复合生物反应器-膜分离技术处理城市污水的试验研究

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1、西安建筑科技大学博士学位论文复合生物反应器．膜分离技术处理城市污水的试验研究专业：环境工程博士生：曹斌导师：王晓昌教授摘要本论文是国家自然科学基金重点项目“西部干旱缺水地区水资源再生利用研究”的专题之一，针对城市污水的特点，采用复合淹没式膜生物反应器中试装置对其进行了处理试验与回用研究。复合膜生物反应器是在传统活性污泥反应器中投加悬浮载体，形成悬浮生氏的活性污泥和附着生长的生物膜两种微生物共同承担生物降解的作用，并将淹没式微滤(MF)膜组件安置于复合生物反应器内，以实现圃液分离的目的。对复合生物反应器和活性污泥反应器处理城市污水的功效进行了对比试验，探讨

2、了复合生物反应器中微生物比耗氧速率与出水底物浓度之间的相关关系；研究了复合淹没式膜生物反应器处理城市污水及回用的特性，从微生物维持能角度出发，计算了系统的维持能和污泥产率系数；分析了复合系统微生物组成的特点，对同时硝化反硝化的现象和机理进行了研究，并对其动力学问题进行了数学描述；对影响膜污染的一些控制因素进行了试验检验，建立了膜过滤污染机理评价模型；初步分析了膜生物反应器污水处理系统的技术经济性。论文的主要工作及其成果包括以下几个方面：1．在对等的试验条件下，对复合生物反应器和传统活性反应器两系统处理城市污水的功效进行了对比分析。试验表明复合生物反应器出

3、水中色度、COD、TOC、NH3-N的浓度比活性污泥反应器低，证明HBR系统比CAS系统具有较商的污染物去除能力和较强的抗冲击负荷能力，硝化作用显著。因生物膜的存在，HBR改善了活性污泥易膨胀、流失和沉降性差等缺点，使HBR系统比活性污泥系统具有更佳的运行稳定性。对好氧复合生物处理系统而言，微生物的比耗氧速率更能准确地反映其活性程度，且微生物的比耗氧速率与出水底物COD之间存在Monod关系。复合生物反应器生物降解过程中，生物膜起着重要作用。2．采用复合淹没式膜生物反应器试验装置在西安市北石桥污水净化中心对城市污水进行了处理试验。试验结果表明，系统出水浊

4、度小于1NTU(平均值为0，59NTU)，SS来检}H，色度值在9—39度之间(平均值为30度)，COD浓度为6．0-22．8mg／L(平均值为14．5mg／L，去除率达95．5％)，NH3．N浓度在0．1—1．6mg／L之间(平均去除率为97．8％)，TN浓度n：l曲安建筑科技大学博士学位论文8．2—20．0mg／L之间(二F均值为13．6mg／L，平均去除率为71．7％)，TP浓度在O．33．2．7mg／I．之间(平均值为1．22mg／L，平均去除率为72．5％)，对粪大肠杆菌群的去除率达3-4log以i：。_}

5、萸出水经消毒处理后可完全满足任何用途

6、的城市杂用水水质要求。依据试验数据，在Pin维持理论基础上，推导计算了系统的维持能系数E和微生物(污泥)产率系数Y，其值分别E=0．0285mgCOD／mgTB．h和y=0．129mgTB／mgCOD，j．者均低于悬浮生长MBR的数值。这魄明复合系统在底物利用中表现出了对水质水量的变动有较强的适应，陀，运行稳定性更佳日剩余污泥产量减少。3．通过镜检的方法对复合生物反应器中微生物的结构特征和组成进行了长期观察，分析了微生物组成的特点。镜检发现，悬浮相和附着相上有大量的菌胶团和丝状菌。在崔物膜上存活的细菌，其种属基本上与生患在活性污泥上的细菌相同。其中，丝状

7、菌优先存活在生物膜上。系统内生息的原生动物和后生动物也非常丰富。相比较而言，附着相中的生物多样性优于悬浮相，说明在生物净化过程中生物膜起着菱要作用。经对生物膜和活性污泥进行的扫描电镜图象显示，生物膜絮体结构较活性污泥密实，二者均由大量短杆菌和部分球菌等细菌组成，生物膜内球菌的数量多于活性污泥。4．通过试验观测到好氧复合膜生物反应器工艺具有较强的硝化作用和反硝化作用功效，其对NH3-N、TN和TP的去除率分别为97．8％、71．7％和72．5％，生物脱氮除磷效果显著，并对完全好氧系统的同时硝化反硝化行为和机理进行了分析研究。其理论观点是生物絮体的氧微环境和

8、好氧反硝化以及异养硝化作用促使了好氧反应器的同时硝化反硝化过程的发生，进而在完成对碳去除的同时达到了脱氮除磷的功效。主要是生物膜的多层结构，因氧浓度梯度形成的外层生物膜中好氧硝化菌占优势，主要进行硝化反应；内层异养反硝化菌占优势，主要进行反硝化反应。另外，由于系统内商浓度的活性污泥，使得氧传递系数减小，可在絮体内部形成局部的缺氧微环境。在试验条件下，复合系统的硝化速率和反硝化速率不受氮负荷大小的限制，随着水中氮负荷的增加，其相应的去除率也随之线性增加。当COD负稿率在O．1—0．2kgCOD／kgTB．d时TP的去除效率明显提高。计算表明，复合MBR系统

9、的最大比硝化速率和最大反硝化速率分别为0。02d。和7．7×10。d～，数据反映