基于ao生物接触氧化-超滤膜工艺的小型中水处理技术研究 69页

'万方数据国内图书分类号：基曼2国际图书分类号：——硕士学位论文基于刖O生物接触氧化．超滤膜工艺的小型中水处理技术研究硕士研究生：赵堂贵导师姓名：言红墨{扛申请学位级别：王堂亟±学科、专业：巫埴科堂皇王猩所在单位：亚墟皇壹亟王捏堂随答辩日期：2Q!垒生12旦学位授予单位：壹岛理王太堂 万方数据ClassifiedU．D．C：ndex：X52DissertationfortheMasterDegreeinEngineeringRESEARCHoNSMALLWATERTREATMENTTECHNOLoGYBASEDONTHEA／oBIoLoGICALCoNTACToⅪDATIoN—ULTRAFILTRATIoNCandidate：Supervisor：MEMBRANEAcademicDegreeAppliedfor：Specialty：DepartmentofSchool：ZhaoShiguiProf．LiHongweiProf．LVMouMasterofEngineeringEnvironmentalScienceandEngineeringSchoolofMuni．AndEnv．EngDateof0ralExamination：December2014University：QingdaoTechnologicalUniversity 万方数据硕士学位论文基于A／O生物接触氧化．超滤膜工艺的小型中水处理技术研究学位论文答辩日期：zDJ妒孚肜用指导教师签字：．蚕猩答辩委员会成员签字：纠篷胯烁∥^沙锄励Ⅸ 万方数据青岛理工大学学位论文独创性声明本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得青岛理工大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。研究生签名：青岛理工大学学位论文使用授权声明青岛理工大学、中国科学技术信息研究所、国家图书馆、CDMD和DMD有权保留本人所送交学位论文的复印件和电子文档，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。本人电子文档的内容和纸质论文的内容相一致。除在保密期内的保密论文外，允许论文被查阅和借阅，可以公布(包括刊登)论文的全部或部分内容。论文的公布(包括刊登)授权青岛理工大学研究生处办理。研究生签名：氢坐量导师签名： 万方数据青岛理工大学工学硕士学位论文目录摘要荽⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯I』!L】BSTRACT⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯l第1章绪论⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．11．1研究背景⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．11．2中水回用现状⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．21．2．1国外研究现状⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．21．2．2国内研究现状⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．31．2．3小区中水回用技术⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．31．3生物接触氧化法简介⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．51．3．1生物接触氧化法原理⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．51．3．2生物接触氧化法特点⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯一51．4超滤膜技术简介⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．71．4．1超滤膜技术原理⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．71．4．2超滤膜技术在水处理中的应用⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯一71．5研究目的与内容⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．81．5．1研究目的⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．81．5．2研究内容⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯～9第2章试验装置设计与启动⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯112．1试验装置设计⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯112．1．1试验装置设计思路⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1l2．1．2试验装置设计参数⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯122．2试验装置及工艺流程⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯122．2．1试验装置构成⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．122．2．2试验装置流程⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯132．3填料、膜片、自控系统的选择⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯142．3．1填料的选择⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯14 万方数据青岛理工大学工学硕士学位论文2．3．2膜片的选择⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯162．3-3自控系统的设计⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯172．4试验装置启动⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．192．4．1挂膜启动方式⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯192．4．2挂膜启动结果讨论⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯202．5本章小结⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯一2l第3章A／O生物接触氧化．超滤膜工艺运行效果研究⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．233．1正交试验确定系统运行最优工况⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．233．1．1正交试验评价指标及评价方法的确定⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯233．1．2正交试验法确定影响因素⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯233．2试验影响因素分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．263．2．1水力停留时间因素影响⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯263．2．2气水比因素影响⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯283．2．3混合液回流比因素影响⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯303．3最优工况下系统运行效能分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯一323．3．1最优工况下系统CODcr去除效果⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．333．3．2最优工况下系统NH4+-N去除效果⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯343．3．3最优工况下系统TN去除效果⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯363．3．4最优工况下系统TP去除效果⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．373．4本章小结⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯一39第4章膜污染的控制及污染程度分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯404．1膜污染的机理⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．404．2膜污染分析方法⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯一404．3膜污染清洗方法⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯一414．4膜污染的控制及效果⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯一424．5本章小结⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯44第5章系统应用的经济效益分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯。455．1系统工程应用⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯一45Tl 万方数据青岛理工大学工学硕士学位论文5．1．1工程规模⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯455．1．2设备选型⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯465．2系统经济分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯475．2．1工程建设费用分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯475．2．2运行维护费用分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯485．3本章小结⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯49第6章结论与建议⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯506．1结论⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．506．