間歇循環(huán)活性污泥-MBR系統(tǒng)運行特性及膜污染控制研究.pdf

1、目前，水資源短缺現(xiàn)狀亟需有效的污水處理及回用技術，同時，由于水體富營養(yǎng)化等問題，對污水處理中脫氮除磷的要求日趨嚴格。傳統(tǒng)的污水處理工藝以去除污水中的碳源污染物為主，氮、磷的去除效率不高，處理出水水質也難達到回用標準，很難適應上述需求。近年來迅速發(fā)展起來膜生物反應器（MBR）工藝，利用膜組件進行固液分離，在污水處理及回用中表現(xiàn)出很多優(yōu)勢。但MBR工藝中磷的生物去除效率不高，而且膜污染問題嚴重，這阻礙了該技術的進一步推廣和應用。為強化MBR

2、生物脫氮除磷性能，本研究首次提出了間歇循環(huán)活性污泥-膜生物反應器（ICAS-MBR）工藝，研究了系統(tǒng)的運行特性；針對膜污染問題，本研究采用掃描電鏡、原子力顯微鏡技術對一系列膜污染因素進行了研究，提出了膜面泥餅層微結構對膜污染的作用機制。
　　通過連續(xù)運行6個月的ICAS-MBR與A/O-MBR對生活污水處理的對比試驗，研究了兩個系統(tǒng)的去除污染物性能。發(fā)現(xiàn)兩個系統(tǒng)對有機物的去除率都比較高，達到93％以上；ICAS-MBR系統(tǒng)的除磷效

3、果明顯優(yōu)于A/O-MBR系統(tǒng)，平均去除率達86％，ICAS-MBR出水中總磷含量基本保持在1mg/L以下，除磷效果穩(wěn)定，而A/O-MBR系統(tǒng)的平均去除率只有62％，且出水磷含量不穩(wěn)定。ICAS-MBR的平均氨氮的去除率和總氮去除率分別為96％和65%以上，ICAS-MBR系統(tǒng)的總氮去除率比A/O-MBR低10％左右。兩個系統(tǒng)對濁度和細菌去除效果都非常的理想，出水濁度均小于1NTU。
　　ICAS-MBR脫氮除磷機理研究表明：ICA

4、S-MBR除磷是好氧除磷菌與反硝化除磷菌共同參與的結果。由于從曝氣室間歇回流活性污泥混合液到攪拌室室中，在攪拌室中以時間次序交替產生缺氧/厭氧階段，而曝氣室中，始終處于好氧階段，這樣活性污泥中微生物菌群在時間和空間次序上依次經歷缺氧/厭氧/好氧階段。在回流期間，攪拌室逐漸進入缺氧階段，反硝化除磷菌以回流液中硝酸鹽作為電子受體進行反硝化吸磷；回流停止后，攪拌室逐漸進入厭氧階段，反硝化除磷菌與好氧除磷菌開始釋磷。進入曝氣室內后，進行好氧超量

5、吸磷，形成“富磷污泥”，系統(tǒng)中磷的去除主要通過排泥得到去除。ICAS-MBR除磷好氧除磷占主導地位，活性污泥厭氧釋磷、好氧吸磷和反硝化吸磷速度分別為4.62mgP/(g MLSS· h)、7.25mgP/(g MLSS·h)和5.75mgP/(g MLSS·h)。系統(tǒng)的脫氮主要是由于曝氣室的同步硝化反硝化作用和缺氧階段的反硝化作用。ORP在ICAS-MBR缺氧/厭氧階段變化顯著可以作為指示性控制參數(shù)系數(shù)。ICAS-MBR系統(tǒng)影響因素及控

6、制研究表明，控制曝氣室的溶解氧可以提高同步硝化反硝化作用，減少反硝化脫氮的負荷，改變回流/停止回流時間可以調整系統(tǒng)的脫氮、除磷性能。
　　對ICAS-MBR系統(tǒng)中的除磷菌進行了分離、篩選和鑒定，得到6株有吸磷性能的菌株。其中PAO-7的吸磷性能最強。生理生化試驗發(fā)現(xiàn)菌株PAO-7嚴格好氧；菌株PAO-16、PAO-17兼性厭氧，具有反硝化功能。將PAO-7的16SrDNA測序信息與Genbank數(shù)據比對，其注冊號為AY047216

7、，與不動桿菌屬中的Acinetobacter haemolyticus相似性達到99%。PAO-7對系統(tǒng)的除磷性能的有良好生物強化作用，接種PAO-7的系統(tǒng)實現(xiàn)了快速啟動，啟動期間除磷效率提高30%。
　　建立了ICAS-MBR系統(tǒng)有機物降解動力學和微生物增殖動力學模型。在本試驗條件下求得最大比基質降解速率常數(shù)Vmax＝0.5 d-1，基質飽和常數(shù)Ks＝74.14mg/L，有機物降解速率常數(shù)K=0.006，分析認為，難生物降解的微

8、生物代謝產物在上清液中的累積可能是導致K值低的原因。通過建立的有機質降解模型可以預測上清液中有機物的濃度。求得微生物產率系數(shù)Y＝0.452(mgVSS/mgCOD)，污泥衰減系數(shù)Kd＝0.047 d-1，可根據微生物增殖動力學模型,通過調整系統(tǒng)的SRT和HRT等參數(shù)，使系統(tǒng)保持一定的污泥濃度或預測系統(tǒng)運行時污泥濃度的增長趨勢。
　　通過對膜面泥餅層微結構、微生物絮體內部形貌觀測等一系列膜污染特征的研究，提出了膜面泥餅層微結構對膜污

9、染的作用機制，認為膜在過濾過程中，被過濾液組分會在膜面形成污染層，作為“二次膜”影響膜的過濾性能，二次膜的微結構是影響膜污染的重要因素。在污泥混合液中，較大的微生物絮體相互交疊、聚集可在膜面形成泥餅層，由于微生物絮體的交疊間存在孔道，會保持一定的滲透性，且微生物絮體阻擋了溶解性微生物產物SMP直接附著在膜面，從而減緩膜污染速度。由絲狀菌引起的污泥膨脹會導致膜污染加劇，采取交替厭氧/好氧的運行方式可有效抑制MBR絲狀菌生長。投加粉末活性炭