炭膜曝氣生物膜反應(yīng)器廢水處理特性研究.pdf

1、膜曝氣生物膜反應(yīng)器 (MABR) 采用透氣膜對(duì)生物膜進(jìn)行曝氣供氧，是一種將膜技術(shù)與生物膜技術(shù)相結(jié)合的污水處理新技術(shù)。它利用了膜能夠?qū)庖簝上喾蛛x的特性，空氣通過(guò)透氣膜為附著在其上的生物膜進(jìn)行無(wú)泡曝氣供氧，使生物膜能夠高效降解水中污染物。雖然 MABR 具有許多傳統(tǒng)生物反應(yīng)器無(wú)可比擬的優(yōu)點(diǎn)，但目前反應(yīng)器膜污染、膜材質(zhì)穩(wěn)定性差、過(guò)高的膜組件造價(jià)等缺點(diǎn)很大程度上限制了它的推廣應(yīng)用。對(duì)此，本論文采用一種成本低廉的煤基炭膜作為 MABR 膜組件，

2、進(jìn)行了炭膜曝氣生物膜反應(yīng)器(CMABR) 處理廢水的實(shí)驗(yàn)研究。 實(shí)驗(yàn)探討了炭膜作為透氣性載體膜的可行性。結(jié)果表明煤基炭膜表現(xiàn)出了較高的微生物吸附能力，單位面積微生物吸附量為 0.55 gTOC/m<'2>，能夠作為生物膜的載體；炭膜具有較高的傳氧能力，傳氧系數(shù)K<,M>為 0.36 m/h，適用于作為 MABR 的供氧裝置，能夠保證生物膜的用氧需求。 CMABR 處理生活污水實(shí)驗(yàn)表明，反應(yīng)器平均COD、NH<,4><

3、'+>-N、TN 去除率分別為 88％、90％和78％，膜比表面COD、NH<,4><'->-N 去除速率分別達(dá)到 35.6 CODg/m<'2>.d、9.34 gNH<,4><'+>-N/m<'2>.d，系統(tǒng)具有較高污染物去除能力，在同時(shí)脫碳除氮方面表現(xiàn)突出。反應(yīng)器長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行過(guò)程中，微生物新陳代謝產(chǎn)物—胞外聚合物 (EPS) 是引起膜內(nèi)污染的關(guān)鍵物質(zhì)，疏水性的 EPS 填充在膜孔內(nèi)，大大降低了膜的氧傳遞系數(shù)。堿洗是有效的去除膜污染的方

4、法，經(jīng)清洗后的膜組件幾乎可以恢復(fù)其原有的傳氧性能。 將 CMABR 用于處理無(wú)機(jī)含氨氮廢水，通過(guò)調(diào)節(jié)膜內(nèi)氣壓來(lái)控制氧的供給。在膜內(nèi)氣壓 0.017 MPa、0.015 MPa下，CMABR 中生物膜消耗掉炭膜所供給全部氧氣的同時(shí)保證氨氮良好去除效果。在氣壓 0.009 MPa 下，MABR 出水 NH<,4><'+>-N：NO<,2><'->-N 接近 1：1，可以利用厭氧氨氧化工藝進(jìn)行繼續(xù)處理；最大比表面積氨氮去除負(fù)荷可以達(dá)

5、到 9.7g/m<'2>.d，單位面積炭膜上有限的生物量以及生物膜內(nèi)底物擴(kuò)散作用限制了其進(jìn)一步的提高。 實(shí)驗(yàn)考察不同的運(yùn)行參數(shù) (膜內(nèi)氣壓、進(jìn)水碳氮比、水力停留時(shí)間) 對(duì)反應(yīng)器處理效果的影響，優(yōu)化了系統(tǒng)的運(yùn)行條件。生物膜重復(fù)掛膜過(guò)程縮短了反應(yīng)器的啟動(dòng)過(guò)程，僅 8d 就可以完成；在膜內(nèi)氣壓0.025 MPa，進(jìn)水碳氮比 5:1，水力停留時(shí)間8 h條件下，NH<,4><'->-N、COD 去除率和反硝化效率分別達(dá)95％、88％和9

6、2％以上；炭膜曝氣生物膜反應(yīng)器具有良好的穩(wěn)定性，抗沖擊負(fù)荷能力強(qiáng)。 采用熒光原位雜交技術(shù) (FISH) 分析不同生物膜內(nèi)部群落結(jié)構(gòu)及空間分布。處理無(wú)機(jī)含氨氮廢水的生物膜優(yōu)勢(shì)硝化菌是亞硝化單胞菌群 (Nitrosomonas)、亞硝化螺菌群(Nitrosospira) 和硝化螺菌 (Nitrospira)，三者數(shù)量占總菌數(shù)的60 ％以上。另外，亞硝化菌貫穿于整個(gè)生物膜內(nèi)部，未出現(xiàn)分層結(jié)構(gòu)；而對(duì)于處理進(jìn)水碳氮比為 5:1 的異養(yǎng)/