2建议⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯51参考文献⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．53攻读硕士学位期间发表的学术论文及科研工作⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．57致谢⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯59III 万方数据青岛理工大学工学硕士学位论文摘要随着我国社会和经济的高速发展，环境问题日益突出，尤其是水环境的恶化加剧了水资源的短缺。开发出一体化小区中水回用设备，既可以解决水污染问题，又可以减少小区用水成本，具有一定的环境效益和经济效益。试验结合生物接触氧化脱氮除磷工艺的特点，前加缺氧区，采用弹性立体填料形成生物膜系统，后接膜池进行过滤分离，通过PLC自动控制技术形成一体化A／O生物接触氧化．超滤膜系统，以达到高效低耗、投资省、易管理以及脱氮除磷的目的。首先，试验初期采用人工接种挂膜法和自然富集挂膜法相结合的方式进行挂膜，17d后启动成功，CODer的去除率达到75％以上，此时缺氧区填料上生物膜呈墨黑色；好氧区填料上生物膜呈黄褐色。挂膜成功后选取水力停留时间、气水比和混合液回流比作为影响因素进行正交试验，确定系统的最优工况，并通过单一变量法考察各因素对系统运行效能的影响进行分析。结果显示，系统在最优工况下对CODer、NH4+一N、TN和TP的去除率分别为92．4％、94．07％、81．03％矛U78．99％，出水水质符合回用水要求，且CODer、Ntt4+-N和TN出水浓度满足《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GBl8918-2002)中一级A标准的要求。其次，试验考察了系统运行过程中超滤膜的污染情况及单纯水力冲洗后其跨膜压差的变化情况。结果表明，通过对膜池及膜组件进行水力清洗，TMP得到了明显的降低。最后，以处理小区生活污水为主要目的进行设计，并对系统进行经济分析和成本估算，综合考虑投资成本、运行费用和出水水质等因素，采用A／O生物接触氧化．超滤膜工艺处理小区生活污水在经济上是可行的，且从长远发展来看，该工艺作为中水回用技术将会具有更加突出的优势。关键词：中水回用；生物接触氧化；超滤膜；PLC；膜污染；经济分析 万方数据青岛理工大学工学硕士学位论文AbstractWithChina’Srapidsocialandeconomicdevelopment，environmentalissuesbecomeincreasinglyprominent，especiallyinthedeteriorationofwaterenvironmentexacerbatedtheshortageofwaterresources．Todeveloptheintegratedresidentialwaterreuseequipmentcannotonlysolvetheproblemofwaterpollutiom，butalsoreducetheresidencialwaterusingcost，whichhassomeenvironmentalandeconomicbenefits．Thetestupgradedandtransformedthebio—contactoxidationnitrogenandphosphorusremovalprocess，byaddinghypoxiaareawhichusedtoformbiofilmformationsystembeforetheprocessworked，andaddingUFmembraneeistematofiltratetheoutlet．Toobtaintheeffectsofefficiencyandlowconsumption，lowinvestment，easymanagementandthenitrogenandphosphorusremoval，anintegratedsystemcombinedwithA／Obio—contactoxidationandUFmembraneformedthroughPLCautomaticcontroltechnology．111ebiofilmformedafter17dayslaterusingthemethodofcombinedwithartificialinoculationandnaturalenrichmenthangingmembranebiofilm，whichshowingblackinkonhypoxiaareafillersanddrabonaerobiczone．Moreover,theremovalrateofCODcrwasmorethan75％．Inordertodeterminetheoptimumoperatingconditionofthesystem．allorthogonaltestwithinfluencingfactorsofbiofilmHRT,gasandwatermixtureratioandrefluxratiowasconducted．Efficiencyofsystemoperationimpactedbythosefactorshasalsobeeninvestigatedusingthesinglevariablesmethod．TheresultsshowedthataverageremovalratesofCODcr、NH4’-N、TNandTPmet92i4％、94．07％、81．03％and78．99％whenthesystemundertheoptimumoperatingcondition．Effluentwaterqualitycanmeetthedemandsofthewater，andtheconcentrationofCODcr、NH4+-NandTNreached”Urbansewagetreatmentplantpollutantdischargestandard”(GBl8918-2002)．Secondly,theUFmembranefoulingduringthesystemoperationandthevariationofTMPafterhydraulicblushwereinvestigated．TheresultsshowedthatTMPdecreasedsignificantlybyblushingUFmembranecisternaandUFmembrane．Finally,enlargeddesignhasbeenlaunchedaimingatthedomesticwastewatertreatment．Meanwhile，economicanalysisandcostestimationhavebeenstudied．TheprocessofA／Obio—contactoxidation-UFmembraneiseconomicallyfeasiblewith 万方数据青岛理工大学工学硕士学位论文consideringfactorsofinvestmentcosts，opermingcostsandeffluentquality．Furthermore，reclaimedwaterreusetechnologycharacterizedbythisprocesshasmoreprominentadvantagesinalongterm．Keywords：Reclaimedwaterreuse；Bio·contactoxidation；Ultrafiltrationmembrane；PLC；Membranefouling；EconomicanalysisII 万方数据青岛理工大学工学硕士学位论文第1章绪论1．1研究背景水是世界上最宝贵的物质之一，它存在的多与少、好与坏直接影响着所有生命体的健康发展，关系着整个地球家园的生死存亡。目前，地球表面上淡水资源的储量为2．5％，而受现有经济水平和技术水平的制约能够使用的水资源仅占淡水储量的0．34％，还不到全世界水总量的万分之一[1】。因此，地球上的淡水资源仍处于极度紧缺的状态。据相关报道可知，青岛市区的年用水量己超过2亿多立方米，等同于四个崂山水库的水资源储量。2013年夏季连续极限供水50多天，从7月3日开始，日供水量已经超过70万立方米，预示着岛城已经提前步入供水高峰期，一直保持在73、74万立方米的极限供应量，并连续攀升，8月9日达到76．37万立方米，8月17日达到76．53万立方米，再创历史新高，比往年同期高出8万立方米，是青岛市有史以来增长幅度最大的一年。高额度用水量导致供水设施长期处于满负荷运行状态，部分供水管网已经达到安全极限，极易导致管网爆管等现象的出现。因此，青岛市政府强烈呼吁市民科学合理用水【2J。近年来，随着经济水平的不断提高及城市化进程的不断加快，许多别墅、居民住宅小区、风景区和旅游区等大型场所建设起来，城市居民生活用水量和排放量不断增加，导致水资源短缺与水污染严重的矛盾现状日益激化。鉴于此，综合分析我国的人口发展、城市规划和资源利用等因素的特点，中水回用技术已经逐渐被推广开来，并取得了一定的环境效益和经济效益。所谓中水回用工程，就是把原来的“污水”变成了“资源”就地处理，应用于住宅小区、办公楼、酒店、宾馆、高等学校等大型城市设施中，对解决我国水环境问题、构建可持续发展有着不可小觑的作用。中水也被称为再生水，其水质指标介于自来水和污水之间，是城市生活污水、工业废水等经净化处理后达到国家标准，并能回用到其它领域的非饮用水[3】。目前，应清楚的认识到发展中水回用、建立全方位的中水回用系统是解决我国水环境问题的有效措施。加大中水回用技术的开发研究，加快形成系统化中水回用体系，推动循环经济示范势在必行。 万方数据青岛理工大学工学硕士学位论文1．2中水回用现状1．2．1国外研究现状El前，中水回用工程在全世界范围内有着广泛的应用，其中：以日本、美国和以色列等国最为显著。在这些国家中，园林、保洁道路和洗车等生活事项当中，疑难问题【41。处理后的中水主要用于冲洗厕所、灌溉大量的解决了当地水资源现状所带来的中水回用工程应用最典型的代表是日本【5J。在日本，污水回用发展于1962年，70年代已初见规模。到了90年代，日本全国上下开始对污水再生利用进行系统的调查研究和工艺设计，其中：以“造水计划”最被人们所关注。通过众多污水回用工作者的不懈努力和国家的大力支持下，开发出了许多污水再生处理工艺，在中水回用工程领域做出了巨大突破。同时，建立了许多“水再生工厂”[6]，用于污水就地处理利用。经过长期的研究和应用，日本的中水回用技术己达到世界领先水平，中水回用工程所提供的水量相当于全国生活用水量的0．8％t71。20世纪末期，美国开始由单一的水污染控制向多方面的水环境可持续发展转变。同时，美国联邦政府专门设立管理资源再生利用的机构，如：“美国资源再利用局”专门负责按照联邦第16号水回用基金计划，为项目提供25％的设计和建设费用以及50％的地方回用项目的规划费，并同地方政府联合支持有关回用设施的研究及前期调研工作[引。在美国，回用水的应用十分广泛，既包括了非饮用水的直接利用，又包括了饮用水的间接利用。以色列地处干旱半干旱地区，水资源极其贫乏，人均水资源占有量仅为300m3左右，这些地理环境的因素最终使其成为在中水回用方面最具特色的国家之一。为了当地的经济发展和人民生存，就需要将中水回用技术作为解决水资源问题与用水需求问矛盾的重要方法。经过长期的发展，以色列已经没有普通的淡水资源了，只能通过雨水回收处理后利用、海水淡化和废水回收利用等技术来满足人们的供水需求。因为污水再生利用的成本仅为海水淡化的1／3．1／501，所以以色列明确规定优先采用中水回用技术来缓解供水资源紧张的问题，而以色列人也普遍意识到中水回用技术的经济合理性和再生水的优越性，已经将再生水作为解决日常生活的一个重要来源。 万方数据青岛理工大学工学硕士学位论文目前，中水建设与回用技术在世界各地均获得了迅速的发展，这些国家以当地水资源的特色确定出适合其国情国力的中水回用技术，使中水回用技术越来越趋于完善。1．2．2国内研究现状我国的中水回用技术与国外相比发展较晚，但是发展相对较快。从发展脚步来看，大致可以分为三个阶段：①1985年以前是起步阶段；②1986～2000年之间是技术储备、示范工程实施阶段；③2001年以污水再生利用的提出为标志，中水回用技术步入到全面启动阶段。我国地大物博，人口众多，但淡水资源却极为短缺。随着城市化进程的加快和可持续发展理念的深入，我国中水回用工程已经逐渐兴起并备受瞩目。