2022年超滤膜作载体的生物接触氧化工艺分析研究 .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。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Study on Biological Contact Oxidatio

2、n Process with Ultrafiltration Membrane asCarrierAbstract： 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 primary settled domestic wastew

3、ater 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 treatment。 aeration。 hollow fib

4、er 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

5、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0.2 m，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，内径精选学

6、习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 1 页，共 6 页2 / 6 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。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 ： CODCr100300 mg/L ， BO

7、D550150 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 膜中的氧气分 压，故向中空膜中充入 纯氧并 维持内外 压力差 为

8、 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

9、 则最大，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 成的精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 2 页，共 6 页3 / 6

10、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

11、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 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

12、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。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。

13、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。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

14、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精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 5 页，共 6 页6 / 6 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

15、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

16、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 6 页，共 6 页