3.2 膜生物反应器的研究应用进展1.3.2.1膜生物反应器的发展进

44、程国外有专家把膜技术的发展称为“第三次工业革命”，作为21世纪最有前途的高新技术之一。在1966年,美国的Dorr-oliver公司首先将MBR 用于废水处理的研究。1968年，Smith等将好氧活性污泥法与超滤膜相结合的MBR 用于处理城市污水。1969年Budd等的分离式MBR技术获得了美国专利。70年代初期，好氧分离式MBR处理城市污水的试验规模进一步扩大。同时厌氧MBR研究也相继开始进行。1978年，Grethlien等进行了厌氧MBR处理生活污水的研究。70年代后日本由于污水再生利用的需要, MBR 的研究工作有了较快的进展。自1983年到1987年日本有13家公司使用好氧MBR处理

45、大楼废水，处理后的水做中水回用，处理水量达50250m3/d。日本1985年开始的水综合再生利用系统，在90 年代计划把MBR 研究在污水处理对象与规模上都大大推进一步。日本在该项计划中对厌氧MBR作了较系统的研究，研制了酒精发酵废水，造纸厂废水，蛋白工厂废水,城市污水,淀粉厂废水等7类污水的MBR处理系统。1.3.2.2国内膜生物反应器的发展进程MBR在我国水处理的应用研究首先从分离式MBR开始。1993年中国科学院生态环境研究中心王菊思启动MBR的研究。同年上海华东理工大学环境工程研究所进行了MBR处理人工合成污水和制药废水的可行性研究。1995年，樊耀波将MBR用于石油化工污水净化的研究

46、, 研制出一套实验室规模的好氧分离式MBR。1997年中国科学院生态环境研究中心开始了穿流式MBR 的研究工作，清华大学等高校开展了分离式MBR 和一体式MBR的研究。MBR的研究对象从生活污水扩展到工业废水，生物反应器从活性污泥法扩展到接触氧化法，生物处理流程从好氧发展到厌氧，并且对不同污水的处理效果和系统的稳定运行操作条件的优化进行了研究。1.4 本文研究目的和研究内容1.4.1 研究目的本研究将A/A/O工艺与膜分离相结合对污水进行处理，强化其脱氮除磷效果，并采用射流曝气，充分利用混合液回流的动力，设备简单，运行方便。本研究的主要目的：将一体式膜生物反应器与射流曝气相结，组成一种新型膜生

47、物反应器并在中试规模进行相关试验研究，从处理效果、膜污染防治、运行管理、运行费用等方面与目前应用的膜生物反应器进行比较，进一步完善改进措施；摸索改进膜生物反应器的设计、运行参数，为中试设备的设计提供依据，以便形成一套具有较大推广应用价值的新型膜生物反应器。1.4.2 研究意义本研究的意义：本研究针对现有膜生物反应器存在的问题，提出一种新型的膜生物反应器，该反应器利用一体式膜生物反应器高比例回流的动力形成射流曝气为反应器充氧，能有效提高氧的传质速率，氧传递效率和利用速率较现有分置式和一体式膜生物反应器高，运行管理更为方便，具有较好的推广应用价值。1.4.3 研究内容本项目采用厌氧-缺氧-好氧+MBR组合工艺对豆制品污水的处理进行试验研究。本试验采用射流曝气泵，因为射流曝气能提高氧的传递效率和利用率，可满足好氧区的曝气要求，而不需要鼓风机；利用了A/A/O工艺良好的脱氮除磷性能，同时结合膜的高效截留作用，大大提高了TN与TP的去除率；采用超滤膜组件可大大提高膜通量而使投资成本降低；需要真空抽吸；本研究所采用的设备数量少，运行管理方便。研究该工艺处理混合污水的效果及其膜污染的情况。在实验处理人工合成污水时，采用射流曝气为其充氧，通过改变硝化液回流比，来考察回流比对污染物去除效果的影响。同时通过检测进水，各反应区，出水污染物指标，从而探讨本反应器在处理生活