2022年超滤膜作载体的生物接触氧化工艺分析研究99 .pdf

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1、1 / 6 超滤膜作载体的生物接触氧化工艺研究摘要： 针对经典的污水处理生化工艺的缺陷，提出用超滤膜作载体的生物接触氧化处理工艺。实验结果证明：经初沉处理后的生活污水，当接触时间为3 h 左右时， CODCr、BOD5、SS 和 NH3-N 的去除率分别可达 到83 、 92 、 94 和60 左 右 。 理 论 分 析 亦 表 明 此 法 在 污 水 生 物 处 理 方 面 前 景 良 好 。关键词： 污水处理 充氧 中空纤维膜生物膜 载体中图分类号：X703 文献标识码：A 文章编号： 1000-4602(200008-0004-04 Study on Biological Contact

2、 Oxidation Process with Ultrafiltration Membrane asCarrierLIU Guan yi (Depart.of Civil Eng.,Hebei Institute of Sci.and Tech.,Tangshan 063009,China Abstract：In view of defect of classical biochemical wastewater treatment process, a contact oxidation process with ultrafiltration membrane as carrier wa

3、s developed. Experimental results demonstrated that when treating primary settled domestic wastewater with contact time of about 3h, the removal efficiencies of CODCr、BOD5、SS and NH3-N were 83%, 92%, 94% and 60% respectively. The theoretical analysis also showed that this process would have good pro

4、spects in biological wastewater treatment. Keywords:wastewater treatment。aeration。hollow fiber membrane 。biofilm 。carrier 用好氧微生物处理污水的一个关键环节是要保证有足够的氧气供微生物氧化水中的有机物。为保证氧气供应，一般采用向污水中充氧的方法。生物膜在氧化有机物的过程中，由于溶解氧的浓度梯度方向与有机物的浓度梯度方向一致，造成生物膜的底部出现厌氧层，导致生物膜脱落而混入处理水中。因此，要设二沉池进行膜水分离。若想获得一种高效、经济、紧凑的生化处理系统，关键是找出一个能“静

5、静”地将氧气溶解到水中的方法，而微孔膜和选择性透气膜材料的出现与推广使得解决这个关键问题成为可能，这就是所谓的无泡充氧法。无泡充氧法即用疏水性的微孔膜或选择性透气膜材料将液、气两相相互隔离，根据Henry 定律，气体可借助于气、液间的分压差透过微孔之间的气、液界面或选择性透气膜而溶入或溶出液体。这一过程中没 有 肉 眼 可 见 的 气 泡 产 生 ， 氧 气 自 然 也 可 借 此 充 入 水 中 完 成 充 氧 过 程 。根据上述分析，笔者设计了一个将反应器与沉淀池合并的实验装置，进行了污水净化实验。1 材料与方法1.1 材料聚偏氟乙烯中空纤维，外径0.8mm，内径0.5mm，微孔最大孔径0

6、.2m，开孔率80%，由天津纺织工学院提供。1.2实验装置实验流程如图1 所示。其中反应器用玻璃量筒改制而成，内径60.3mm，有效容积1.27L。中空纤维组件兼充氧及生物膜载体双重功能。该组件用塑料片做成支架将中空纤维盘绕其上制成。中空纤维组件间水平间隔 5mm，上下层间隔5mm，交错布置。膜总表面积为416cm2，总体积为504cm3(相当于生物膜载体堆积体积 ，折算成比表面积为82.5m2/m3，空隙率 97%。实验在室温下进行。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 1 页，共 6 页2 / 6 1.3 实验水质原水为唐山市西郊污水

7、厂一沉池出水，其水质为：CODCr100300 mg/L，BOD550150 mg/L，SS100150mg/L，pH7.07.3。2 实验过程实 验 分 为 对 中 空 纤 维 特 性 的 测 试 ( 包 括 耐 压 性 能 和 微 生 物 生 长 实 验 和 污 水 处 理 实 验 。测试中空纤维浸在水下时内部充气最大安全压力的具体作法是：将几根中空纤维两端用环氧树脂封在玻璃管中，然后向浸没在水中的中空纤维内充气，同时观察中空纤维表面是否有气泡出现。结论是内外压力差4.5kPa就可以保证安全运行，且无气泡产生。微生物生长实验是将上述实验用水换成污水。为提高充气效率，须提高中空纤维膜中的氧气

8、分压，故向中空膜中充入纯氧并维持内外压力差为3.0kPa。在向污水中加入从污水厂曝气池中取得的活性污泥进行接种后，发现靠近氧气进气端的中空纤维表面微生物膜生长较好，而远端则较差，封口端甚至不长。将封口端也接通氧气后，该端附近的生物膜生长情况好转。经分析原因有二：中空纤维内充入的是纯氧，其中的氮气、二氧化碳等气体分压为零，故水中的上述气体会从水中溶出而进入中空纤维内部使其中的氧气分压降低。在远端随着氧气溶入水中导致氧分压降低幅度较大，使得向水中充氧能力下降，从而影响了微生物的生长。中空纤维内气体的溶进与溶出是沿全长进行的，所以中空纤维内氧气流动速度在封口端为零，进气端则最大，这样就会将已溶入中空

9、纤维的氮气等气体带至远端。所以在中空纤维内沿长度方向氧气的浓度(分压 不是均匀分布的，并且由于进气端氧气流动速度最大，产生的湍流也最强，因而氧气渗入水中的条件最有利。根 据 以 上 分 析 ， 在 气 路 中 加 装 一 个 循 环 泵 后 得 到 了 沿 中 空 纤 维 全 长 均 匀 生 长 的 生 物 膜 。污水处理实验过程则是将装置按流程装配完毕之后接通氧气，注入污水并加入活性污泥进行接种。为了加快生物膜的培养过程，在污水中还加入了用可湿性淀粉、肉汁和一些无机盐组成的营养物质。经2 周的培养，生物膜的厚度稳定在约为1.2 mm 左右，出水变清后停止添加营养物质，并让生物膜在原污水中适应