在国内，北京、天津、青岛等地相继建立了中水回用工程。例如：北京的高碑店污水处理厂，中水处理规模为30万rn3／d，是我国最大的中水回用工程，其出水主要用于喷洒道路、城市绿化、热电厂冷却用水和河湖补水等：天津东郊污水处理厂，中水处理规模为7万m3／d；青岛市海泊河污水处理厂建成处理规模为4万m3／d的中水回用工程，用于绿化、生活杂用和工业冷却等[10,ll】。这些中水回用工程的成功运行，为我国后续中水回用技术的开发与应用提供了宝贵的财富。但是，在我国发展中水回用工程又面临着许多问题。第一：水价太低，昂贵的中水设施使投资者的利益难以受到保障；第二：相应的配套设施不完善，中水管道无法修建；第三：缺乏合理的政策法规，难以促进污水的再生利用；第四：人们对污水再生利用的理解存在误区，不敢放心使用。面对上述问题的层层考验，我国政府和污水回用工作者更需要迎难而上，与我国国情相结合开发出更加完善的中水回用工程，为水资源的再生利用提供保障。1．2．3小区中水回用技术中水回用技术作为解决水资源问题的有效方法，应首先在单一建筑中示范应用，然后推广到新建小区再向城区发展，最终建立起完善的城市中水回用系统【12】。目前，我国已经具备建立居民小区中水回用系统的基本条件，并已日趋完善。未来政府和房地产开发商应将中水回用系统列为居民小区新建的一项重要课题，具体系统示意图如图1．1所示： 万方数据青岛理工大学工学硕士学位论文匪◆‰图1．1小区中水系统Figure．1—1Watersystemofcommunity在我国，开发出占地面积小、操作简单、管理方便的一体化污水处理装置，对污水进行就地处理越来越受到关注。目前，许多环保公司相继成立并通过自己独特的污水再生处理技术逐渐开展对中水回用工程的应用，常用于居民小区中水回用工程的工艺流程如图1．2所示：堡垤至斟垂产征}d圣卜冲瓣图l-2小区中水回用技术工艺流程Figure．1-2Processofresidentialwaterreusetechnology其中包含的方法有：1、物理法常用的物理法主要包括吸附、过滤和膜技术。这种方法主要是去除原水中的大颗粒物质以及在最终出水阶段用于污泥与污水的分离，如前述工艺流程中的格栅、膜组件等。格栅对于原水中较大的漂浮物和悬浮物有很好的截留作用；膜技术一般应用于深度处理与其它工艺组合使用，在处理的过程中，微小膜孑L径的截留作用将大分子物质、胶体微粒及微生物截留在超滤膜外侧，溶液中的溶剂和小分子物质透过膜进入低压侧作为滤液排除。2、生物法生物法一般采用活性污泥法、接触氧化法、生物转盘以及其它改良工艺等生物处理方法，如前述工艺流程中的生物反应器单元。为了使系统具有抗负荷冲击能力强、污泥产量少、维护管理方便等优点，常将传统的生物处理方法进行改进或将多种处理方法组合使用。3、化学法化学法即在污水中添加某些化学物质，通过化学反应氧化或者还原为微毒甚至无毒物质，从而使出水达标排放并进行回用，如：前述工艺流程中中水贮池前的消毒装置。4 万方数据青岛理工大学工学硕士学位论文1．3生物接触氧化法简介1．3．1生物接触氧化法原理生物接触氧化法(Biologicalcontactoxidation，BOC)也称淹没式生物滤池，其实质是在反应器内通过各种方式安置一定数量的填料，曝气系统为微生物提供氧气使其附着在填料上形成生物膜，再通过生物膜中微生物的代谢分解作用将污水中的污染物质去除，最终达到净化的目的【13】。其原理示意图如图1．3所示：∥／∥j夕’7j刊f"I．／Xii／"!／／i?／l¨，；／，。／7／一l——一、—卜ViIi∥／"／"?／?／赛、)鳖P／,,／一◆废}l／‘／i∥／．一l／／1}水}。i／。／／：／jj／。‘／，，7法f“IL‘蓑∥／，维雠_I—七∞T∥／．-／／冬≯粤考爿，一●⋯划№一N∥。形，o夕／。r，j"／夕?7—卜⋯营养盐∥o／／‘2<：么舅．·I_02，7／—L———￡of4i～一哆≯j么送氢整。。)弘蟹氧焦，)f，／／j夕-，i／／√7o+|。，擎7j’‘7I彳生嘲膜≯污水图l-3生物接触氧化技术原理示意图Figure．1-3SchematicdiagramofBCOtechnology生物接触氧化法在开始运行时，少量微生物附着在填料的表面，由于微生物的繁殖代谢分解逐渐形成一层很薄的生物膜。在溶解氧和营养物质都适当的生长环境下，微生物的繁殖速度加快，生物膜逐渐增厚，当填料上附着的生物膜发展到一定厚度时，池体内的溶解氧已经无法进入生物膜内层，好氧菌的生长受到抑制直至死亡，而厌氧菌和兼性菌在生物膜内层开始逐渐繁殖，并以死亡的好氧菌为基质，最终形成厌氧／缺氧微环境。经过一段时间后微生物在数量上开始逐渐下降，加上新陈代谢气体产物的形成和曝气设备的冲刷作用，填料上附着的生物膜丌始大量脱落。与此同时，生物膜借助填料在反应器内呈立体结构，保持着较高的比表面积，并在填料的表面形成新的生物膜，保障其在污染物的去除上保持一定的稳定能力。1．3．2生物接触氧化法特点近年来，国内外许多污水处理工作者对生物接触氧化技术均有着深入的研究，特别是在新型工艺设备开发、特色填料制备、脱氮除磷深度处理及新型曝气设备 万方数据青岛理工大学工学硕士学位论文研发、挂膜和微生物选育等方面[14,15I。在城市污水处理中生物接触氧化技术已经成为较为常见的方法之一，其具体优点如下[16]：1、抗冲击负荷能力强，可间歇运转生物接触氧化法因独特的结构特点使其具有较强的抗冲击负荷能力，在问断运行时对污染物仍能具有良好的去除效果。当断电或发生其他突发事故后，微生物均可进入休眠状态。系统重新启动后，生物膜不久便会恢复『F常。2、能够克服污泥膨胀，剩余污泥产量少在生物接触氧化系统中，良好的生长环境促使丝状菌分解氧化能力增强，提高了对有机物的去除效果。在池内，附着在填料上的生物膜脱落与增长保持着动态平衡，污泥产量少，无需设置污泥回流装置。3、占地面积小，管理方便生物接触氧化法容积负荷高，体积小，可以取较大的水深，所以占地面积比生物滤池、活性污泥法和生物转盘都小。由于没有污泥膨胀和上浮等问题，所以管理方便。4、动力消耗低生物接触氧化池内因填料的存在，对曝气设备产生的气泡具有切割作用，增强了池体内流体的紊动作用，使溶解氧传递比较均衡。同时无需设置污泥回流装置，减少了设备耗能。随着人们在污水处理领域对生物接触氧化技术的不断研究，发现了该工艺在实际应用中仍存在许多的缺点和不足，具体表现如下【17】：1、填料应用方面填料是生物接触氧化法的核心组件，不同的水质应配以不同的填料。目前研究者发现，生物接触氧化系统在运行的过程中填料易发生老化、板结等问题，严重影响系统的处理效能，给运行维护带来许多不便；而对于固定式、悬挂式填料而言，安装时填料问的横向和纵向间距都有严格要求，若填料串没有固定好，经过长时问的运行，就会左右浮动、相互缠绕，严重影响系统的稳定运行。2、工艺多段处理流程方面生物接触氧化法一般均为多段式，需根据进水水质和出水水质情况来选择适当的工艺流程。采用多段接触氧化工艺流程能提高污染物的去除效果，但会增加池体的数量，导致占地面积过大和投资成本增加。 万方数据青岛理工大学工学硕士学位论文3、污染物处理效能方面传统的生物接触氧化工艺池体结构比较单一，不存在明显的好氧、缺氧交替环境，脱氮除磷效果相对较弱。而目前应用生物接触氧化技术处理污水主要采用的是组合工艺，通过与其他工艺技术联合起来实现脱氮除磷效果的提升。1．4超滤膜技术简介1．4．1超滤膜技术原理超滤膜是一种具有广泛应用前景的膜法分离技术，被西方科技界称为21世纪最具发展潜力的高新技术，并广泛应用于物质的分离、浓缩和提纯【l引。近年来，超滤膜应用技术迅速发展，从家用净水器，到现代化工业生产，从普通民用到高新技术产业都有着不同程度的应用，特别是在污水深度处理方面更具有极大的使用价值。通常认为超滤膜技术是一种分离过程，在外界压力的作用下，原溶液中的溶剂和小分子溶质从高压侧透过膜进入低压侧，而大分子物质被膜拦截在膜外侧，使膜外侧的浓度增大，形成浓缩液。此外，超滤膜的分离特性还体现在膜材质与待分离物质之间的相互作用上，通过这些相互作用力，使某些溶质在膜孔表面上附着或停留在膜孔内，从而达到分离的特性。具体原理如图1—4所示：圈压力P弋穸膜图1_4超滤膜原理示意图Figure．1—4Schematicdiagramofultrafiltrationmechanism1．4．2超滤膜技术在水处理中的应用随着经济的快速发展和废水处理技术的不断完善，人们对污水排放标准的要求越来越高，传统的污水处理工艺出水水质很难达标且不能带来理想的经济效益，这使得许多企业很难愿意再出额外的资金用于污水处理，间接导致了乱排乱放现象的产生。人口的增长和用水量的不断提升也导致了水资源日益短缺，这就要求 万方数据青岛理工大学工学硕士学位论文人们能够合理的利用水资源且达到循环利用的效果。因此，各种高效可行的污水处理工艺相继产生，其中膜技术就是最受关注的技术之一。超滤膜技术具有压力低、耗能低、无相变和分离效率高等特点，近年来在污水处理领域中得到了迅速发展，特别是在石油废水、食品废水、造纸废水和纺织印染废水的处理中得到普遍应用[19]。研究发现，将超滤膜技术与其它污水处理工艺相结合用于城市污水的深度处理，可以去除水中的大肠杆菌和细菌，将悬浮物隔离在膜外侧，在一定程度上降低了污水中各污染物质的浓度，获得较好的出水水质。孙德栋‘201等用RS50型超滤膜对山西铝厂生活污水站的出水进行深度处理，进水CODcr，SS，TP和硫化物的浓度分别为31．7mg／L，18．0mg／L，2．2mg／L，1．4mg／L，大肠杆菌>230个／L，经超滤膜处理后的出水符合《生活杂用水水质标准》(CJ25．1—89)的要求。吴光‘211等以高碑店污水处理厂二级出水为处理对象，建立了出水500t／d规模的超滤试验装置，该系统连续运行了约100d，超滤膜性能稳定，出水水质达《生活杂用水水质标准》(CJ25．1．89)的要求。超滤膜技术在污水处理领域中的应用越来越广泛，而目前研究的主要内容更倾向于以下几点：①降低膜组件价格，减小因价格偏高带来的限制作用；②通过污水处理工艺的改进，使膜污染降到最低，提高分离效率，减少投资；③特殊膜产品的开发利用，主要适用于高pH、高温等，而无机膜的产生则在这方面有可能实现突破【22|。实践证明，将超滤膜技术与其他污水处理工艺相结合应用在中水回用工程能发挥出巨大的作用，并在未来的污水处理领域中占据主导地位。1．5研究目的与内容1．5．1研究目的鉴于我国水资源缺乏与水环境污染的矛盾现状，综合分析我国人口发展、城市规划和经济增长等因素的特点，合理利用现有的水资源，建立居民小区中水回用系统，进而提高水的再生利用率，减少污水排放总量，改善自然水体的水质，做到资源利用与可持续发展的和谐统一。传统的生物接触氧化工艺处理效率高、投资省、适应性强、运行管理方便，但也存在处理效能相对单一、脱氮除磷能力较低等缺点。而目前国家污水排放标准越来越高，脱氮除磷逐渐成为污水处理的重要方向，因此传统生物接触氧化工 万方数据青岛理工大学工学硕士学位论文艺的应用受到限制，需要对其进行改造，以适应当前水处理行业的发展趋势。通过在传统生物接触氧化池增设缺氧区，并与超滤膜技术和PLC自动控制技术优化组合，形成一体化A／O生物接触氧化．超滤膜系统，通过系统运行效能的试验研究分析，考察该系统在小区中水回用技术领域方面的可行性，并对其经济效益进行可行性分析，为一体化小区中水回用提供一个可行的技术方案。1．5．2研究内容试验主要以新组建的一体化A／O生物接触氧化一超滤膜工艺为研究对象，具体研究内容如下：1、试验装置的设计与组装。2、一体化A／O生物接触氧化一超滤膜工艺前段工序采用人工接种挂膜法和自然富集挂膜法相结合的方式进行挂膜启动。3、挂膜成功后通过正交试验分析水力停留时间、混合液回流比和气水比等因素对系统运行效能的影响，最终确定系统的最优工况。4、在最优工况下连续运行，考察系统对CODcr、NH4+-N、TN、TP的去除效果和达标情况并进行分析。5、A／O生物接触氧化．超滤膜工艺膜污染机理及膜污染情况分析。6、对A／O生物接触氧化一超滤膜工艺进行经济分析，对实际工程的建设费用和运行成本进行估算。具体的技术路线如图1．5所示：9 万方数据青岛理工大学工学硕士学位论文；：磊柔磊}_丁i赢磊磊藁研E王j⋯：iij三二二二】i经济分析．r一工程建设费用分析与运行维护费用分析『]二：：——i萼兰墼i图l-5技术路线图Figure．1—5Technologyroadmap10理论基础阶段试验研究阶段T二二一结论L。，．，1．1．1．1．1．．．．．．．．．一 万方数据青岛理工大学工学硕士学位论文第2章试验装置设计与启动2．