2022年超滤膜作载体的生物接触氧化工艺分析研究.docx

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1、精选学习资料 - - - - - - - - - 超滤 膜作 载体的生物接触氧化工 艺争论来源： 中国 论文下 载 中心 06-03-08 11:11:00 作者：刘贯 一 编辑 ：studa9ngns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；试验结 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 ,COD Cr、BOD 5、SS和 NH 3-N 的去除率分别 可达到 83、 92、 94和 60左右；理论 分析亦说明此法在 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Study o

2、n Biological Contact Oxidation Process with Ultrafiltration Membrane as CarrierAbstract：In view of defect of classical biochemical wastewater treatment process, a contact oxidation process with ultrafiltration membrane as carrier was developed. Experimental results demonstrated that when treating pr

3、imary 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 prospects in biological wastewater treatment. Keywords: wastewater trea

4、tment；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,一般采纳向 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 浓度梯度方向一样,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 进行膜水分别；如想 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 “悄悄 ” 地将氧气溶解到水中的方法,而微孔膜和 挑选 性透气膜材料的出 现 与推广使得解

5、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 挑选 性透气膜材料将液、气两相相互隔离,依据 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 挑选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；依据上述分析,笔者 设计 了一个将反 应器与沉淀池合并的1 材料与方法1.1 材料试验 装置,进行了 污水 净化试验 ；聚偏氟乙 烯中空 纤维 ,外径 0.8mm,内径 0.5mm,微孔最大孔径 0.2m,开孔率 80%,由天 津纺织 工学院供应； 1.2 试验 装置 试验

6、流程如 图 1 所示；其中反 应器用玻璃量筒改制而成,内径1 / 6 名师归纳总结 - - - - - - -第 1 页,共 6 页精选学习资料 - - - - - - - - - 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 ,交叉布置；膜总表面 积为 416cm 2,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,间隙率 97%；试验 在室温下 进行；1.3 试验 水质原水 为唐山市西郊 污 水厂一

7、沉池出水,其水 mg/L ,SS100150mg/L ,pH7.07.3；2 试验过 程质为 ：COD Cr100300 mg/L ,BOD 550150 试验 分为对 中空 纤维 特性的 测试 包括耐 压性能和微生物生 长试验 和污水处 理试验 ；测试 中空纤维 浸在水下 时内部充气最大安全 压力的详细作法是：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 长试验 是将上述 试验 用水 换 成污水；为提高充气效率, 须提高

8、中空 纤维 膜中的氧气分 压,故向中空膜中充入 纯氧并 维护内外 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, 发觉 靠近氧气 进气端的中空 纤维 表面微生物膜生 长较 好,而远端就较 差,封口端甚至不 长；将封口端也接通氧气后, 该端邻近的生物膜生 长 情形好 转；经分析缘由有二： 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,使得向水中充氧才能下降,从而影响了微生物的生 长；中空 纤维内气体的溶 进

9、 与溶出是沿全 进步 行的,所以中空 纤维 内氧气流 动速度在封口端 为 零,进 气端 就最大,这样 就会将已溶入中空纤维 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匀称分布的,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；依据以上分析,在气路中加装一个循 环泵 后得到了沿中空 纤维 全长匀称生 长的生物膜； 污水处理试验过 程就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育 过程,在污 水中 仍加入了用可湿性淀粉、肉汁和一些无机 盐组 成的2 / 6 名师归纳总结

10、- - - - - - -第 2 页,共 6 页精选学习资料 - - - - - - - - - 养分物 质；经 2 周的培育,生物膜的厚度稳固在 约为 1.2 mm 左右,出水 变清后停止添加 养分物质,并让生物膜在原 污水中适 应一周后开头 测试 ；3 试验结 果31 去除有机物和SS 用本法 处理污水前后 BOD 5、COD Cr 和 SS的结果见表 1；表 1 对 BOD5、CODcr 和 SS 的去除成效水样编 号BOD 5CODcrSS 进 水出水去除率进水出水去除率进水出水去除率1 mg/L ）mg/L ）mg/L ）mg/L）mg/L ）mg/L ）；由于本工 艺的特点是生物膜

11、几乎不脱落,所以泥 龄较长 ,且随着泥 龄的增 长,硝化成效开头 显现 出来；表 氨氮和 亚硝酸盐的测试 数据泥 龄 d）26 36 40 45 亚硝酸 盐氨氮进水出水进 水出水去除率mg/L）mg/L ）mg/L ）mg/L ）为主,但因条件限制,本次 试验 未能就此加以验证 ；去除氨氮成效 较好的缘由与本工艺中微生物所 处的特 别环 境及其特别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,这特别有利于硝化微生物生 长；所以笔者

12、 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 度降低到肯定程度后才开头,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 层开头了；假如原污水的有机物 浓度较低,就可以 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；本工 艺脱除氨氮成效 较好的另一个缘由就是采纳了 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 击才能 本试验 中进 水的有机物 浓度最高 值与最低 值 之间相差 2.5倍,

13、但出水的 BOD 5 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 才能；4.5 接触 时间 与有机物去除率的关系本试验 接触 时间 与有机物去除率关系如图 2；从中可以 发觉 ,只要接触 时间3h 即可分 别得到 90%BOD 5或 80%COD Cr以上的去除率；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 进行泥水分别,其缘由是 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

14、统的稳固状 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5 / 6 名师归纳总结 - - - - - - -第 5 页,共 6 页精选学习资料 - - - - - - - - - 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 进一步争论、改 进的展望 本工 艺的一次性投 资比较高,主要是目前中空 纤维 膜的生 产并未形成 规模,所以售价比 较高；

15、随着膜工 业的进展 ,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 外侧或邻近有一些能 让厌 氧微生物附着生 长的一般 载 体,就 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 试验在中空 纤维 中充入的是 纯氧,但是通 过前面的分析可以 发觉 ,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 很多在分 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 纯氧仅提高了气体中的氧分压；这就有了

16、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别性,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 艺的完善找诞生物学的指 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 BOD 5、COD Cr 和 SS 的去除率分 别达到92%、83%和 94%；本工 艺去除氨氮的成效良好,去除率可达 60%；本工 艺有特别的微生物生长环 境和种群分布,使各 类具有特别降解 污染物才能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 持在肯定范 围 内而无堵塞 问题 ,所以运行治理特别 简洁 ； 本工 艺产 生的剩余 污泥特别少； 本工 艺采纳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.水污染掌握生物学 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. 6 / 6 名师归纳总结 - - - - - - -第 6 页,共 6 页