10、一周后开始测试。3 实验结果31 去除有机物和SS 用本法处理污水前后BOD5、CODCr和 SS的结果见表1。表 1 对 BOD5 、CODcr 和 SS 的去除效果水样编号BOD5CODcrSS 进水mg/L ）出水mg/L ）去除率）进水mg/L）出水mg/L）去除率）进水mg/L ）出水mg/L ）去除率。由于本工艺的特点是生物膜几乎不脱落，所以泥龄较长，且随着泥龄的增长，硝化效果开始显现出来。表氨氮和亚硝酸盐的测试数据泥龄d）亚硝酸盐氨氮进水mg/L）出水mg/L）进水mg/L）出水mg/L）去除率为主，但因条件限制，本次实验未能就此加以验证。去除氨氮效果较好的原因与本工艺中微生物所

11、处的特别环境及其特殊的微生物种群分布有关：在生物膜的最内层即与中空纤维相接部分是溶解氧浓度最大的部分，而污水中的有机物浓度经过外层微生物的降解后抵达此部位时已经大大降低，在该部位污水中的C/N 比值也大大下降，这非常有利于硝化微生物生长。所以笔者认为与其他工艺不同，在本工艺中硝化作用不仅仅是发生在反应器的末端，待污水中总有机物浓度降低到一定程度后才开始，而是在原污水接触到生物膜一段时间，当有机物浓度略有下降后就已经在其后的生物膜内层开始了。如果原污水的有机物浓度较低，则可以认为几乎全部生物膜内层都有一个生长良好的硝化细菌膜存在。所以得出结论：降解有机物和去除氨氮在本工艺中是同步或部分同步进行的

12、。本工艺脱除氨氮效果较好的另一个原因就是采用了纯氧，这可使硝化微生物的活性提高数倍。4.4 抗有机负荷冲击能力本实验中进水的有机物浓度最高值与最低值之间相差2.5 倍，但出水的BOD5数值波动不大。每次受到有机负荷冲击后经23d 的适应，出水水质便恢复良好，这说明本工艺与其他生物膜法一样，有较好的抗有机负荷冲击能力。4.5 接触时间与有机物去除率的关系本实验接触时间与有机物去除率关系如图2。从中可以发现，只要接触时间3h 即可分别得到90%(BOD5或 80%(CODCr以上的去除率。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 4 页，共 6

13、页5 / 6 4.6 生物膜的老化与更新问题常规生物膜法存在生物膜老化与更新的问题，因此需设置二沉池进行泥水分离，其原因是生物膜底层有一层厌氧层，该层所产生的代谢产物要透过好氧层向外逸出，结果是使好氧层生态系统的稳定状态遭到破坏，导致生物膜净化功能下降，即出现老化问题。又因气态代谢产物不断逸出，减弱了生物膜在其载体上的附着力，造成脱落与更新问题。但就本工艺而言，生物膜中没有厌氧层存在，部分老化、死亡的微生物停留在生物膜上被氧化掉，因而只有少量的生物膜脱落，但它们不会随着处理水流出，而是沉入反应器底部与沉淀的SS 一同排除。4.7 进一步研究、改进的展望本工艺的一次性投资比较高，主要是目前中空纤

14、维膜的生产并未形成规模，所以售价比较高。随着膜工业的发展，这一问题会得到解决。本工艺除有氧化降解有机物的功能外，尚有良好的硝化功能，但这并未完成污水脱氮过程。如能对中空纤维组件加以改进，使中空纤维外侧或附近有一些能让厌氧微生物附着生长的普通载体，则可利用污水 中 的 有 机 物 作 为 碳 源 ， 完 成 反 硝 化 ， 实 现 脱 氮 ， 同 时 也 提 高 了 氧 的 利 用 率 。虽然本实验在中空纤维中充入的是纯氧，但是通过前面的分析可以发现，经过一段时间的运行，气体循环回路中的气体已不完全是纯氧，而是混有许多在分压差作用下从水中溶出的氮气、二氧化碳等其他气体，在气体循环回路中充入纯氧仅

15、提高了气体中的氧分压。这就有了一个启示：可否直接用空气进行充氧，其结果将会大大降低运行成本。由于本工艺中微生物种群分布的特殊性，生物膜上微生物的种类和数量等可能与其他常规微生物法有所不同，这需要作进一步的研究，为本工艺的完善找出生物学的指导依据。5 结论用本工艺处理城市污水，可以在一个反应器内使BOD5、CODCr和 SS 的去除率分别达到92%、83%和94%。本工艺去除氨氮的效果良好，去除率可达60%。本工艺有特殊的微生物生长环境和种群分布，使各类具有特殊降解污染物能力的微生物都有良好的生长环境，并且可以将生物膜厚度自动维持在一定范围内而无堵塞问题，所以运行管理非常简单。本工艺产生的剩余污泥非常少。本工艺采用的无泡充氧方法可使污水处理过程在密闭条件下进行，对环境几乎没有影响。参考文献： 1 任 南 琪 ， 周 大 石 ， 马 放 . 水 污 染 控 制 生 物 学 M . 黑 龙 江 科 学 技 术 出 版 社 ， 1993.2井出哲夫，等.水处理工程理论与应用M.张自杰，刘馨远，等译.北京：中国建筑工业出版社， 1996.精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 5 页，共 6 页6 / 6 精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 6 页，共 6 页