MBR技术处理生活污水中试研究

安徽农业科学,Jourmal of Anhui Agri. Sci. 2010 ,38( 16) :8631 -8633 ,8679责任编辑张彩丽 责任校对李岩MBR技术处理生活污水中试研究高志永,陈鸿汉(中国地质大学(北京)水资源 与环境学院,北京1000摘要主要对 MBR技术处理生活污水的效果进行分析研究。MBR技术因用膜分离代替二沉池而节约了占地面积,而且MBR系统对污水中的COD ,NH,-H有较高的去除率,而对浊度的去除更显示了其优越性，出水浊度几乎为霉,大大提高系统出水的水质,且整个系统的出水具有很强的稳定性，面对原污水中COD. NH,-H的波动较大, MBR系统显示了较强的抗冲击负荷。虽然MBR技术是一种新型的水处理技术,但鉴于其在处理行业的优越性,因而应用前景较广。关键词膜生物反应 器;污泥停留时间;生活污水;污泥浓度中團分类号X703文献标识码A文章编号 0517 -6611(2010)16 -08631 -03Pilot-scale Study on the Treatment of Domestic Wastewater by MBR TechniqueGAO hi-yong et al (School of Water Resource and Environment , China University of Geoscience( Beijig) , Beijing 10083)Abstract The treatment effects of MBR on domestic sewage were mainly studied. MBR technology saved the occupied area, because of usingmembrane to replace the second sedimentation. MBR system had higher removal rates of COD and NHz-H. The removal of the turbidity reflec-ted the superoriy. ss in domestic sewage can be removed almost all , which improves the quality of the efluent. The quality of the effluent ofthe MBR system is steady-going, although the fluctuate of COD and NH-H in domestic sewage are great. MBR technology is 8 new waste wa-ter treatment technology , but it has a good application prospect.Key words Membrane bioreactor ( MBR); Sludge detention time; Domnestic sewage; Sludge concentration膜生物反应器( Membrane Bioreactor ，MBR)处理技术是一种将膜分离技术与生物处理技术相结合的新型高效水处一潜污家h，曲吸图h理技术。膜生物反应器中膜的作用是替代二沉池,与传统的亏水污水箱-出水生化水处理技术相比,膜能将生物体截留在生物反应器中,通过保持高的生物体浓度和截留高分子量的溶质,促使进水圈1试验工艺潼程FIg.1 Process fow of the experiment中有机物的生物降解。污水经过膜生物反应器中的活性污污水在潜污泵的提升下进入污水箱,污水箱容积是0.5 m',泥即微生物对污水中的有机物进行充分的生物降解,能有效污水箱内有液位控制开关,当污水箱内的水低于- -定的水地去除污水中的部分COD、氨氮。而MBR系统的污泥量也位,潜污泵运行,当污水箱内的水位到达- -定 的高度时,潜污相对较少,甚至可以实现零排泥。MBR 技术实现的水力停泵停止运行。污水箱内的污水在进人反应器混合液的人口留时间和污泥停留时间可分别控制。膜生物反应器较为重处设有浮球阀,由浮球阀来控制反应器内混合液的水位。在要的单元为膜元件,使用的膜通常为微滤膜或超滤膜。膜生反应器内混合液底部设有曝气管,该设备所采用的曝气方式物反应器由于具有对污染物去除率高,出水水质好且稳定,是由2根平行的曝气管均匀曝气。而系统的关键部件膜元剩余污泥少等优点,是近年来水处理领域的一个研究热件设在曝气管的上方,并处在2支曝气管内侧。膜元件通过点"。而我国对膜生物反应器污水处理工艺的研究起步较管道直接与抽吸泵相连。