1试验装置设计设计试验装置，首先要掌握污水的进水水质及出水达标水质情况，明确所要研究的污染物质及主要的影响参数，画出系统工艺流程图，确定运行方式，然后在此基础上结合他人的设计经验及处理效果分析，选择恰当的设计参数，确定装置各分区的尺寸大小，最后根据系统的运行条件配备所需的其它设备等。2．1．1试验装置设计思路一体化中水回用装置在设计的过程中应兼顾到以下几点：占地面积小，经济效益高，可操作性强，污泥产量少，膜污染度低等。因此，结合生物接触氧化脱氮除磷工艺的特点，对其进行改良，组合成A／O生物接触氧化．超滤膜系统。具体设计思路如下：1、在传统的生物接触氧化池前端增设缺氧区，形成一体化的A／O生物接触氧化反应器。2、采用竖向推流方式运行，污水由缺氧区顶部进入，经过缺氧区后由底部进入好氧区。在生物接触氧化反应器内污水与填料上附着的微生物充分接触，通过曝气设备提供氧气促进微生物代谢分解，进而达到去除污染物的目的，同时将膜池内的混合液回流至缺氧区内实现反硝化脱氮。在反应器的每一个工作区内表现为完全混合式，整体表现为推流式，对于培育不同优势菌种、提高系统对不同污染物质的处理效能均有重要意义。3、A／O生物接触氧化池内悬挂弹性立体填料，通过填料上附着的不同优势菌种进行不同的代谢反应。缺氧区内主要进行反硝化脱氮和厌氧释磷，好氧区内主要进行有机物的去除和氨氮的硝化等。4、在生物接触氧化池的末端连接一个膜池(内设混合液回流泵)，将超滤膜技术与污水生物处理技术有机的结合起利23，241。通过三菱公司生产的SADF2590C型中空纤维膜出水，使污染物去除效果更显著，从而达到中水回用的目的。5、应用三菱公司出产的FX．2N系列的可编程控制器(Fx2N一32一MR001)进行编程，对整个系统的工艺流程进行自动控制。 万方数据青岛理工大学工学硕士学位论文2．1．2试验装置设计参数1、试验用水水质指标试验污水来源于青岛理工大学排污口处综合污水。根据试验初期水质的检测及相关文献[25,26]参考可知，进水各污染物浓度如表2．1所示：表2-1进水水质!璺坠!垒!：!望!!!g望旦苎!!!g坚苎!i箜竺!!翌!旦!CODcr(mg／L)NH4+-N(mg／L)TN(mg／L)TP(mg／L)200-40030～6040～803-6出水用于回用，需满足《城市污水再生利用城市杂用水水质标准》(GB／T18920．2002)的要求。2、设计装置主要参数A／O生物接触氧化．超滤膜工艺的主要设计参数是在理论分析的基础上，结合类似工程经验及设计规范所得，具体参数如表2．2所示：表2-2工艺设计参数!璺垒!竺：兰：兰旦!!ig望已璺!兰竺!!生!121P竺!箜!项目参数日处理规模水力停留时间填料填充率气水比回流比2m3／d12h70％16：1200％2．2试验装置及工艺流程2．2．1试验装置构成本试验装置主要由生物接触氧化池、膜池和中水池三个池体构成。其中：1、生物接触氧化池生物接触氧化池为不锈钢制品，箱体尺寸为1．2m×0．8mxl．3m(LxWxH)，内部设一隔板将池体分为缺氧区和好氧区两部分：体积比为1：3，隔板下部为敞开式，与池底相距0．1m。2、膜池膜池为不锈钢制品，为了符合膜片的大小，将箱体尺寸设计为1．4m×0．4mxl．0m(LxWxH)，与生物接触氧化池末端相连，内部放置中空纤维膜组件。 万方数据青岛理工大学工学硕士学位论文3、中水池中水池为不锈钢制品，箱体尺寸为O．5m×O．3m×0．4m(LxWxH)。距箱体项50mm处设进水口，箱体底部设有排水管，与屋内地漏相连，处理后的污水由下水道排出。2．2．2试验装置流程具体的污水处理系统流程及工艺流程如图2．1、2．2所示：硝化漓回流图2-1污水处理系统流程图Figure．2-1FlowchartoftheSewagetreatmentprocess出水回用lk吨‘④o一o三r—*‘三。0i三P1三土抽l‘。l三o三r、再=苎厂、≥≤妻E曝气装置；涔Q肖凳l"／／／／／／／r／／／／／／／／／／／／／／／，，，，，，，，，，，／，／，，，／，。／，，一，1／，，，／，，，，／，／，，，，／／／，，，，，／，，／，，厂，／，／，7，o进水0生物接触氧化池出水@缺氯区⑤膜池0好氧区④中水池PLg自动控制柜图2-2工艺流程图Figure．2-2Flowchartofthesystem反应器运行时，污水由提升泵提升至缺氧区顶部，自上而下流过隔板进入后续好氧区，在生物接触氧化池内污水与填料充分接触，通过填料的截留、吸附以及填料表面生物膜的氧化降解作用，将各种污染物有效去除，净化后的出水进入膜池。在膜池内装有回流泵，使膜池内的混合液回流至缺氧区，通过反硝化进一步达到脱氮的目的。在生物接触氧化池进水的同时，由曝气泵通过曝气盘进行曝气，通过调节阀门来控制曝气量及气水比。膜池中装有曝气管，对中空纤维膜进行冲刷，防止污染物在膜表面的吸附和沉积从而导致膜通量的下降。同时，系统 万方数据青岛理工大学工学硕士学位论文在运行的过程中通过PLC自动控制，抽吸泵间歇抽吸、中空纤维膜过滤出水进入中水池，最终排出。2．3填料、膜片、自控系统的选择2．3．1填料的选择填料泛指被填充于其它物体中的物料，在生物接触氧化法处理污水领域中，填料是生物膜的骨架部分，其存在的形式、产品的性能直接影响着池体中微生物的总量、水流状态、氧利用率和废水与生物的接触情况等，在生物接触氧化处理工艺中扮演着重要的角色。同时，它费用的高低也直接关系着生物接触氧化系统总体建设费用的多少，因此选择恰当的填料很有必要。一般来说，用于生物接触氧化工艺的填料应具有以下特剧27]：1、水力特性方面：比表面积大、分布广泛、空隙率高、阻力小、水流通畅等。2、附着性方面：材质具有一定的生物膜附着性，表面粗糙度大，尺寸均匀且与微生物有一定的静电作用。3、化学性质方面：稳定性强，有较长的使用寿命，不导致二次污染且无有毒有害物质出现。4、经济方面：价格实惠，同时也要兼顾运输方便和安装便利等因素。目前，按生物填料安装方法，填料大致可分为固定式、悬挂式和分散式等几种类型【28-301，具体详见表2．3：表2-3常见填料介绍Table．2．3IntroduceofseveralfiIlers填料类型常用填料填料介绍填料图样空隙率大，韧性好，质量轻，化辘蜂窝学稳定性强；但其表面光滑且比表面撩填料积小，导致生物膜量少且容易脱落，固定式填料堵塞填料艮。甏孔径相对较大、不易堵塞，流程。_i-，：lj_霸+l波纹板堪长、处理效果好，且方便运输；但通填料道内水体不均匀流动导致供氧溶解偏差，严重影响生物膜的代谢生长14 万方数据青岛理工大学工学硕士学位论文悬挂式填料软性填料填料材质为软性纤维束，拥有众多纤维丝，减少填料堵塞；但安装时较为不便，且增加了池体内部结构，纤维束容易结团，导致断丝、断裂丽万1曛j0套参簟j童|_砖半软性填料不易发生堵塞和断丝等现象；但由于表面光滑，微生物很难附着斓尊目黪镶舜黼蔼蒋l黪翼獬隆灞瀚警黼舔囊鳞赫冁蝴鳟辫蠲嘲辍臻嫡嘲馘鎏鐾錾整霸融淘麓蕈融组合填料重量轻、比表面积大、好氧传质效率高，且具有抗酸碱性、耐老化等特效瓣弹性立体填料弹性丝由中心向周围延展，具有很大的空隙率、切割气泡能力增强，提高供氧利用率E耋1分散式填料环状悬浮填料具有比表面积大、利用率高、不堵塞、使用范围广等特点，主要用于印染、制药等工业废水处理藤柱状悬浮填料挂膜容易、通气性好且不易堵塞和板结，生物膜活性高、更新速度快多面空心球填料球状填料，在球体赤道处有一加固环，花瓣向四周延展，叶片多，阻力小，比表面积大，自由空间较大，耐高温圈‘，舔’冀羹融一组合悬浮填料分为内外双层，外层为渔网状空心球，内层为可旋转球体，主要作为生物膜载体，还具有截留悬浮物的作用，生物膜附着力强、挂膜快、不受水流影响等优点 万方数据青岛理工大学工学硕士学位论文对原水水质及实际调查情况分析，本试验决定采用悬挂式填料中的弹性立体填料，其兼具软性填料和半软性填料的优点，是生物接触氧化法中比较常见的填料之一。弹性立体填料采用特殊的拉丝，选择精良的材质及生产工艺制成弹性立体填料的单体，刚柔适度；将特制的丝条穿插在中心绳上，呈雪花状向四周辐射，既能使生物膜很好地附着，又能起到切割气泡的作用。填料在生物接触氧化池中的有效区域内保持着全方位立体结构，使固液气(生物膜、水、气)三相充分混合接触。与其他填料相比弹性立体填料散热性好，布水、布气性能好，挂膜容易，且比表面积较大，使用寿命较长，造价便宜，是～种节能型的污水处理填料，对于规模不大的中水回用工程具有广阔的应用前景。弹性立体填料各项性能参数如表2．4所示。表2-4弹性立体填料性能参数!璺垒堡：三：兰呈兰!!垒!翌翌翌￡竺罂!翌翌!!!垡2111登壁!￡!望生!填料直径比表面积F丝条直径成品重量m挂膜重量M(mmm)(m2／m3)D(em)(kg／m3)(kg／m3)m1602800．0451．966m180265O．0451．862(I)2002500．0451760根据本试验装置的设计，选用16根直径为200mm的弹性立体填料，其中缺氧区内放置一排(4根)，好氧区内放置三排(12根)，每根填料长800mm，填充比为70％。填料上部固定在生物接触氧化池池顶的可移动钢条上；下部悬挂一均匀重物，一方面是将填料拉直防止蜷缩，另一方面是防治在曝气过程中填料漂浮影响系统正常运行。2．3．2膜片的选择中水回用设备所用的膜组件不仅要求小型化和高产水量，同时还应考虑膜的成本、化学稳定性、热稳定性和抗污染能力等因素。膜孔径是选择膜组件时必要把握的一个关键要素。在污水处理过程中，膜组件和混合液中的胶体、乳浊液、悬浮液和大分子溶质相接触，膜表面或膜孔对污染物的吸附、沉积导致膜通量下降，所以选择合适的膜孔径对系统出水水质和工艺运行的稳定性极其重要。MasaruUehara研究认为考虑到活性污泥状态与水通量，最好选择0．10～O．40／am孔径的膜【311。本试验选用SADF2590C系列中空纤维超滤16 万方数据青岛理工大学工学硕士学位论文膜，日本三菱丽阳公司生产，材质为聚乙二烯氟化物薄膜(PVDF)，膜孔径为0．4urn，其主要特征嘲为：1、膜通量大：清水通量大，单个膜片的处理效能增强，占地面积小。2、节能：单体膜通量得到明显提高，处理能力增加，所需膜片数量减少，降低辅助设备的使用量，减少了膜组件的安装空间。3、容易维护：膜材质采用聚乙烯，化学稳定性高，耐氧化性强，清洁效率提高，能够实现系统长期稳定高效运转。中空纤维膜具体如图2—3所示：|_，i篓。≯j{{曩鬟_j。。警i图2-3中空纤维膜Figure．2-3Thehollowfibremembrane根据整个反应器容积大小和运行的可行性，以及设计处理水量可知，选择试验用膜2片，总膜面积为6m2，设计膜池内的曝气量为Q=67m3／h。2．3．3自控系统的设计A／O生物接触氧化．超滤膜系统是由A／O生物接触氧化工艺和中空纤维膜相结合的污水处理方式，这种运行方式使得硝化和反硝化作用能够在单个反应器内同步进行。在整个系统运行的过程中，需要对所有动力设备和计量设备等进行控制，同时也需要对系统运行周期、抽吸泵运行时间等参数进行调节。为了满足以上要求，试验采用PLC可编程控制器实现对反应器的自动控制，因具有可靠性高、经济实用、操作方便等优点，对A／O生物接触氧化一超滤膜工艺在中水回用工程中的应用推广具有重要意义。1、系统自动控制的要求为了使A／O生物接触氧化一超滤膜系统能够安全、可靠、稳定地运行，且出水水质达到预期的排放标准，需要对下面3项进行自动控制： 万方数据青岛理工大学工学硕士学位论文①抽吸泵的控制A／O生物接触氧化一超滤膜系统内中空纤维膜的运行方式是恒流间歇式的，这样不仅能减缓膜片污染的速度，也能延长膜片的寿命【33,34]。因此，对出水抽吸泵的要求为：运行9min，停止3rain，每天运行18h。②污水提升泵的控制在膜池中装有液位控制计，当检测到预设的最低水位时抽吸泵停止运行，当检测到预设的最高水位时污水提升泵停止运行。这样既能使膜池中的水不会溢出，也能保证膜片不受损害，使系统安全稳定的运行。③其他设备的控制将曝气泵与混合液回流泵均连接到PLC控制的电路上，实现系统的一键启动与停止。2、可编程控制器设计PLC与电器回路通过输入输出部分(I／O)完成。输入模块将检测到的电信号转变成数字信号输入PLC系统，经过PLC系统的分析，输出模块又将数字信号转变成电信号，实现对各组件的控制。可编程控制器主要由电源、输入输出接口、中央处理器、存储器和外接设备组成【35l，具体如图2—4所示：『编程器}I．一外存储器1．．．．．．．J设匾]区统程序用户程序J抑机卜一接口、＼一／输-JCPUl—一辅接收现场精A信号人(中央处理器)A驱对外部受拧元件(用户输^设各)接●接(用户籀＆设釉口·J电源卜口图2-4可编程序控制器的组成结构Figure．2—4Thecompositionstructureofaprogrammablecontroller本试验选择三菱公司出产的FX一2N系列32点继电器输出的可编程控制器(FX2N．