2022年超滤膜作载体的生物接触氧化工艺分析研究99 .docx

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1、_归纳总结汇总_ - - - - - - - - - 超滤膜作载体的生物接触氧化工艺争论摘要： 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 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： 1000-4602202208

2、-0004-04 Study on Biological Contact Oxidation Process with Ultrafiltration Membrane asCarrieryi LIU Guan 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 ult

3、rafiltration membrane as carrier was developed. Experimental results demonstrated that when treating primary settled domestic wastewater with contact time of about 3h, the removal efficiencies of COD Cr、BOD5、SS and NH3-N were 83%, 92%, 94% and 60% respectively. The theoretical analysis also showed t

4、hat this process would have good prospects 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,造成生物膜的底部显现厌氧层,导致生物膜脱落而混入处理水中；因此,要设二沉池进行

5、膜水分离；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显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试验装置,进行了污水净化试验；1 材料与方

6、法工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0.2 m,开孔率80%,由天津纺织学院提供；1.2实验装置试验流程如图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,交叉布置；膜总表面积为 416cm2,总体积为 504cm3相当于生物膜载体积累体积 ,折算成比表面积为 82.5m2/m 3,间隙率 97%；试验在室温下进行；1 / 6 _精品资料_ - - - - - - -第 1 页,共

7、6 页_归纳总结汇总_ - - - - - - - - - 1.3 实验水质原水为唐山市西郊污水厂一沉池出水,其水质为：SS100 150mg/L, pH 7.07.3；2 试验过程COD Cr100300 mg/L , BOD 5 50 150 mg/L ,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,同时观看中空纤维表面是否有气泡显现；结论是内外压力差4.5kPa

8、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

9、物的生长；中空纤维内气体的溶进与溶出是沿全进步行的,所以中空纤维内氧气流淌速度在封口端为零,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淌速度最大,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

10、盐组成的养分物质；经 2 周的培育,生物膜的厚度稳固在约为 适应一周后开头测试；3 试验结果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31 去除1；有机物和SS 用本法处理污水前后BOD 5、 CODCr 和 SS的结果见表表 1 对 BOD5 、 CODcr 和 SS 的去除成效水样BOD 5出水去除率CODcr出水去除率SS 出水去除率编号进水进水进水mg/L ）mg/L ）mg/L ）mg/L ）mg/L ）mg/L ）；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,硝化成效开头显现出来；表氨氮和亚硝酸盐的测试数据出水去除率泥龄亚硝酸盐氨氮

11、进水出水进水d）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殊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,这特别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

12、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 能 力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,但出水的 BOD 5 数值波动不大；每次受到有机负荷冲击后经 2 3d 的适应,出水水质便复原良好,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 系本试验接触时间与有机物去除率

13、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 _精品资料_ - - - - - - -第 4 页,共 6 页_归纳总结汇总_ - - - - - - - - - 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统的稳固状态遭到 破坏,导致生物膜净化功能下降,即显现老化问题；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

14、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进的SS 一同排除；4.7 进一步研究、改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；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

15、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,这需要作进一步的争论,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的BOD 5、 COD Cr 和 SS 的去除率分别达到92%、

16、83%和94%效果良好,去除率可；本工艺去除氨氮达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护在肯定范畴内而无堵塞问题,所以运行治理特别简洁；本工艺产生的剩余污泥非常少；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 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, 1996.5 / 6 _精品资料_ - - - - - - -第 5 页,共 6 页_归纳总结汇总_ - - - - - - - - - 6 / 6 _精品资料_ - - - - - - -第 6 页,共 6 页