給水排水工程專業本科畢業論文(文件)

　

【正文】 試驗采用管式中空膜組件可大大提高膜通量而使投資成本降低；可實現外壓出水而不需要真空抽吸；可滿足曝氣要求而不需要鼓風機；采用的設備數量少，運行管理較為方便；具有傳統一體式和分置式的優點。此法即是通常所說的厭氧 缺氧 好氧法, 污水依次經過厭氧池 缺氧池 好氧池被降解。在好氧池中，有機物被微生物生化降解后濃度繼續下降；有機氮被氨化繼而被硝化，使NH3—N濃度顯著下降，但隨著硝化過程的進展，NO3—N的濃度增加， P將隨著聚磷菌的過量攝取，也以較快的速率下降。：所有曝氣機的攪拌都開啟，各轉角的曝氣機風機開啟，剩余風機暫不開。：按a→b→a的順序不斷反復上述步驟，當監測到的COD值較最初降低了50%時，向曝氣池補充設計處理量50%的有機廢水。試運行 A/A/O工藝的特點、缺氧、好氧三種不同的環境條件和不同種類微生物菌群的有機配合，能同時具有去除有機物、脫氮除磷的功能。，使之混合，而以不增加溶解氧為度。其中最主要的問題是厭氧環境下反硝化與釋磷對碳源的競爭。當城市污水中碳源低于此要求時,由于該工藝把缺氧反硝化置于厭氧釋磷之后,反硝化效果受到碳源量的限制,大量的未被反硝化的硝酸鹽隨回流污泥進入厭氧區,干擾厭氧釋磷的正常進行(有時甚至會導致聚磷菌直接吸磷),最終影響到整個營養鹽去除系統的穩定運行。 A/A/O工藝流程的改進措施 南非UCT(University of Cape Town,1983)工藝(圖23)將A/A/O中的污泥回流由厭氧區改到缺氧區,使污泥經反硝化后再回流至厭氧區,減少了回流污泥中硝酸鹽和溶解氧含量。MUCT工藝有兩個缺氧池,前一個接受二沉池回流污泥,后一個接受好氧區硝化混合液,使污泥的脫氮與混合液的脫氮完全分開,進一步減少硝酸鹽進入厭氧區的可能。對功能完整的城市污水處理廠而言,這種碳源是易于獲取又不額外增加費用的。其在碳源分配上總是優先照顧釋磷的需要,把厭氧區放在工藝的前部,缺氧區置后?；谝陨险J識,他們對常規除磷脫氮工藝提出一種新的碳源分配方式,缺氧區放在工藝最前端,厭氧區置后,即所謂的倒置A/A/O工藝(見圖25)。④工程上采取適當措施可以將回流污泥和內循環合并為一個外回流系統,因而流程簡捷,宜于推廣。研究表明:①DPB易在厭氧/缺氧序批反應器中積累。DEPHANOX工藝是滿足反硝化除磷細菌所需環境和基質的一種強化除磷工藝,其特點是在A/A/O工藝的厭氧池與缺氧池之間增設一中間沉淀池和固定膜反應池(一種好氧生物膜反應器)。這樣,被沉淀的污泥則跨越固定膜反應池并與在其內生成的硝酸鹽一起進入后續的缺氧反應池,同時進行反硝化和攝磷。本試驗將射流曝氣用于一體式膜生物反應器中，試驗用整套集成設備是自行設計加工而成。測定方法: CODcr的測定采用重鉻酸鉀法，其他指標均采用國家標準方法進行測定。污泥馴化，向好氧池注入清水和部分人工配制的污水，使液面達到一定的水位并測水溫，使水溫保持20℃左右。每天定時測定好氧池DO（每1小時監測一次）、PH等數值的變化，根據變化調節曝氣量。20天后污泥濃度達到6000mg/l，采用連續進水、連續出水、連續曝氣的運行方式，24小時不間斷運行，進水池與配水池儲備一天試驗用水，每天進行一次配水。其去除效果如圖31及圖32所示。