32一MR001)进行简单编程，如图2．5所示： 万方数据青岛理工大学工学硕士学位论文图2-5PLCFigure．2—5PLC3、程序梯形图试验运行过程中起主要控制作用的的程序梯形图‘36，371如图2-6所示：图2-6程序梯形图Figure．2—6Programladderdiagram启动按钮(IUN)，x0接通，系统正式运行，K5400设定为抽吸泵运行时间为9min，9min后抽吸泵停止，K1800表示抽吸泵停止时间为3min。为了防止膜裸露引起膜通量下降和膜池混合液的溢出，当膜池水位达到预设的最高水位时污水提升泵停止工作；当膜池水位达到预设的最低水位时，出水抽吸泵停止工作。2．4试验装置启动2．4．1挂膜启动方式生物膜是整个生物接触氧化技术的核心部分，它活性的高低直接影响着水处理系统处理效能的好坏。因此，选择恰当的挂膜方式对生物膜系统的启动和运行至关重要。生物接触氧化常用的挂膜方法有：自然富集挂膜法和人工接种挂膜法。自然富集挂膜法不需要引进接种污泥，利用原水中已有的各种微生物，使其吸附 万方数据青岛理工大学工学硕士学位论文到填料表面，先以小负荷进水，使微生物逐渐接种在填料表面，慢慢附着生长，积累反应器内的微生物量，然后再逐渐增大进水负荷，使微生物慢慢适应生存环境，直至挂膜完成。自然富集挂膜形成的生物膜较为稳定，但挂膜周期较长。人工接种挂膜法是向反应器内投加富集了能够分解污染物的菌种载体(如接种污泥、河流底泥、土壤表层土等)，载体中的微生物吸附在填料上，摄取污水中的营养物质，进行新陈代谢并逐渐在填料表面生长、增殖，形成成熟的生物膜。人工接种挂膜法的挂膜时间较短、效果较好，但生物膜稳定性方面较自然富集挂膜法差。试验采用人工接种挂膜法和自然富集挂膜法相结合的方式进行挂膜。在生物接触氧化池内悬挂弹性立体填料，填充率为70％。接种污泥取白青岛海泊河污水处理厂回流污泥，污泥活性良好，镜检可见大量草履虫、轮虫等。其启动过程为：在挂膜初期将接种的活性污泥移至反应器内，加污水灌满，然后采用“曝气lOh，静沉2h，排掉上清液”的方法进行循环操作；运行三天后开始小流量逐渐进水直至设计值。在挂膜运行的过程中曝气量的大小直接影响微生物在填料表面上的吸附，故结合本试验和查阅相关资料可知，启动阶段反应器内缺氧区DO控制在0．5mg／L以下，好氧区DO控制在2～4mg／L之间。挂膜开始后主要检测的指标为CODcr，同时观察好氧区生物膜的颜色和厚度。当发现填料表面覆盖有一层薄薄的黄褐色薄膜，且CODcr的去除率达到75％以上并保持相对稳定，则说明挂膜启动基本完成。挂膜前后填料对比如图2．7所示：图2．7生物膜挂膜前后对比Figure．2—7Comparisonbeforeandafterthebiofilmtrainingperiod2．4．2挂膜启动结果讨论1、CODcr的去除效果与挂膜时间的关系20 万方数据青岛理工大学工学硕士学位论文挂膜启动过程中CODcr的进出水浓度及去除率如图2．8所示：图2．8CODer进出水浓度及去除率Figure．2·8Influent／EffluentconcentrationandremovalratioofCODcr经过“闷爆一静沉一排掉上清液”操作后，填料表面开始逐渐出现有少量灰色绒毛状的生物膜。图2．10所示为整个挂膜过程中CODcr进出水浓度及去除率随时间的变化规律。在开始阶段，填料表面附着的生物膜量较少，CODcr的去除率不高，填料的物理截留吸附占主导地位。随着挂膜时间的延长，填料表面附着的微生物量逐渐增多，开始出现一层薄薄的黄褐色薄膜。同时随着系统进水流量的增加，CODcr的去除率并没有下降，反而逐渐攀升直至达到稳定，最终去除率达75％以上，此时系统出水CODcr的浓度为60mg／L，表明系统挂膜基本完成。由以上图表及数据分析可知，系统经过17天的挂膜操作后已经完成了异养细菌和硝化细菌在生物膜表面的成功附着。2．5本章小结为了使中水回用工程的相关工艺得以逐步推广，本着经济节能的设计原则开发了A／O生物接触氧化．超滤膜系统。将生物接触氧化池前端增设缺氧区、末端连接膜池，以实现装置的一体化，并通过膜池内的硝化液回流达到脱氮除磷的目的。同时，对系统所需的各组成部分进行分析对比和选择，熟悉掌握试验所需分析的各项指标及其分析方法。 万方数据青岛理工大学工学硕士学位论文反应器采用人工接种挂膜法和自然富集挂膜法相结合的方法进行挂膜，系统在17d后处理效能处于稳定阶段，CODcr去除率达75％以上，说明系统可以投入稳定运行。此时A／O生物接触氧化池内的微生物主要以附着型微生物为主，少量的游离型微生物为辅。 万方数据青岛理工大学工学硕士学位论文第3章AdO生物接触氧化一超滤膜工艺运行效果研究本章首先通过正交试验确定A／O生物接触氧化一超滤膜系统的最优工况，然后考察系统在最优工况下对各污染物的去除效果及出水回用的可行性进行分析。3．1正交试验确定系统运行最优工况正交试验设计，就是利用事先制定好的正交表格安排多因素试验，并对所得试验数据进行合理化分析。它简单易行，计算表格化，是促进生产率提高的一种有效工具，从而被广泛应用于科学研究、产品设计及工艺改进等技术领域‘381。3．1．1正交试验评价指标及评价方法的确定本次正交试验的目的是确定AdO生物接触氧化一超滤膜系统处理生活污水的最优工况，为了反映评价因素对系统去除效果的影响，选取系统对各污染物的去除效率作为试验的评价指标。采用综合评分法对正交试验结果进行分析，选取水力停留时问、气水比和混合液回流比作为正交试验的3个因素，每个因素均设置3个水平，以此建立3因素3水平的正交试验。本阶段在每个工况下均稳定运行3d，连续检测系统进出水CODcr、N144+．N和TN的浓度。3．1．2正交试验法确定影响因素试验设计：水力停留时问(因素A)、混合液回流比(因素B)和气水比(因素C)作为考察指标，采用L9(34)正交试验表进行试验，具体的正交试验因素水平表见表3一1．3-1正交试验因素水平表——．——!璺垒!!：兰二!Q!坐旦墨旦坠垒!!垒!!旦!!!!竺!!璺垒!!水平因子水力譬留时间A混合液回流比B气水比C 万方数据青岛理工大学工学硕士学位论文按照上述方法分别测定CODcr、NH4+-N、TN的去除率，正交试验结果见表3-2。严格按照正交表要求，安排试验并获得数据后，需要对数据进行单项指标极差分析，以便从中找到最优条件。l、计算第j水平的试验结果总和Ko：墨l=乃+y2+乃=249．45+257．48+257．32=764．25(3—1)K12=M+％+乃=249．45+259．40+262．29=771．14墨3=Yl+％+强=249．45+261．20+265．71=776．36K21=Y4+Ys+甄=259．40+263．11+261．20=783．71K22=Y2+Y5+Ys=257．48+263．11+265．71=786．30K23=Y2+乃+Y9=257．48+259．40+266．34=783．22坞】=Y7+Y8+Y9=262．29+265．71+266．34=794．34玛2=乃+％+乃=257．32+261．20+266．34=784．86玛3=乃+Y5+y7=257．32+263．11+262．29=782．72(3-2)(3—3)(3．4)(3-5)(3—6)(3．7)(3-8)(3．9)2、计算巧的平均值巧2÷巧，其中f表示在第歹列上，水平f出现的次数。瓦：二1K11：_764-．25：254．75(3—10)琢=j1K12-半_257．05(3-⋯瓦：昙墨3：_776-．36：258．79(3—12)瓦：昙K，：掣-261．24(3．13)巧：二1K22：_786-．30：262．10(3—14)i：二1K23：_783-．22：261．07(3—15)瓦：二1K31：_794-_．34：264．78(3．16)瓦：二1K32：—784-．86：261．62(3—17)24 万方数据青岛理工大学工学硕士学位论文一K33：寻如：墨罢：260．91J3、计算极差Ri墨=max{K1l，琏1，K31)一min{x-,1，K21，玛1)=264．78-254．75=10．03Rz=max{X12，屹，憋2}一min{K_12，坞2，玛2}=262．10-257．05=5．05马=max{K13，K23，坞3卜min{K]3，K23，骂3)=261．07—258．79=2．283-2L9(34)正交试验方案及试验结果(3—18)(3．19)(3—20)(3—21)：≮．ABC污染物去除率％综合试验号＼CoDcrNH4+-NTN评分1l189，5493．3666．55249．4521286．5293．9177．05257．483l385．2993．6578．38257．3242l288．7893．6177．01259．4052390．4493．5279．15263．11623190．8492．6477．72261．2073l390．0192．5479．74262．29832l92．3993．0380．29265．7193292．9593．2280．17266．34毛764．25771．14776．36K2j783．71786．30783．22KjI794．34784．86782．72K，254．75257．05258．79K2，261．24262．10261．07K3I264．78261．62260．91极差R10．535．052．28因素主次ABc优方案A382C2由表可知，极差R越大，在水平方向该因素的变化对系统处理效果的影响越．i大，说明该因素越重要。根据试验结果综合评分分析可知，在各因素选择的范围内，其影响力从大到小排序为：A>B>C。 万方数据青岛理工大学工学硕士学位论文K11，K：。，玛。之间的差别仅仅是由A。，Az，A。引起的，而与B，C取什么水平无关，因此可以通：过max(K1，，K，。，K3，)确定A的最佳水平，故系统取得最好的去除效率的方案为：且置C’。综上所述，可确定A／O生物接触氧化．超滤膜系统的最优工况：水力停留时间为12h，混合液回流比为200％，气水比为16：1。3．2试验影响因素分析3．2．1水力停留时间因素影响水力停留时间是指污水在反应器内的平均停留时问，也就是污水与生物反应器内微生物相互作用的平均反应时间。它是生物接触氧化法的一个重要运行参数，直接影响着微生物的代谢生长和系统的处理效能‘391。在污水处理的过程中，微生物的代谢分解需要一定的反应时间，停留时间越长，出水水质越好，但投资费用相对增加。因此，在选择适当水力停留时间的同时应考虑其投资费用所带来的经济问题。水力停留时间的长短在池体内影响了水体的流态，决定了填料上附着生物膜的厚度，影响着污染物在水体和生物膜之间以及生物膜内部的传质作用。水力停留时问变小，水体与填料之间的相互作用力增强，微生物的活性增强，传质效率得到提高，但停留时间过短又会影响污染物与填料上生物膜的接触时问，水处理效果降低，甚至由于水力冲刷作用过强，造成生物膜受外加冲刷力的作用过大而流失。因此，本试验选取水力停留时间为8h、10h、12h、14h，在回流比200％、气水比1：16的条件下，分析水力停留时间对系统去除CODer和NI-h+-N的影响效果。1、在不同水力停留时间的情况下系统对CODer的去除效果如图3．1所示： 万方数据青岛理工大学工学硕士学位论文蛊g￥蜊蓬占oU水力停留时间／(h)呸刁进水浓度口出水浓度一_一去除率图3-1不同水力停留时间下CODcr的去除效果Figure．3—1RemovaleffectofCODcrunderdifferentHRT由图可知，随着水力停留时间的增加，系统对CODcr的去除率呈现先上升后下降的趋势，平均去除率分别为85．76％、90．96％、93．84％、86．97％。经分析可知，在进水污染物浓度相差不大的情况下，水力停留时间的长短决定了污染物与系统内微生物作用的平均反应时间。随着水力停留时间的增加，生物膜上的微生物与污水中的污染物接触时间不断增加。因此，当污水流经系统时，由于与生物膜上的微生物接触时问越来越长，缺氧区中厌氧菌和兼性厌氧菌有充分的时问将污水中难降解的大分子有机物分解为容易被微生物利用的小分子有机物，从而提高了污水的可生化性；同时，随着水力停留时间的延长缺氧区反硝化菌等异养细菌对污水中有机物的吸收利用也逐渐增加。但是，当水力停留时间增加到一定时间以后，污水中大量的有机物在缺氧区中被氧化分解，导致好氧区内的CODcr负荷过低，生物膜上的微生物得不到足够的营养物质而老化、脱落，导致处理效率下降，从而使出水CODcr浓度上升；另外，脱落的生物膜随水流进入膜池，间接地增加了出水CODcr浓度。因此，随着水力停留时问的继续增加，系统对CODcr的去除率不但没有提高反而有所下降。