間歇循環(huán)活性污泥-MBR系統(tǒng)運(yùn)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(shù)，同時(shí)，由于水體富營(yíng)養(yǎng)化等問題，對(duì)污水處理中脫氮除磷的要求日趨嚴(yán)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(zhì)也難達(dá)到回用標(biāo)準(zhǔn)，很難適應(yīng)上述需求。近年來迅速發(fā)展起來膜生物反應(yīng)器（MBR）工藝，利用膜組件進(jìn)行固液分離，在污水處理及回用中表現(xiàn)出很多優(yōu)勢(shì)。但MBR工藝中磷的生物去除效率不高，而且膜污染問題嚴(yán)重，這阻礙了該技術(shù)的進(jìn)一步推廣和應(yīng)用。為強(qiáng)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(yīng)器（ICAS-MBR）工藝，研究了系統(tǒng)的運(yùn)行特性；針對(duì)膜污染問題，本研究采用掃描電鏡、原子力顯微鏡技術(shù)對(duì)一系列膜污染因素進(jìn)行了研究，提出了膜面泥餅層微結(jié)構(gòu)對(duì)膜污染的作用機(jī)制。
　　通過連續(xù)運(yùn)行6個(gè)月的ICAS-MBR與A/O-MBR對(duì)生活污水處理的對(duì)比試驗(yàn)，研究了兩個(gè)系統(tǒng)的去除污染物性能。發(fā)現(xiàn)兩個(gè)系統(tǒng)對(duì)有機(jī)物的去除率都比較高，達(dá)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(dá)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(gè)系統(tǒng)對(duì)濁度和細(xì)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(jī)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(jié)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(shí)間次序交替產(chǎn)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(shí)間和空間次序上依次經(jīng)歷缺氧/厭氧/好氧階段。在回流期間，攪拌室逐漸進(jìn)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(jìn)行反硝化吸磷；回流停止后，攪拌室逐漸進(jìn)入?yún)捬蹼A段，反硝化除磷菌與好氧除磷菌開始釋磷。進(jìn)入曝氣室內(nèi)后，進(jìn)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(dǎo)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(fù)荷，改變回流/停止回流時(shí)間可以調(diào)整系統(tǒng)的脫氮、除磷性能。
　　對(duì)ICAS-MBR系統(tǒng)中的除磷菌進(jìn)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(qiáng)。生理生化試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)菌株P(guān)AO-7嚴(yán)格好氧；菌株P(guān)AO-16、PAO-17兼性厭氧，具有反硝化功能。將PAO-7的16SrDNA測(cè)序信息與Genbank數(shù)據(jù)比對(duì)，其注冊(cè)號(hào)為AY047216

7、，與不動(dòng)桿菌屬中的Acinetobacter haemolyticus相似性達(dá)到99%。PAO-7對(duì)系統(tǒng)的除磷性能的有良好生物強(qiáng)化作用，接種PAO-7的系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了快速啟動(dòng)，啟動(dòng)期間除磷效率提高30%。
　　建立了ICAS-MBR系統(tǒng)有機(jī)物降解動(dòng)力學(xué)和微生物增殖動(dòng)力學(xué)模型。在本試驗(yàn)條件下求得最大比基質(zhì)降解速率常數(shù)Vmax＝0.5 d-1，基質(zhì)飽和常數(shù)Ks＝74.14mg/L，有機(jī)物降解速率常數(shù)K=0.006，分析認(rèn)為，難生物降解的微

8、生物代謝產(chǎn)物在上清液中的累積可能是導(dǎo)致K值低的原因。通過建立的有機(jī)質(zhì)降解模型可以預(yù)測(cè)上清液中有機(jī)物的濃度。求得微生物產(chǎn)率系數(shù)Y＝0.452(mgVSS/mgCOD)，污泥衰減系數(shù)Kd＝0.047 d-1，可根據(jù)微生物增殖動(dòng)力學(xué)模型,通過調(diào)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(yù)測(cè)系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)污泥濃度的增長(zhǎng)趨勢(shì)。
　　通過對(duì)膜面泥餅層微結(jié)構(gòu)、微生物絮體內(nèi)部形貌觀測(cè)等一系列膜污染特征的研究，提出了膜面泥餅層微結(jié)構(gòu)對(duì)膜污

9、染的作用機(jī)制，認(rèn)為膜在過濾過程中，被過濾液組分會(huì)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(jié)構(gòu)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(huì)保持一定的滲透性，且微生物絮體阻擋了溶解性微生物產(chǎn)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(huì)導(dǎo)致膜污染加劇，采取交替厭氧/好氧的運(yùn)行方式可有效抑制MBR絲狀菌生長(zhǎng)。投加粉末活性炭