此階段系統對COD的去除效果主要來自于微生物對有機物的降解作用和膜對有機大分子的物質的截留作用，使得反應器啟動較快，系統很快就得到了較好的出水效果。 系統對有機物（COD）去除機制的研究為了了解和驗證系統對COD高的去除率，可以從COD在各個反應區的分布數值入手。由于膜生物反應器是個封閉的系統，這些代謝產物由于膜的截留作用一直積累于反應器里。但是又從圖33中可以觀察到，在這個時期內出水的COD濃度一直保持在一個穩定的較低的水平。膜對污染物的去除機理從圖34中可以看出：反應器運行的中后期，膜表面形成了一層穩定的膜絲表面物質，其對有機物不僅存在吸附和降解，而且膜對污染物的機械截留作用更加明顯，膜對大部分有機物能有較好的去除，但同時也造成了膜污染。 從上述分析中可以得知，膜生物反應器中膜對于COD的去除貢獻占有很大的比例，同時對COD降解的生化反應主要是在缺氧區完成。由此可見膜對于穩定出水水質起了關鍵性的作用。同時間與上節中COD各區分布示意圖比較，可以看出在第26，27天出水COD并未出現大的波動。反應器運行期間MBR對氨氮的去除效果見圖36。反應器運行期間MBR對總氮的去除效果見圖3339。當好氧池的COD濃度恢復后，缺氧池的亞硝化氮累積現象也基本消失。 膜對MBR處理效能的強化促進作用研究通過以上的分析可以看出，膜對于系統對除污染物的去除有十分顯著的作用。圖310 膜組件清洗前后不同壓力下流量對比由圖可知，不同壓力下膜的通量是不同的， m3/h,出水穩定性也較好， m3/h,波動較前一壓力大， m3/h,出水量有一定波動。 如圖313131318，為清洗膜組件前后出水水質、出水濁度及膜截留率的變化。同時清洗后膜組件換上去以后分析上述4幅圖可以看出：對于總氮，膜完全沒有截留作用，所以對總氮的去除主要是依靠系統生化反應完成。但是此時穩定的濾餅層尚未形成，因為通過分析氨氮的出水可以看出，同時大部分文獻均表明，膜對于氨氮這類小分子物質并沒有攔截能力，其降解主要是依靠生化反應。這樣也說明了膜不僅僅對于大分子COD物質有攔截作用，同時還能對部分小分子物質起到吸附降解的作用。如濃差極化，可通過物理、化學和生物方法來減輕和改善的一類污染為可逆膜污染；而膜孔堵塞、不合理的料液性質使膜受到腐蝕及膜的自身劣化等稱為不可逆膜污染。目前，研究人員已經研究了一些行之有效的方法來減緩膜污染：如通過氣液錯流在膜表面形成剪切力；控制操作通量在一定的范圍內來阻止或延緩膜污染的發生。但針對不同的膜污染形成原因，應采取不同的措施。a. 空曝氣　　空曝氣是指停止進出水，加大曝氣強度連續曝氣，以沖脫沉積在膜表面上污泥層的方法。b. 機械反沖　　機械反沖是利用機械動力，反向沖洗膜。2. 化學清洗　　化學清洗指用化學藥劑對污染過的膜進行沖刷或浸泡，以除去不可逆污染物質，是一種有效的膜通量恢復方法。在實際操作過程中，通常綜合考慮能耗、操作的簡便性，將多種方法同時運用，以達到最優化的生產目的。 當在線化學藥洗達不到預期的效果時，采用離線藥洗方式，本實驗采用檸檬酸浸泡清洗。在膜進行固液分離的同時對膜表面進行吹掃。綜合本實驗的防止膜污染和清洗的措施如下：1．在膜的下部設置空氣曝氣管，外連接曝氣裝置，利用曝氣產生的紊流對膜表面進行沖洗，防止懸浮物的附著和沉淀。經過離線藥洗后的膜通量可以得到恢復。