2、在不同水力停留时问的情况下系统对NH4+-N的去除效果如图3—2所示： 万方数据青岛理工大学工学硕士学位论文：、商吕≤瑙蠖Z+t士Z水力停留时I"M／(h)囫进水浓度口出水浓度一·一去除率图3-2不同水力停留时间下NH4+-N的去除效果Figure．3-2RemovaleffectofNH4+-NunderdifferentHRT由图可知，在不同水力停留时间的情况下系统对NH4+-N的平均去除率分别为83．75％、92．02％、94．25％、94．52％，呈不断上升的趋势。经分析可知，污水中NH4+-N的去除主要依靠的是系统中微生物生长繁殖对NH4+-N的同化吸收作用以及硝化细菌进行的硝化反应。当系统水力停留时间较短时，缺氧区对有机物的吸收利用较少，从而好氧区内的有机负荷偏高，硝化细菌生长受到抑制；而随着系统水力停留时间的延长，缺氧区内的微生物对有机物的吸收逐步增多，一方面加快了异养细菌的繁殖作用，使得微生物对N地+-N的同化吸收量加大，另一方面降低了好氧区内的有机负荷，为硝化细菌的生长提供了良好的条件，因而生物膜上的硝化细菌活性增强且繁殖速度加快，大量的NH4+-N通过硝化细菌的硝化作用转化为硝态氮而得到去除。然而，随着水力停留时间的进一步增加，缺氧区内微生物的水解酸化作用不断增强而产生大量的酸性物质使系统内的稳定环境受到破坏，导致DH值下降，抑制了硝化反应的进行，因此系统对NH4+-N的去除率上升后开始趋于平缓。3．2．2气水比因素影响气水比为好氧区内每小时通入的气体量与每小时流入的污水量之比，其取值的多少影响着系统溶解氧的含量。生物接触氧化法主要依靠的是附着在填料上的∞：}；∞帖加：5；∞巧{己侣佃5o 万方数据青岛理工大学工学硕士学位论文生物膜作用对污水中的污染物进行去除，溶解氧含量的高低直接影响着填料上微生物的代谢分解。溶解氧含量不足时会对好氧微生物的生长产生抑制作用；溶解氧含量过高时会促进微生物的氧化作用，加速生物膜的老化、脱落，同时过高的溶解氧通过混合液回流进入缺氧区还会破坏缺氧区内的缺氧环境及微观厌氧环境，抑制反硝化细菌的活性及影响聚磷菌的厌氧释磷作用，导致系统出水水质恶化。因此，本试验选取水力停留时间为12h，回流比200％、气水比为1：12、1：14、1：16、1：18的条件下，分析气水比对系统去除CODer和NH4+-N的影响效果。1、在不同气水比的情况下系统对CODer的去除效果如图3．3所示：蛊g￥世避b凸8气水比臣刁进水浓度口出水浓度一一一去除率图3-3不同气水比下CODer的去除效果Figure．3-3RemovaleffectofCODerunderdifferentgas-waterratio由图可知，在气水比分别为1：12、1：14、1：16、1：18的情况下，系统对CODer的平均去除率分别5．92％、90．46％、93．37％、89．59％，呈现先增加后降低的趋势。经分析可知，随着系统气水比的增加，一方面增加了好氧区内的溶解氧浓度，形成良好的好氧环境，促进了生物膜上好氧异养茵的生长，对污水中的有机物的吸收代谢作用增强；另一方面，气水比的增加同时加强了气泡对填料上生物膜的冲刷作用，促进老化的生物膜脱落，加快了生物膜的更新速度，使生物膜上的微生物能够保持较高的活性，因此开始时系统对CODer的去除率随着气水比的增加而增加。当气水比进一步增加到1：18时，此时气泡会对填料上的生物膜29 万方数据青岛理工大学工学硕士学位论文产生强烈的冲刷作用，不利于微生物在填料上附着生长；另外，过强的曝气还会将好氧区内的少量污泥絮体打碎，使大量的污泥悬浮物进入膜池，影响膜组件的出水效果。2、在不同气水比的情况下系统对NH4+-N的去除效果如图3．4所示：3奄墨￥赵崇军+々士Z气水比眩羽进水浓度[]出水浓度一一一去除率图3-4不同气水比下NH4+-N的去除效果Figure．3—4RemovaleffectofNH4+-Nunderdifferentgas．waterratio由图可知，系统对NH4+-N的去除率随着气水比的增加先增加后减少，气水比为1：12、1：14、1：16、1：18时系统对NH4+-N的平均去除率分别为76％、89．27％、94．57％、86．28％。经分析可知，随着气水比的增加，好氧区内溶解氧浓度上升，生物膜上的好氧微生物活性增强，增殖速度加快，对污水中NH4+-N的同化吸收作用加强，因此系统对NH4+-N的去除率呈上升趋势。随着气水比的继续增加，溶解氧浓度不在是微生物生长的决定性因素，当气水比进一步增加时，好氧区内气泡对生物膜产生强烈的冲刷作用。另外，系统内过高的溶解氧浓度促进了硝化细菌的自身氧化作用，加速了硝化细菌的老化，所以此时的NH4+-N去除率开始下降14⋯。3．2．3混合液回流比因素影响混合液回流比是指从曝气池抽回缺氧区的水量与进水量的百分比，其大小影响了系统缺氧区内的反硝化作用，从而影响到系统对TN的去除效果。若回流比过低，则好氧区内经硝化反应产生的硝态氮不能够及时的同流至缺氧区导致出水TN30 万方数据青岛理工大学工学硕士学位论文上升；若回流比过高，则大量曝气池末端的氧气同混合液一起进入到缺氧区内，使缺氧区溶解氧浓度上升，抑制反硝化细菌的生长繁殖‘411。因此，本试验选取水力停留时问为12h，气水比1：16，回流比0、100％、200％、300％的条件下，分析混合液回流比对系统去除TN和TP的影响效果。1、在不同回流比的情况下系统对TN的去除效果如图3—5所示：混合液【国流比眩勿进水浓度口出水浓度--Ill--去除率图3—5不同混合液回流比下TN的去除效果Figure．3-5RemovaleffectofTNunderdifferentIR由图可知：在不同混合液回流比的情况下，系统对TN的平均去除率分别为55．64％、71．04％、82．61％以及70．78％，其变化趋势为先增加后降低。经分析可知，当回流比较低时，系统缺氧区内的反硝化细菌活性处于未完全释放的状态，即反硝化细菌仍然具备潜在能力可以使更多的硝态氮转化为N2，因此开始时TN的去除率随着回流比的增加而增加；当回流比继续增加混合液中所含的大量氧气进入到缺氧区内，破坏了缺氧区内的缺氧环境，抑制反硝化细菌的生长繁殖，导致系统TN去除率的下降，另外回流比过大会减少系统进水在缺氧区的水力停留时间，导致进入好氧区内的水力负荷过高，影响硝化反应的进行，使得出水中NH4+．N含量上升而问接导致出水TN含量过高，因此当混合液回流比进一步增加时系统对TN的去除率开始下降。2、在不同回流比的情况下系统对TP的去除效果如图3-6所示： 万方数据青岛理工大学工学硕士学位论文混合液回流比臣勿进水浓度口出水浓度--II--去除率图3-6不同混合液回流比下TP的去除效果Figure．3—6RemovaleffectofTPunderdifferentIR由图可知，在不同混合液回流比的情况下，系统对TP的平均去除率分别为71．73％、76．57％、82％以及76．41％，其变化趋势为先增大后减小，整体变化波动不大。经分析可知，系统中磷的去除主要依靠的是系统内微生物生长而产生的同化吸收作用及部分聚磷菌的生物除磷作用，随着系统回流比的增加，系统内的水力负荷逐渐加大，系统内水力剪切力作用增强，生物膜的更新速率加快，系统剩余污泥中含磷量增加，因此系统对TP的去除率有所提升；当系统回流比继续增加时，随着混合液将大量膜池的溶解氧带入到缺氧区内，缺氧区内的部分厌氧环境遭到破坏，聚磷菌不能够正常的释磷，导致生物除磷作用减弱，因此系统对TP的去除率开始下降。3．3最优工况下系统运行效能分析通过正交试验对反应器运行效能的影响因素进行研究，得到了该环境下系统运行的最优工况，即水力停留时间(HRT)为12h(其中缺氧区HRT为3h，好氧区HRT为9h)，混合液回流比(IR)为200％，气水比为16-1。为了更好地研究A／O生物接触氧化．超滤膜系统的运行效能，需要在最优工况下持续稳定运行，定期检测进、出水和A／O生物接触氧化池出水中CODcr、NH4+-N、TN和TP的浓度，研究反应器对各项污染物的去除效果并进行达标分析。32 万方数据青岛理工大学工学硕士学位论文3．3．1最优工况下系统CODer去除效果在最优工况下系统对CODer的去除效果及去除率如图3．7及3．8所示：蛊g￥蜊装8凸oU；～瓢肜w＼V～V{。★～_★。／★、w。t＼．一十*，★_—丹‘Y★__1。‘；／／V＼一肛／＼，，人～』：；’。。、碡+98、、*，s§e}e*。e。。。a。。。：O481216202428运行时间／(d)一‘一进水—LA／O池出水⋯⋯一级A标准排放限值100％90％80％70％60％s。％錾40％悄3236404448蛰膜出水t一去除率30％20％10％0％图3．7CODer进出水浓度及去除率Figure．3—7Influent／EffluentconcentrationandremovalratioofCODer3b吕≤瑙装■名oU眩刁进水、A／O池出水、膜出水平均浓度——A／O池平均去除率⋯‘膜池平均去除率图3．8各部分CODer平均浓度及平均去除率Figure．3—8Averageconcentrationand1averageremovalrateofCODcrfromeachpart由图3．7及图3．8可以看出：1、系统运行过程中进水CODer的浓度在249mg／L～38lmg／L之间，平均进水CODer浓度为322．3mg／L；A／O池出水CODer浓度处于60mg／L～85mg／L之间，平33 万方数据青岛理工大学工学硕士学位论文均出水浓度为72．8mg／L；膜池出水CODer浓度处于17mg／L～35mg／L之问，平均出水浓度为24．4mg／L。系统出水CODcr值比较稳定，符合回用水要求，且满足《城镇污水处理厂污染物排放标准))(GBl8918．2002)中一级A标准的要求(、<50mg／L)。2、系统在最优工况下对CODer的去除率在90％以上，平均去除率为92．4％，且波动较小，处理效果比较稳定。其中A／O池、膜池对CODer的平均去除率分别为77．4％和15．0％。3、系统在运行过程中，?dO生物接触氧化池对CODcr的去除效果占总去除率的83．8％，膜池对CODer的去除效果占总去除率的16．2％，说明大量活性污泥和微生物附着在弹性立体填料上，生物性能良好；与传统的污水处理系统相比较，膜池出水完全可以代替沉淀池，节约占地面积。在系统运行的过程中膜池对CODer的去除具有一定作用，分析原因是中空纤维膜的超滤作用将大分子有机物质和不溶性有机物截留在膜池内；同时，随着系统的运行膜组件表面逐渐形成滤饼层和凝胶层，对水中的可溶性分子起到了一定的截留作用【42|。3．3．2最优工况下系统NH4+-N去除效果在最优工况下系统对NH4+．N的去除效果及去除率如图3-9及图3．10所示：3瓷县刨装本+口Z运行天数／(d)一进水IA／O池出Tk⋯⋯一级A标准排放限值膜出水去除率图3-9NH4+．N进出水浓度及去除率Figure．3—9InfluentfEffluentconcentrationandremovalratioofNH4+-N34 万方数据青岛理工大学工学硕士学位论文60555D45，，40窖35菌。o迸25z20岂151050匕刎进水、A／O池卅水、膜卅水半均浓反——A／O池平均去除率⋯-膜池平均玄除率图3．10各部分NH4+-N平均浓度及平均去除率Figure．3—10AverageconcentrationandaverageremovalrateofNH4+一Nfromeachpart由图3-9及图3一10可以看出：1、系统运行过程中进水NH4+-N的浓度在30．85mg／L～53．61mg／L之问，平均进水NI-LI+-N浓度为43．55mg／L：A／O池出水NH4+-N浓度处于4．36mg／L-6．53mg／L之间，平均出水浓度为5．40mg／L；膜池出水NH4+-N浓度处于1．75mg／L-3．34mg&之间，平均出水浓度为2．56mg／L。系统出水NH4+-N比较稳定，符合回用水要求，且满足《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GBl8918—2002)中一级A标准的要求(一<5mg／L)。2、系统在最优工况下对NH4+-N的去除率在90％以上，平均去除率为94．07％，且波动较小，处理效果比较稳定。其中A／O池、膜池对NH4+-N的平均去除率分别为87．52％和6．55％。3、系统在运行过程中，A／O生物接触氧化池出水的NH4+-N浓度处于4．36--6．53mg／L之问。观察上图可以发现，经过超滤膜处理后，系统出水NH4+-N的去除率并没有显著提高。从具体的生物接触氧化和膜分离阶段NH4+．N去除比例的情况来看，前者占93．04％，后者仅占6．96％。