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开发既能够高效去除有机污染物又能够去除营养元素的膜生物反应器,对满足日益严格的废水排放标准,实现废水资源的回收及再利用,缓解水资源的短缺危机具有十分重要的意义。本研究采用厌-好氧交替运行方式,实验室人工模拟废水条件下,将好氧颗粒污泥培养与MSBR结合,考察两种MSBR工艺长期运行过程中运行特性及污染物去除特性,膜污染发生过程、形成特点及控制技术等,以寻求实现MSBR稳定高效运行及好氧颗粒污泥对改善MSBR运行及膜污染特性的影响。主要研究结果有:
分体式MSBR连续运行200天以上,在COD200 mg·L-1~1200 mg·L-1,TP4 mg·L-1~20 mg·L-1,TN15 mg·L-1~60 mg·L-1时,COD去除率在92%~98%,TP去除率可保持在80%以上,TN去除率在60%~80%,氨氮去除率大于95%,出水浊度保持在0.5NTU以下,表现出系统具有良好的脱氮除磷效果,可获得并保持较好的稳定出水水质。这些表明MSBR系统与传统活性污泥法相比,对有机污染物及营养元素有相当高的去除率,并且抗冲击负荷能力很强,可以提供很好的出水水质。
MSBR中可实现污泥完全颗粒化,在70天时350μm左右的颗粒占90%以上,之后污泥继续长大且平均粒径最高达394μm。颗粒的形成对提高MSBR的抗冲击负荷能力及减缓膜污染的发生并维持较长时间的稳定运行作用明显。MSBR形成颗粒后,膜系统的清洗周期达65天,是絮体污泥清洗周期的三倍以上,也大大高于一般活性污泥膜反应器的清洗周期,说明好氧颗粒污泥与分体式膜反应器的结合对减缓膜污染有显著的改善作用。
膜表面的泥饼层阻力占到总阻力的72.24%左右,当形成颗粒污泥以后,泥饼层阻力所占比例明显减小至57%。由于颗粒污泥的形成,MSBR上清液中悬浮粒子从以10μm为主到以60μm为主,从而减小了小粒径粒子对泥饼层阻力的影响,大大减小了膜污染阻力。同时,形成颗粒后的阶段B的总阻力也明显小于阶段A,是未形成颗粒污泥时阻力的一半,说明系统形成颗粒污泥对减缓膜污染有显著作用。污泥从絮状到形成颗粒污泥,混合液特性改善,均有利于减缓膜污染的发展。MSBR系统中好氧颗粒污泥的形成,通过改善污泥混合液特性达到减缓膜污染的作用。
由于SBR的间歇出水方式,与其结合的膜反应器也采取了间歇进出水的运行方式。MSBR采取厌氧-好氧交替运行,好氧段膜间歇出水,厌氧段的设置可以使反应器系统处于更长的间歇停运状态,同时存在污泥由膜丝表面向混合液中反向扩散减少污泥沉积的过程,对减轻膜污染的发生有利。因此,膜反应器以SBR方式运行,无论一体式或分体式,均有利于膜污染的减缓。
一体式MSBR在长期运行之后的恢复再运行过程中,在进水COD200 mg·L-1~600mg·L-1时,COD去除率在92%~98%之间,出水浊度保持在0.8NTU以下,依然可获得并保持较好的稳定出水水质。在MSBR连续运行300天以后,经膜的通量恢复又连续运行200天,整个过程中污泥沉降性能较好,SVI经调控稳定在40mL/g~50 mL/g,并且有颗粒污泥生长,由此可实现长达100天的膜稳定运行。这一结果说明了SBR与膜结合的优越性,SBR的厌好氧交替和贫富营养交替的运行方式抑制了丝状菌的生长,保证了污泥的良好性能,对减缓膜污染有显著优势。
本试验结果对更好地了解好氧颗粒污泥MSBR的运行和膜污染特性并促进其实际应用,均有重要的理论和实践意义。