通过抽吸泵产生的负压而出水。晚l2-31。.为此,笔者探讨了膜生物反应器中污泥浓度的变化情况及对生活污水中COD .NH-H的处理效果,以期为MBR系统气水比调整为20:1 ~25:1,产水量控制为1 m'/d,自吸泵间歇运行,抽吸13 min, 停运2 min,由时间继电器控技术应用于污水处理研究提供参考依据。制,吸程大于5 m,操作压力-0.01~ -0. 03 MPa,当操作负1试验装置与研究方法1.1污水水质试验中生活污水的各 项水质指标分别为:压超过-0.05 MPa时,清洗膜片。.3 水质测定方法COD,重铬酸钾法;NH,-H,纳氏试剂光COD 198.7 ~566. 8 mg/L, NH,-H 28.3~ 110.9 mg/L,浊度度法;色度,分光光度法;浊度,分光光度法;MILSS,测重法;上2.3~151.9 ntu,色度18.4 ~727.5 tu,pH 值7.1 -8.6。1.2试验装量t试验装置如图1所示,MBR反应器是-一个清液样品的获得是由反应池中活性污泥混合液样品经0. 45钢化玻璃的立方体容器,100 cm x 100 cm x 120 cm,有效贮水μm膜滤所得。容积1 m' ,在容器内安装帘子膜。帘子膜采用了浙江大学凯2结果与分析2.1 MBR对污水中COD的去除效果 由图2可见，原水华膜材料,聚丙烯材质,膜孔径为0.2 um,孔隙率50% ,单片中的COD值波动很大,但随着试验的进行，出水的COD值3层式,共平行组装了2片,总膜面积为16 m2 ,膜架距池底相对稳定,基本维持在50 mg/L以下,没有随着进水中COD30cm,膜架间距40cm,膜架距池四壁各30cm,膜架低于的波动而出现大的峦化，说明系统且有很强的抗冲击负荷能MBR池水面20 cm。力。中国煤化工污泥的截留作用使混潜污泵进水水口设有双层滤网，使污水中的无机大颗粒合液中I YHCNMHG断增殖,从而保持了截留在系统外,以免造成系统运行中的堵塞和减少膜污染，较高的活性污泥浓度,进而保证了系统运行的稳定性。而且作者简介高志水(1982-),男，河南淮阳人,博士研究生, 研究方向:由于 系统中MBR膜的过滤作用，使出水中的ss几乎为零，环境科学与工程。从而使系统进一步降低了污水中的COD,提高了出水的收稿日期201004-268632 .安徽农业科学2010年水质。120p士 原水Raw ater+上清液Supematant+原水Raw ater100士出水Effluent当s0-上清液SupematantPg 80|士出水Eluent。30040号202068101141618202246810121416182022运行时间Ruming time Id运行时间Rumning tineld團4 MBR对氨氮的去除效果圈2 MBR 对COD的去除效果Fig.4 The remnoval eftet of MBR to NH,-HFng.2 The remova lfet of MBR to COD都低于20%。也就是说,整个系统对污水中氨氮的去除效果由图3可以看出,系统对污水中COD的总的去除率基是由活性污泥即生物处理效果决定.而膜分离作用主要是对本保持在75%以上,大部分时间处在90%以上,系统反应器氨氮去除效果的进一一步稳定 和强化。混合液中的污性污泥微生物对污水中COD的去除起了主要+生物降解Biodegradation作用,而MBR膜的过滤作用对COD的去除率基本在20%左+膜过滤Menmbrane filtration士总去除率Total removal nate右,这- -结果与刘锐等(1)的工作基本相同。也就是说整个系80统对污水中COD的去除效果是由活性污泥即生物处理效果0f决定,而膜分离作用主要是对COD去除效果的进一步稳定和强化。+生物降解Bicderadationr膜过滤Meaobrane filtration100r+总去除率Total removal rate- 246810121416182022运行时间Rumning tine Id邑圈5 MBR 对氨氨的去除率三60Pg.5 The removal rate ot MBR to NH,-H白昊阳等指出,对于硝化反应,当氨氮浓度大于10 mg/L时,呈零级反应,当进水氨氨超过100mg/L时,硝化菌出现明显的自抑特性,亚硝菌和硝酸菌都受到抑制.硝化反应速2 468101141618202度大大降低(6。同时,由于无缺氧环境和碳源限制,反硝化运行时间Ruming tineld作用很弱,出现了亚硝酸和硝酸的积累,阻碍了硝化反应的83 MBR对COD的去除率进一步进行,于是在高氨氮条件下,MBR对氨氮的去除率在Fg.3 The removal nate of MBR to COD50% ~60%。