主要是因为氨氮在水体中存在的主要形式为水和氨离子，其可以自由的穿过微小的微孔径，所以超滤膜本身对氨氮的截留作用很小【43】，主是要靠A／O生物接触氧化池中填料上附着的硝化细菌和亚消化细菌的代谢分解作用完成的。在反应器内为硝化细菌、亚硝化细菌的生长繁殖提供了良好的条件，进而在填料上大量的繁殖，经过反应后将NH4+-N转化为硝态氮而将其去除¨，451。 万方数据青岛理工大学工学硕士学位论文3．3．3最优工况下系统TN去除效果在最优工况下系统对TN的去除效果及去除率如图3—11及3一12所示：运行天数／(d)进水▲A／O池出水一级A标准排放限值舔膜出水-一去除率图3．11TN进出水浓度及去除率Figure．3-11Influent／EfflucntconcentrationandremovalratioofTN3面吕宰谜避ZH——A／O池平均去除率⋯一膜池平均去除率图3．12各段TN平均浓度及平均去除率僻篮悄褂笾悄Figure．3—12TNaverageconcentrationandaverageremovalratefromeachpart由图3—11及图3．12可以看出：1、系统运行过程中进水TN的浓度在48．57mg／L～65．38mg／L之间，平均进水36一—／i}昌一＼蝼避7uJ 万方数据青岛理工大学工学硕士学位论文TN浓度为55．42mg／L：A／O池出水TN浓度处于17．17rag／L-22．89mg／L之间，平均出水浓度为19．67mg／L；膜池出水TN浓度处于8．26mg／L～13．16mg／L之间，平均出水浓度为10．49mg／L。系统出水TN比较稳定，符合回用水要求，且满足《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GBl8918．2002)中一级A标准的要求(≤15mg／L)。2、系统在最优工况下对TN的去除率在75％以上，平均去除率为81．03％，且波动较小，处理效果比较稳定。其中A／O池、膜池对TN的平均去除率分别为64．43％和16．60％。3、系统在运行过程中，对TN有较好的去除效果，具有稳定的脱氮功能。由数据可知，在TN中NH4+-N的含量比重较大。在生物接触氧化池内大部分NH4+-N被转化成硝态氮，再回流至缺氧区，通过反硝化作用将硝态氮转化成N2排除；同时由于生物膜内部供氧不足，存在微观缺氧环境，可同步进行反硝化反应，因此大量TN得到去除。3．3．4最优工况下系统TP去除效果在最优工况下系统对TP的去除效果及去除率如图3—13及3—14所示：运行天数／(d)一进水--A--A／0池出水m·一膜出水⋯一级AB标准排放限值+去除率图3．13TP进出水浓度及去除率Figure．3-13Influent／EffluentConcentrationandRemovalRatioofTP 万方数据青岛理工大学工学硕士学位论文囫进水、A／O池出水、膜出水平均浓度——A／o池平均去除率⋯-膜池平均去除率图3．14各段TP平均浓度及平均去除率Figure．3-14TPaverageconcentrationandaverageremovalratefromeachpart由图3—13及图3．14可以看出：1、系统运行过程中进水TP的浓度在3．81mg／L一-4．83mg／L之问，平均进水TP浓度为4．41mg／L；A／O池出水TP浓度处于1．76mg／L～2．42mg／L之间，平均出水浓度为2．06mg／L；膜池出水TP浓度处于0．75mg／L～1．09mg／L之间，平均出水浓度为0．92mg／L，出水TP浓度比较稳定，符合回用水要求。2、系统在最优工况下对TP的去除率在70％以上，平均去除率为78．99％，且波动较小，处理效果比较稳定。其中A／O池、膜池对TP的平均去除率分别为53．05％和25．94％。3、系统在运行过程中，对TP有较好的去除效果。分析其原因为：①系统中磷的去除主要依靠的是微生物生长繁殖产生的同化吸收作用，生物接触氧化池内溶解氧及有机物含量比较充足，微生物生长繁殖速度较快，对污水中磷的吸收利用较多；②缺氧池内部悬挂有弹性立体填料，阻碍了表面空气进入缺氧池内部，并且在缺氧池内少量的溶解氧很难传递至填料内侧，造成了缺氧区含有部分微观厌氧环境，在厌氧的环境条件下聚磷菌会进行厌氧释磷，随着水流再经过好氧区进行好氧吸磷，在脱落的生物膜和悬浮污泥的载体作用下进入膜池，达到除磷效果。 万方数据青岛理工大学工学硕士学位论文3．4本章小结本章通过正交试验确定A／O生物接触氧化一超滤膜系统处理生活污水的最优工况以及在此工况下系统的运行效能进行了试验研究，并对系统内各部分对污染物的去除贡献率进行了研究与分析。通过本章节的研究，得出以下结论：(1)通过正交试验对影响A／O生物接触氧化．超滤膜系统的主要因素进行综合分析，得出系统的最优工况，即：水力停留时间为12h、混合液回流比为200％、气水比为1：16。(2)系统在最优工况下对CODcr、NH4+一N、TN及TP的去除效果较好，出水CODcr在17mg／L-35mg／L之间，出水NH4+-N在1．75mg／L-3．34mg／L之间，出水TN浓度在8．26mg／L-13．16mg／L之间，出水TP在0．75mg／L-1．09mg／L之间，均符合回用水要求，且CODcr、NHn+-N和TN的出水浓度满足《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GBl8918．2002)中一级A标准的要求。(3)在A／O生物接触氧化一超滤膜系统中，对污染物质的去除主要是依靠前置的A／O生物接触氧化反应器，通过混合液回流提高总氮和总磷的去除效果。同时，生物膜的稳定性及膜分离作用保证了系统稳定、优良的出水水质。39 万方数据青岛理工大学工学硕土学位论文第4章膜污染的控制及污染程度分析膜分离技术由于具有能耗低、无相变、系统干净等优点，越来越受到人们的关注，尤其在污水处理方面得到迅速的推广【46，471。在污水处理中膜组件进行泥水分离，无需二沉池，节约了占地面积，同时使部分大分子颗粒物隔离在膜的低压侧，达到净化的目的。但是在膜技术处理污水的过程中又不可避免的会有膜污染现象的产生，使膜的某些特殊性能发生变化，导致膜的使用寿命变短，对膜分离技术的实际应用具有极大的阻碍作用。因此，在膜技术处理污水领域许多工作者正朝着膜污染分析和膜污染清洗方向不断探索，将其视为当代膜分离技术的一个热点话题。本试验系统在设计的过程中考虑了减缓膜污染的情况，将传统的膜生物反应器分离，前端采用生物接触氧化工艺，使用于生物处理的大量污泥附着在填料上，最终流入膜池内的污泥相对较少，同时在膜池中加以曝气使水流呈紊动状态。在试验运行的过程中观察真空表的数值，分析膜污染的情况。4．1膜污染的机理膜污染是指在通过膜进行分离的过程中，水中的细小颗粒或溶质大分子物质与膜之间存在一定的物理、化学和生物作用而导致在膜表面或膜孔内附着沉积，造成膜孔径变小堵塞，最终导致膜通量下降的现象【481。膜污染既包括由于不可逆的吸附、堵塞引起的不可逆污染，又包括由于可逆的浓差极化形成的可逆污染。根据形成机理可知，膜污染可划分为如下过程：吸附于膜孔内壁一堵塞膜孔一形成膜表面泥饼层一浓差极化[49】。在超滤膜运行的过程中污染物质对膜组件运行的阻力远远大于自身的阻力，长期运行对超滤膜的危害较大，而操作压力和水体的紊流速度对膜通量的影响相互关联，对A／O生物接触氧化一超滤膜工艺的正常运行影响很大。4．2膜污染分析方法随着污水处理超滤膜系统的运行，膜表面会受到一定程度的污染，引起过滤阻力增加，导致膜内；"I-N跨膜压差(TMP)也会随之改变。通常情况下膜组件在恒定通量下运行，此时，超滤膜被污染的程度可用膜过滤阻力(滤阻Rt)或TMP来体现。根据Darcy定律： 万方数据青岛理工大学工学硕士学位论文L，：三RfRt=Rm+Rf=Rm+Rr+Rir式中：I，一膜通量，L／m2·h；尸一办妒，跨膜压差，kPa：(4一1)(4—2)∥一滤液的粘度，Pa·S；皿一过滤总阻力，m～，膜过滤结束时测其通量，结合跨膜压差及出水粘度得到的总阻力；Rm一膜固有阻力，m～，新膜在一定压力下对清水进行过滤可测得；R厂一膜污染阻力，为Rr与Rir之和，m～；Rr一滤饼层阻力(可逆阻力)，m一；Rir一因膜孔堵塞及不可逆吸附而产生的不可逆阻力，m～。运行完毕后，用清水将膜表面滤饼层冲洗掉，一定压力下测其通量得到不可逆阻力(Rir)与固有阻力(Rm)之和，m减去二者之和为可逆阻力(廊)。由以上公式分析可知：在恒定通量下(污水的粘度变化较小)TMP与彤有一定的线性关系，TMP值可以反映膜过滤总阻力的变化，从而反映膜污染状况。试验过程中通过测定TMP来考察试验运行期问中空纤维膜的污染情况。4．3膜污染清洗方法在污水处理膜技术应用当中，处理的对象主要是污泥混合液，溶解性有机物和微小颗粒，这些物质极易堵塞膜孑L，导致通量下降，缩短膜组件使用寿命，从而影响系统的正常运行和经济效益的最大化。因此，在应用超滤膜技术处理污水的过程中既要选择耐污染的膜材质和恰当的运行工艺，还要对膜组件进行清洗，减轻受污染程度，保持较高的膜通量，这样才能保障污水处理系统能够正常地运行‘501。目前膜清洗的方法主要有以下几种：(1)水力清洗。关闭抽吸泵，用清水冲洗膜表面，使因压力差而附着于膜表面的大量松软杂质脱落。这种方法为较简单的清洗方法，在前期的清洗中有明显的效果。(2)水力反冲洗。以抽吸泵为动力，从膜的负面向正面进行冲洗。此方法效果很好，但是要求41 万方数据青岛理工大学工学硕士学位论文较高，在不利操作的条件下极易冲裂膜孔或者破坏密封粘接面。因此，在利用反冲洗进行膜清洗时，压力一般应控制在0．1MPa以下。(3)空气反吹用高流速气体进行反吹，可去除膜的外部截留污染物，这种膜清洗的方法对膜组件有较高的质量要求。(4)化学清洗。主要是加入某种化学试剂，如NaCl0、HN03和NaOH等来进行清洗，可以去除膜表面的沉淀层和胶体等。特别注意的是不同的膜材质应该选择不同的化学试剂，防治化学试剂对膜造成污染。(5)超声波清洗。实际是利用超声波在水中产生的机械振动促使膜丝快速抖动；还可以起到混合搅拌的作用，遏制浓差极化加剧，从而有效控制膜污染的发展。膜清洗的方式很多且有不同之处，需要根据不同的水质情况选择不同的清洗方法。水力清洗对低浓度的污水处理及处理前期有较好的效果，而对于高浓度污水及处理后期而言清洗效果并不好。超声波清洗作为新式膜清洗技术还不够完善，需要进一步研究探讨。所以，在污水处理领域中膜清洗的方法主要以水力清洗、反冲洗和化学清洗为主。4．4膜污染的控制及效果试验装置在设计的过程中将生物接触氧化单元与膜组件分离，污水在与膜组件接触时已经达到较低的污染物浓度，既减小了大部分活性污泥与超滤膜充分接触的时间，也可为后续膜清洗等操作过程提供良好的环境。同时，试验装置在运行的过程中采用了低压、恒流、抽吸泵间歇抽吸出水和膜池曝气等方法延缓膜过滤阻力的增加，提高水体在膜表面的流速，防止少量污泥在膜表面絮凝沉积垆1I。系统正常运行开始后，调节自吸泵，控制进出水流量，初始操作压力取为Po=10kPa，促使系统在稳定的状态下运行。此外，在PLC自动控制柜内设置出水白吸泵运行参数：运行9min，停止3min，自吸泵的运转效率75％，每同运行时间为18h。上述方法可以保证膜池内有一定的空曝气时问，对膜表面污染具有一定的缓解作用。试验在运行过程中经历以下几个阶段：A／O生物接触氧化池填料挂膜阶段、正交试验确定最优工况阶段和最优工况下运行阶段，其中，在挂膜阶段超滤膜不42 万方数据青岛理工大学工学硕士学位论文运行。记录真空表的数值，TMP在运行过程中随时间的变化规律如图4-1所示：504030山皇20■1D04812162024283236404448525660646872768084889296q00运行时间／(d)图4-1TMP随时间的变化规律Figure．4-1ThevariationofTMPwiththetime由图可知，系统在运行开始时，膜组件的受污染程度较小，TMP趋于不变。分析原因是当试验开始运行时膜池内装有清水，A／O生物接触氧化池内只有少量的污泥悬浮物进入膜池，过低的污泥浓度使污泥的粘着性降低。随着时间的进行，生物接触氧化池内微生物代谢分解，部分污泥脱落，当膜池内污泥浓度增加时，中空纤维膜膜污染会显著增加。当运行到第45d，系统正交试验结束，此时TMP=21．8l(Pa，保证膜组件在正常通量下稳定运行。系统在最优工况下运行前对膜池排空，注入自来水浸泡曝气并对膜组件进行水力冲洗。试验结果显示，在该系统条件下，水力冲洗对膜污染具有较好的去除效果，说明影响膜组件跨膜压差变化的主要过程为可逆污染。进入最优工况运行时，46d．64d内系统TMP趋于上升缓慢阶段，64d一92d内系统TMP上升速度加快，92d以后系统TMP大幅度上升。