3）通過研究發現，膜在整個系統中不僅僅具有泥水分離的作用，其高的攔截能力，以及膜表面濾餅層形成以后的吸附降解能力對于穩定出水起了關鍵性的作用。同時定期用檸檬酸浸泡膜清洗。 污泥沉降性能的研究污泥沉降性能是污泥形態中的一個重要指標，在傳統的工藝中，污泥的沉降性能嚴重影響出水水質，如果沉降性能差的話在實際工程應用中就迫使必須增大沉淀池的體積，造成投資費用的增加。如下圖41所示，為穩定運行30天內的污泥濃度變化圖，穩定運行30天內對應的污泥SVI值和SV30值變化情況見下圖43和44。隨著污泥活性的恢復，硝化反應進行的更加徹底；但是當污泥達到一定濃度后，處理效果反而有所降低，分析主要是因為：一方面隨著MLSS的增加，污泥粘度加大，氧的傳質作用減弱，影響了硝化效果；另一方面反應器中溶解性微生物產物(SMP)產生積累，抑制了硝化細。圖41 穩定運行期間MLSS變化情況從圖４－２可以看出，隨著運行的時間，硝化性能有所提高。表41為其具體數據。所以對膜生物反應器中污泥形態的研究是非常必要的。5）系統處理人工廢水期間，發現污泥的沉降性能會變得越來越差，同時污泥的粒徑也越來越小，雖然在傳統活性污泥工藝中，污泥的沉降性能嚴重影響出水水質，但是在膜生物反應器中由于膜良好的泥水分離效果，不僅不會影響出水水質，反而具有有利的一面。2）系統具有處理高COD負荷的能力，在處理人工合成廢水時，COD負荷達到4kgCOD/(m3*d)， kgCOD/(m33．在高濃度、高微生物含量的污水中長期運行，膜的表面和內部將會受到細菌及有機物的污染，因此每隔34周進行一次在線化學藥洗，藥洗采用在線低壓浸潤方式。這種運行方式可以防止懸浮固體或膠體等污染物質在膜孔附近聚集、吸附和沉淀。 本實驗采取的措施解決膜的堵塞問題是保證系統長期穩定運行的關鍵。在膜的運行過程中，一直伴隨著濃差極化現象的發生，為了防止和減緩這一現象的發生，保持膜在運行過程中的穩定運行，每隔24 h進行反沖洗一次。采用一定濃度的化學溶液對污染后的膜進行在線藥洗可以有效去除膜內表面滋生的微生物[44]。目前有兩種常用的反沖洗方式：空氣反沖洗和水力反沖洗。張穎等[43]認為，空曝氣的時間不是越長越好，當空曝氣的時間超過一定限度時，膜過濾壓差將不再有大的變化。相信會有越來越多的環保工作者從事這項研究與應用。二是水力沖洗，何義量教授等分別對分置式、一體式MBR的水力沖洗做了研究， 10 min能有效恢復膜通量[23]。膜污染問題是影響MBR 效率的最重要的問題，也是研究人員急欲攻克的難關。膜污染直接導致了膜通量下降，膜使用壽命大大縮短。再往后追蹤，48小時以后氨氮濃度仍然在1mg/L以上。但是僅僅24小時不到濁度就恢復為正常水平，；COD也恢復到正常水平出水濃度僅為81mg/L。圖314 清洗前后反應器出水COD變化示意圖圖315 清洗前后反應器出水總氮變化示意圖圖316清洗前后反應器出水氨氮變化示意圖圖317 清洗前后反應器出水濁度變化示意圖首先分析原水直接通過膜組件的情況，當原水直接通過清洗后的膜組件時，已COD為例，%，但是當原水直接通過濾餅層已經形成的膜組件時，%。 圖311 圖312 圖313 清洗后膜通量有顯著的上升，通量變化較穩定， m3/h；；， m3/h左右。同時分析膜通量、出水水質、出水濁度及膜截留率的變化。系統進水硝化氮在0上下波動，各反應池內硝化氮的含量波動較大，但趨勢保持一致，整體保持上升趨勢，主要是因為人工配水中氮的含量不確定，具有波動性。