2.2MBR对污水NH.H的去除效果由图4可见,原水2.3 MBR 对污水色度的去除效果由图6 可见,MBR系统中的氨氮值变化也较大,最低时低于40 mg/L,而高时可以达对污水中色度的去除效果较为明显,虽然污水中的色度变化110 mg/L以上,氨氮这种较大的波动给系统的处理带来很大较大,且最大值也较大,相应提高了污水的处理难度,但系统的难度,当初期氨氮含量较低时,出水的氨氮相应也较低,基对污水中的色度的处理相对理想,出水中的色度均低于30本都在10 mg/L以下,这种处理效果还是比较理想的。但随tu,去除率均在大于60% ,且较多时候去除率在80%以上。着污水中的氨氮值相对增大时,出水的氨氮值也有了一个相可以说, MBR系统对污水色度的去除比较成功。应的增加，使出水中的氨氮值保持了- -个较高的值,大部分2.4 MBR 对污水浊度的去除效果由图7 可见,MBR系统时间处在20 mng/L左右,但也有部分值甚至在40 mg/L以对独度的去除效果非常明显,这主要是MBR膜在起作用。上,这说明MBR系统对处理含氨氮波动较大(氨氮含量较膜生物反应器池内具有高浓度的悬浮物,如果不经处理,出大)的污水中的氨氮效果不是十分理想。水的浊度会非常高,-般设置二沉池使混合液中的活性污泥由图5也可以看出,系统对氨氮的去除率也不是很稳及其他杂质沉淀后再排出,但系统不设二沉池,系统反应器定,呈现- -定的波动性。在高氨氮(50~ 114 mg/L)条件下运中国煤二泥及其他悬浮物质被行时,MBR对氨氮的去除率大多数情况下低于60% ,并且非截留MH化上尼的流失,使膜生物反常不稳定,远低于低氨氮含量的城市综合污水的氨氮去除率应器C N M H G面保证了出水的独度。( >90%)。张西旺等I51也发现了这一-现象。这个去除率对原水的独度波动也较大,但大部分的时间处于较高水平。经于高氨氮污水的处理是不甚理想的。系统对氨氮的去除起MBR膜过滤后，出水的浊度-般为零,即系统对浊度的去除主要作用的依然是反应器中的活性污泥微生物,去除率- -般率达100% ,使出水的浊度- - 直保持在较低的水平,在浊度的38卷16期高志永等MBR 技术处理生活污水中试研究8633+原水Rew vater3复合淹没式膜生物 反应器对污水中氨氮的去除效果+出水Effluent为了提高高氨氮条件下系统对氨氮的去除率,笔者在传00p+去除率Ramoval rate100统MBR工艺中增加了生物固定化载体,使污水处理的机理&80 :00和效能都大为改观。在这种系统中,微生物生存的基础环境50由原来的纯好氧状态转变为2种状态的混合, -种为混合液的纯好氧状态,另一种为在生物载体中存在的由外到内的40DO梯度,形成好氧、缺氧、厌氧状态,这种转变为微生物创造00 t20象了更丰富的存在形式,形成了一个更复杂的复合式生态系0艺莒节1618202统。载体表面及内部吸附的生物污泥与液相中的悬浮污泥共同发挥作用,各自发挥自己的降解优势。大量吸附生长在运行时间Ruming tinre Id生物填料上的生物污泥使载体中的活性生物最大大增加,实圈6 MBR 对污水中色度的去除效果测值为22 548 mg/L,在提高系统抗冲击负荷能力的同时,使Fig.6 The renoval ettect of MBR to chroma in sewnge去除方面,系统具有较高的稳定性和可靠性,进而大大提高系统具有很强的脱氮能力。由图9可见，加入生物载体后的复合淹没式膜生物反应器对污水中氨氮的去除效果得到大了出水水质。大提高,除去前5d,后面的出水中氨氨值基本维持在10原水Raw明termg/L以下。加入生物载体后的系统对污水中的氨氮去除率+出水Efluentt去除率Removal rate见图10。由图10可知,系统对氨氮的去除率基本在70%以160p H+HH 10上,最高达95%以上。3020}旦100r I.，上清液Superatant60.+出水Erfluent8080f40 。60lWW02168101241682520运行时间Runing tinmeld481216202428囝7 MBR对污水中浊度的去除效果运行时间Rumning timid .Fg.7 The removal flet of MBR to ss2.5 MBR反应器内混合液中活性污泥的变化情况 由图8團9复合淹没式膜生物 反应器对污水中氨氨的去除效果Fg9 The removal ffet of submerged bybrid membrune biore可见,MBR反应器池内活性污泥运行初始浓度为2836sctor w NH,-H in sewagemg/L,运行初期反应器内活性污泥量有微小下降,随系统的十生物降解Bodeation，.n运行,MLSS值趋于稳定,系统运行到后期,MBR反应池内的+膜过滤Menrbrare filtration活性污泥量与初期相比有明显的增加。