TMP大幅度上升的原因可能是中空纤维膜膜丝上各点所承受的抽吸压力不均匀导致局部通量非均匀分布，离出水口越近，点通量越大，越先受到污染，为达到恒通量运行，膜会重新分配各点通量，直至某点通量超过临界通量，此时膜污染找到了突破口，污泥颗粒迅速聚集，膜阻力迅速j二升，导致TMP的加速上升。如果系统继续运行，必将会导致TMP进一步上升。因此，就需要对膜组件进行下一步清洗。43 万方数据青岛理工大学工学硕士学位论文4．5本章小结(1)试验装置的设计对膜污染进行如下控制，均可以有效地缓解膜污染，保证系统的正常运行。①将生物接触氧化反应器与膜组件分离，使膜组件与活性污泥不进行直接接触。②在膜池内装有曝气设备，增加膜池内水体紊流，对膜组件进行冲刷。③对抽水白吸泵进行控制，使膜组件的运行方式为：运行9min，停止3min，提供空曝气环境。④系统采用恒通量的运行模式，保证较高的膜通量。(2)通过对膜池及膜组件进行水力清洗，TMP得到了明显的降低；系统长期运行时，为了使TMP不大幅度上升，需每隔45d对膜池及膜组件进行清洗，必要时加以化学清洗。 万方数据青岛理工大学工学硕士学位论文第5章系统应用的经济效益分析试验采用一体化A／O生物接触氧化．超滤膜工艺对生活污水进行处理研究，其污染物去除效果稳定高效，非常适用于中小规模中水回用工程。本章的主要内容是以试验得出的数据为理论依据，并根据工程需要进行扩建，再对它的固定投资及运行成本进行大致概算分析，判断其是否具有经济价值圈。5．1系统工程应用A／O生物接触氧化．超滤膜系统主要针对的原水为居民小区、酒店宾馆等产生的城市生活污水。根据试验研究，对处理水量进行放大设计：以1000户(3000人)的中小型小区为例，设计规模为100m3／d(处理后的中水主要用于小区道路清洗、绿化和家庭冲厕等)。参考试验结果，设计HRT为12h(其中缺氧区HRT为3h，好氧区HRT为9h)、回流比为200％、气水比为16：1，采用连续进水、抽吸泵间歇出水的运行方式，确保系统自动化运行，整个工程运行操作简单，维护运行费用较低。5．1．1工程规模1、调节池：由于城市居民小区的生活用水和废水排放极其不规律，存在明显的低峰期和高峰期，导致污水水量和水质不均，影响到后续污水处理设施的稳定运行，为减少此原因对后续处理系统的冲击负荷，确保出水稳定达标，设置一个调节池，对废水水质水量进行均和【531。调节池的尺寸(L×W×H)为3m×4m×2．5m，挖地2．5m建，有效体积V=25m3，水力停留时间取6小时。调节池前应安装细格栅或毛发收集器，用于收集毛发以及较大的颗粒物质，采用人工清渣方式清除。2、A／O生物接触氧化池：A／O生物接触氧化池分为缺氧区和好氧区，体积比按1：3进行设计。尺寸(L×W×H)为3m×4m×5m，挖地H=5m建，有效体积V=50m3，水力停留时间取12小时。缺氧区内安装3m长弹性立体填料，填料体积为8m3，好氧区内安装3m长弹性立体填料，填料体积为24m3，总的填充率在70％左右。3、膜池： 万方数据青岛理工大学工学硕士学位论文膜池用于放置膜组件，尺寸(L×w×H)为2mX2m×2m，挖地H=2m建，有效体积V=8m3，在膜池中安装混合液回流泵和液位控制计。4、中水池：中水池设计容积为50ms，尺寸(L×W×H)为3m×4m×5m，挖地H=Sm建。5．1．2设备选型1、膜组件设计采用试验中所选取的三菱丽阳公司生产的SADF2590C型膜组件，如表5—1所示：对于处理100ffd的水量，所需膜组件为3台。表5-1膜组件Table．5．1TheMembrane盏蝴目雹艮型号SADF2590C矗暖融黼疆l豳膜材质PVDF隧——膜片尺寸1000x520x13(mm)濯潮一。IⅫ震一标准件30片／台有效膜面积90m2鬻霞阚．1阌Il1集管材料SUS304、ABS树脂ll目隧熬1．I圈蕊l潮一，淄翟i；嘲}i糊■■鼢I强髓盈框架材料SU$304㈣黎凝登鳓豳霞缪黝一蠡l正常操作温度0．400Cj簦■黑尹冀备注装有多孔曝气管道2、曝气装置设计根据试验最优工况气水比16：1进行设计，好氧池内采用曝气量100m，／h的鼓风机进行曝气，用1台备1台；膜池内采用曝气量50m3／h的鼓风机进行曝气，用1台备1台。3、选泵设计污水提升泵与出水抽吸泵均选择自吸泵，流量为lOm3／h，每种泵分别为2台，用1台备1台。地上建立水泵站，采用流量10m3ha，扬程50m的离心泵两台，用1台备1台。4、自动化设计采用三菱公司生产的PLC可编程控制器进行自动控制，按照试验要求及后续工艺改进进行编程设计。5、小区管路设计 万方数据青岛理工大学工学硕士学位论文根据中水回用处理站的位置及小区内布局情况白行设计。5．2系统经济分析根据工程实际应用及现阶段污水处理系统成本的计算方法可知，A／O生物接触氧化一超滤膜系统的成本主要包括工程建设费和运行维护费。其中：工程建设费包括土建工程费、设备购置费、安装调试费和其他工程费用等；运行维护费主要包括动力费用、系统组件更换及折旧费用和人工费等154,551。5．2．1工程建设费用分析1、土建工程费用：该系统土建工程总投资约16万元。具体情况如表5-2所示：5-2系统土建工程投资估算!苎坠丝：兰兰g＆i!!翌gi翌!￡!i呈gi翌：￡!!巴￡坚!望!i巴璺!i2翌21坐!!Z!!￡巴序号名称规格数秽价格(长×宽×高)座(万元)2、设备购置费用：在整个系统运行过程中所需要的配套设备有弹性立体填料、鼓风机、污水提升泵、抽吸泵、膜组件、PLC自动控制系统等相关设备，其购置费用约lo．4万元，具体情况如表5．3所示：5-3设备购置费用一览表!苎垒!!：墨曼!墅宝!i!12119坚!P竺!竺12竺竖坠苎!竺12111序号名称技术参数蕊数量(簇)备注47 万方数据青岛理工大学工学硕士学位论文2、其它工程费用：其它工程包括管道工程和安装调试工程(安装调试费用按其购置费用之和的12％算)等，费用总计约为21．25万元，具体情况如表5-4所示：5-4其它工程费用一览表!墨垒!旦：曼：兰!坠!!i!!竺!竺!垒竺!P!虫!垫竺2111序号名称数量单位价格(万元)5．2．2运行维护费用分析小区中水回用系统正常运行后所需要的费用主要包括动力费用、系统组件更换及折旧费用和人工费等。1、动力费用：系统所装设备总装机容量约1lkW，电费按照0．54元／度，实际运行功率按照总功率的70％计算，则系统运行所需电费为3．64万元／年，即99．79元／天。2、系统组件更换及折旧费用：土建工程使用周期按30年计算，则折旧费为14．61元／天。配套设备使用周期按10年计算(膜组件按5年计算)，则折旧费为43．29元／天。室外配套管路按50年计算，则折旧费为lO．96元／天。3、人工费：设备运行维护人员需1人，工人工资按照2000元／(人·月)计算，则所需人工费为56元／天。综上所述，A／O生物接触氧化．超滤膜系统的经济分析结果如表5．5所示： 万方数据青岛理工大学工学硕士学位论文表5—5系统成本投资估算!兰坠!宝：苎：主!翌∑!!!巴竺翌!竺2坠垡!塾!!Z：!￡垩项目金额土建T程16工程建设费用设备购置10．4(万元)其它工程21．25总计47．65动力费用99．79运行费用系统组件更换及折旧费用68．86(元／天)人工费56总计224．65由表5-5可以看出，系统工程建设投资费用约47．65万元，其中土建费用16万元，占工程建设投资费用的33．58％；设备购置费用10．4万元，占工程建设投资费用的21．83％；室外管路等投资费用为21．25万元，占工程建设投资费用的44．59％。这几部分说明在中水回用工程建设过程中前期的投资金额较大，对一些居民小区的建设者而言是一个不小的考验。系统投入运行后，运行维护所需费用约224．65元／天，则运行成本约为2．25元／口屯。另外，系统出水可部分回用于厂区内的绿化、道路清扫用水以及汽车冲洗等，可进一步降低运行成本。5．3本章小结本章以生活小区为例，对系统进行放大设计，分析并估算了A／O生物接触氧化．超滤膜系统的建设成本及运行成本，得到的结论如下所示：1、工程费用：系统工程建设投资费用约47．65万元；投入运行后所需费用为224．65元／天，其中电费为主要影响因素，占总花费的44．42％。2、经济效益：A／O生物接触氧化．超滤膜系统出水水质稳定，运行成本较低，约为2．25元／吨(略低于青岛市现行自来水水价)，且出水可回用于厂区内绿化及道路清扫用水等，可进一步降低系统运行成本。综上分析，A／O生物接触氧化一超滤膜系统用于小区中水回用工程在经济上是可行的。49 万方数据青岛理工大学工学硕士学位论文第6章结论与建议6．1结论试验主要以小区中水回用为目的，以A／O生物接触氧化．超滤膜工艺为核心，采用PLC自动控制技术，形成一体化中水回用系统。该系统流程简单、处理效果好、造价低、可操作性强，其中：A／O生物接触氧化池内悬挂弹性立体填料，污泥产量少、活性好；膜池内放置膜组件，能有效地分离进入膜池内的悬浮固体，最大限度地将活性污泥截留在膜池中，无需设置二沉池，同时也有利于膜组件的清洗。系统稳定高效，出水CODer、NH4+-N、TN和TP浓度均达到回用水要求，且CODer、NH4+-N及TN达到了《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GBl8918—2002)中一级A标准的要求，对一体化中水回用装置在中水回用工程领域中的应用和推广具有重要意义。通过试验初期系统的挂膜启动，正交试验选取最优工况确定水力停留时间、混合液回流比和气水比等运行参数并进行因素影响分析，稳定运行阶段系统对CODer、NH4+-N、TN和TP的去除效果、膜污染的控制程度以及对系统的经济效益与环境效益进行分析，可以得出如下结论：(1)针对A／O生物接触氧化一超滤膜工艺，采用人工接种挂膜法和自然富集挂膜法相结合的挂膜方式，经试验验证，效果良好，CODer的去除率稳定且超过75％。(2)针对A／O生物接触氧化．超滤膜工艺，采用正交试验进行工况优化比选，并对取得的最优工况进行实际验证，结果与理论分析吻合良好。(3)通过试验可得，系统在最优工况下稳定运行，CODer、NH4+-N、TN及TP的去除效果较好，出水CODer在17mg／L～35mg／L之间，出水NH4+-N在1．75mg／L～3．34mg／L之问，出水TN浓度在8．26mg／L-13．16mg／L之间，出水TP在0．75mg／L～1．09mg／L之问，均符合回用水要求，且CODcr、NH4+-N和TN的出水浓度满足《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GBl8918．2002)中一级A标准的要求。50 万方数据青岛理工大学工学硕士学位论文(4)通过试验验证，采取初始操作压力Po=10kPa、自吸泵间歇运行以及对膜片和膜池进行水力清洗，可明显降低TMP，对膜组件具有良好的保护作用。(5)实践证明，A／O生物接触氧化一超滤膜系统前期建设费用较高，其运行成本约2．25元／吨。综合考虑投资成本、运行费用、出水水质以及中水回用效能等因素，该系统在经济上是合理的，并且作为小区中水回用技术将会具有更加突出的优势。6．2建议由于时间及条件的限制，关于A／O生物接触氧化．超滤膜工艺的研究未能全面展开，故提出如下建议：(1)对膜组件只进行了水力冲洗，未设置反冲洗、化学清洗等方法的研究，同时未对膜组件表面上附着的污染物质进行电镜分析，考察膜组件的污染成分。(2)系统出水TP的浓度未达到标准，需要对系统进行改进，或添加化学除磷工序进行研究。(3)在今后的实践中，不仅要注意各类泵的开启和应急停止，还应通过PLC自控系统重点设计根据出水指标来完成运行参数的控制。 万方数据 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万方数据青岛理工大学工学硕士学位论文致谢在论文完成之际，回想从论文选题到论文成稿，这一路走来，付出了各方面的努力，心中无限感慨，同时也满怀深深的感激之情，感谢在论文写作和攻读硕士学位期间给予过我关心和帮助的人们。首先，要感谢我的导师李红卫教授和吕谋教授，正是因为他们在我的日常生活和学习中的亲切关怀和谆谆教诲，才能使我顺利地完成研究生阶段的学习。两位老师严谨的治学态度、精深的专业知识、无私的育人作风和儒雅的处世态度，都是我今后在工作和生活中学习的榜样。在此，我要向李老师和吕老师致以崇高的敬意!其次，感谢陶贵清老师在我实验和论文书写过程中给予我极大的帮助和建议，感谢实验室的师弟师妹在实验过程中的关一tl,与帮助，特别是张伟、聂海博、赵英杰，同时感谢杨唐、陈雅等其他实验室同学给予的帮助，在此对你们表示衷一Ii,的谢意。最后，还有很多师长、同学、亲友无法一一提及，在此感谢所有关心和帮助过我一路走来的人，有了你们的支持才使我顺利完成了学业。谢谢你们159'