出水中沒有出現N02N積累現象。在系統的整個運行過程中由于硝化液回流比高達300%，所以對總氮有良好的去除，在進水總氮平均為41mg/L的情況下，%。盡管進水氨氮波動較大，但是出水氨氮含量保持穩定。但是出水氨氮除了試驗開始的幾天比較高，不太穩定之外，其余都維持在5mg/L以下。其貢獻圖見圖35。1）高濃度易降解的COD原水直接進入缺氧池，2）帶有大量難降解COD濃度的好氧池硝化液回流至缺氧池。圖33 COD各區分布示意圖膜對MBR處理效能的強化促進作用主要表現在以下三個方面：1）通過膜本身的截留作用，對混合液中SS及溶解性的大分子有機物的去除；2）通過膜孔和膜表面吸附作用對溶解性有機物的去除；3）通過膜表面形成的沉積層（或生物膜、凝膠層）對溶解性有機物的吸附和氧化降解。2）膜生物反應器中由于水泵和膜的水力剪切作用，使得污泥變的越來越細碎和難以沉降，這也會使反應器中上清液變得十分渾濁。分析造成這種現象的原因，個人認為是由于以下兩種作用共同的結果。%，最高為97%?；钚晕勰囫Z化開始階段，反應器內污泥濃度高達6000mg/L，但由于污泥取自污水二沉池，無機質較多，微生物活性不足，而且原水中碳源較低、營養物質的不平衡給整個系統帶來了很大的沖擊，導致大量微生物衰減死亡，系統COD去除率較低且不穩定。對膜進行清洗檢修，重新考察流量、壓力變化，在此條件下，選擇控制的最優條件。 接著開始進行人工配水的注入，注入量為20%的設計水量，投加大豆粉和面粉以及磷肥和尿素配制的營養溶液，好氧池的營養比按C:N:P=100:5:1配制，設計COD為400mg/l，厭氧池的進水營養比C:N:P=350:5:1，每12小時配制一次原水，每天測定上清液的COD、SV、SVI、MLSS、DO等值，監測活性污泥的生長情況,至活性污泥全面形成大顆粒絮團，沉降性能良好。起初的污泥濃度達到60%，然后悶曝72小時，靜止、排去部分上清液，待其適應人工配水水質后，正式啟動反應。表22 水質指標及測定方法分析項目分析方法儀器COD重鉻酸鉀法可調式電爐TP過硫酸鉀消解鉬酸銨分光光度法高壓鍋、分光光度計TN堿性過硫酸鉀消解紫外分光光度法UV751紫外可見分光光度計NH3N納氏試劑分光光度法DR2800NO3—N二磺酸酚分光光度法UV751紫外可見分光光度計NO2NN（1萘基）乙二胺光度法（A）分光光度計MLSS恒重法烘箱、分析天平DO儀器測定Clean型便攜式溶氧儀pH儀器測定PHS25精密數顯酸度計濁度分光光度法分光光度計、分析天平SV30體積比法100ml、1000ml量筒生物相觀察法光學顯微鏡如下圖27所示，分別為實驗室常規測定與凱氏氮的測定。中試實驗裝置 射流曝氣泵電磁流量計 PLC電器控制箱 真空負壓表 潛污泵圖26 實驗裝置實物圖 實驗用水本實驗采用人工配水，每天定時投加定量豆漿、尿素、磷肥。試驗表明在缺氧反應器中硝酸鹽(電子受體)缺少的情況下再曝氣池完成過量磷的吸收是非常有必要的。在中間沉淀池中活性污泥和富含P和氨的上清液分離。③DPB與完全好氧的聚磷菌PAO ( Polyphosphate ccumulating Organisms)相比,有相似的除磷潛力和對細胞內有機物質(如PHB)、肝糖的降解能力。隨著除磷研究在微生物學領域的深化,研