即从系统整个运行过程来看,活性污泥在总体上还是呈增长趋势的。但从图8可以看出,反应器内的活性污泥并不是每天都在增长,而是B 60有所波动,有时连续增长,也有时与前一天相比有所下降。.54也就是说，MBR反应器内的活性污泥最随着系统的运行而增长,但不是连续的,而是存在波动的,但总体上是呈上升趋121620*2428势的。运行时间Rumning tinmld圈10复合淹没式膜生物 反应器对污水中氨氟去除率Fng.10 The renoval rate of suboserged bhybrid membrane bioresactor to NH,-H in sewage生物固定化载体中吸储的活性污泥混合液对降低高氨氮起到了重要的作用,其不但MLSS高达22 548 mg/L,而且处于好中国煤化工事的提高。252468101211618200fYH.CN M H G有显的,对污水中的运行时间Rumning tine 1dCOD、色度浊度等水质指标都有较好的去除效果,这几项的图8 MISS值变化情况出水水质指标均可以达到国家中水回用的水质要求,但单纯Fg.8 The change situation of MISS(下转第8679页)38卷16期牟雪姣等玉米蛋白水解物螯合锌的工 艺研究86791003结论与讨论(1)该研究表明,pH值是影响螯合反应的最主要因素,80◆螯合物得率Yield of chrelatad proucts最佳螯合工艺条件为:玉米蛋白水解物的制备方法木瓜蛋白一鳌合率Crelated ratio世是马70酶结合中性蛋白酶法.pH值8.0,玉米蛋白水解物与锌质量I 60比为3:1,此条件下整合物得率和鳌合率分别为77.8%和百业so97. 7% ;该试验制备的鳌合物是- -种不同于玉米蛋白水解物440和锌的新物质。由于时间有限,对于螯合物的理化性质、结34:1 51 6:1 8:r I0:1构及其生物活性测定等还有待于进-步研究。玉米蛋白水解物与锌质量比(2)影响鰲合反应的因素较多,除了该试验的3个因素Mass Tratio of com protein外,锌盐的种类、螯合反应时间螯合反应温度及肽或氨基酸的浓度等也对鳌合反应有一-定影响,考虑到试验条件的限圈3玉米蛋白水解物与锌质量比对螯合 反应的影响制,在查阅相关文献的基础上最终选取了玉米蛋白水解物的Fig.3 Eects of mass ratio of corm protein hydrolysate to tineon the chelation reaction制备方法.玉米蛋白水解物与锌质量比、pH值3个最主要的表3正交试验结果影响因素优化鳌合工艺条件。螯合物得率与螯合率是2个Table3 Results of the orthogonal test不同的概念,两者并无直接的关系,总的来说螯合物得率大水平_因素Fator整合物得1//%螯合率//%时,也会有较高的螯合率，但螯合率大时螯合物得率不- -定Yield of chelated大。鳌合物形成的机制尚不很清楚,推测是玉米蛋白水解物LevelAB(Chelated ratio- produets中氨基酸或肽上的一些基团与锌离子发生鳌合反应形成配60.589.27位键,从而生成了鳌合物。41.591.0(3)玉米蛋白水解物是各种肽和氨基酸的混合物,它们.27.497.4都能与锌离子发生螯合反应,形成氨基酸锌或小肽的锌鳌合85.2物。该物质性质稳定,在肠道中不受植酸等因素的影响,并77.897.7能以氨基酸和小肽的吸收模式,因此能大大提高锌的利用_47.384.9率,且在补锌的同时义能补充人体必需的氨基酸,- -种较理整合物得率K 49.932.6 60.5K; 51.8 70.1 45.0想的食品营养强化剂,值得进一一步研究开发。49.1 48.1 45.4参考文献2.737.5 15. 5[1]爺晓慧氨基酸赘合锌吸收转运特点和晚响因素的研究[D].哈尔滨:鳌合率30.3 39.3 81.1东北农业大学.200 :20.70.194.9 67.3[2] WORST D J,0TTO B R,de GRAFF J. lron rpresible outer menbrane70.9 87.0 72.8proteins of Helirobacter pylori involved in heme upuake[J]. 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