MBR膜生活污水處理設施

廢水中的氮常以合氮有機物、氨、硝酸鹽及亞硝酸鹽等形式存在。生物處理把大多數(shù)有機氮轉化為氨，然后可進一步轉化為硝酸鹽。目前采用的除氮工藝有生物硝化與反硝化、沸石選擇性、jiap換吸附、空氣吹脫及折點氯化等四種。   
生物硝化與反硝化(生物陳氮法)
在好氧條件下，通過亞硝酸鹽菌和硝酸鹽菌的作用，將氨氮氧化成亞硝酸鹽氮和硝酸鹽氮的過程，稱為生物硝化作用。
生物反硝化
在缺氧條件下，由于兼性脫氮菌(反硝化菌)的作用，將NO2--N和NO3--N還原成N2的過程，稱為反硝化。反硝化過程中的電子供體(氫供體)是各種各樣的有機底物(碳源)。以甲醇作碳源為例
沸石選擇性jiao換吸附沸石是一種硅鋁酸鹽，其化學組成可表示為(M2+2M+)O.Al2O3.mSiO2•nH2O (m＝2～10，n＝0～9)，式中M2+代表Ca2+、Sr2+等二價陽離子，M+代表Na+、K+等一價陽離子，為一種弱酸型陽離子交換劑。在沸石的三維空間結構中，具有規(guī)則的孔道結構和空穴，使其具有篩分效應，交換吸附選擇性、熱穩(wěn)定性及形穩(wěn)定性等優(yōu)良性能。天然沸石的種類很多，用于去除氨氮的主要為斜發(fā)沸石。

斜發(fā)沸石對某些陽離子的交換選擇性次序為：K+，NH4+＞Na+＞Ba2+＞Ca2+＞Mg2+。利用斜發(fā)沸石對NH4+的強選擇性，可采用交換吸附工藝去除水中氨氮。交換吸附飽和的拂石經(jīng)再生可重復利用。 溶液pH值對沸石除氨影響很大。當pH過高，NH4+向NH3轉化，交換吸附作用減弱；當pH過低，H+的競爭吸附作用增強，不利于NH4+的去除。通常，進水pH值以6～8為災。當處理合氨氮10～20mg/L的城市嚴水時，出水濃度可達lmg/L以下。穿透時通水容積約100～150床容。沸石的工作交換容量約0.4×10-3n-1mol/g左右。
吸附銨達到飽和的沸石可用5g/L的石灰乳或飽和石灰水再生。再生液用量約為處理水量的3～5%。研究表明，石灰再生液中加入0.1mol的NaCl，可提高再生效率。針對石灰再生的結垢問題，亦有采用2％的氯化鈉溶液作再生液的，此時再生液用量較大。再生時排出的高濃度合氨廢液必須進行處理，其處理方法有：(1)空氣吹脫 吹脫的NH3或者排空，或者由量H2S04吸收作肥料；(2)蒸氣吹脫 冷凝液為1%的氨溶液，可用作肥料；(3)電解氧化(電氯化) 將氨氧化分解為N2。
空氣吹脫
在堿性條件下(pH＞10.5)，廢水中的氨氮主要以NH3的形式存在(圖20-2)。讓廢水與空氣充分接觸，則水中揮發(fā)性的NH3將由液相向氣相轉移，從而脫除水中的氨氮。吹脫塔內(nèi)裝填木質或塑料板條填料，空氣流由塔的下部進入，而廢水則由塔頂落至塔底集水池。
空氣吹脫法除氨，去除率可達60～95%，流程簡單，處理效果穩(wěn)定，基建費和運行費較低，可處理高濃度合氨廢水。但氣溫低時吹脫效率低，填科結垢往往嚴重干擾運行，且吹脫出的氨對環(huán)境產(chǎn)生二次污染。
折點氯化
投加過量氯或次氯酸鈉，使廢水中氨*氧化為N2的方法，稱為折點氯化法
由反應式可知，到達折點的理論需氯(C12)量為7.6kg/kg(NH3-N)，而實際需氯量在8～10kg/kg(NH3-N)。在pH＝6～7進行反應，則投藥量可小。接觸時間一般為0.5～2h。嚴格控制pH值和投氯量，可減少反應中生成有害的氯胺(如NCl3)和氯代有機物。 
折點氯化法對氨氮的去除率達90～100%，處理效果穩(wěn)定，不受水溫影響，基建費用也不高。但其運行費用高；殘余氯及氯代有機物須進行后處理。

在目前采用的四種脫氮工藝中，物理化學法由于存在運行成本高、對環(huán)境造成二次污染等問題，實際應用受到-定限制。而生物脫氮法能餃為有效和*地除氮，且比較經(jīng)濟，因而得到較多應用。
厭氧生物處理法 (Anaerobic Process),是利用兼性厭氧菌和專性厭氧菌將污水中大分子有機物降解為低分子化合物，進而轉化為甲烷、二氧化碳的有機污水處理方法，分為酸性消化和堿性消化兩個階段。在酸性消化階段。由產(chǎn)酸菌分泌的外酶作用，使大分子有機物變成簡單的有機酸和醇類、醛類氨、二氧化碳等；在堿性消化階段，酸性消化的代謝產(chǎn)物在甲烷細菌作用下進一步分解成甲烷、二氧化碳等構成的生物氣體。這種處理方法主要用于對高濃度的有機廢水和糞便污水等處理。
高分子有機物的厭氧降解過程可以被分為四個階段：水解階段、發(fā)酵(或酸化)階段、產(chǎn)乙酸階段和產(chǎn)甲烷階段。
水解階段
水解可定義為復雜的非溶解性的聚合物被轉化為簡單的溶解性單體或二聚體的過程。
高分子有機物因相對分子量巨大，不能透過細胞膜，因此不可能為細菌直接利用。它們在階段被細菌胞外酶分解為小分子。例如，纖維素被纖維素酶水解為纖維二糖與葡萄糖，淀粉被淀粉酶分解為麥芽糖和葡萄糖，蛋白質被蛋白質酶水解為短肽與氨基酸等。這些小分子的水解產(chǎn)物能夠溶解于水并透過細胞膜為細菌所利用。水解過程通常較緩慢，因此被認為是含高分子有機物或懸浮物廢液厭氧降解的限速階段。多種因素如溫度、有機物的組成、水解產(chǎn)物的濃度等可能影響水解的速度與水解的程度。
發(fā)酵階段
發(fā)酵可定義為有機物化合物既作為電子受體也是電子供體的生物降解過程，在此過程中溶解性有機物被轉化為以揮發(fā)性脂肪酸為主的末端產(chǎn)物，因此這一過程也稱為酸化。
在這一階段，上述小分子的化合物發(fā)酵細菌（即酸化菌）的細胞內(nèi)轉化為更為簡單的化合物并分泌到細胞外。發(fā)酵細菌絕大多數(shù)是嚴格厭氧菌，但通常有約1%的兼性厭氧菌存在于厭氧環(huán)境中，這些兼性厭氧菌能夠起到保護像甲烷菌這樣的嚴格厭氧菌免受氧的損害與抑制。這一階段的主要產(chǎn)物有揮發(fā)性脂肪酸、醇類、乳酸、二氧化碳、氫氣、氨、硫化氫等，產(chǎn)物的組成取決于厭氧降解的條件、底物種類和參與酸化的微生物種群。與此同時，酸化菌也利用部分物質合成新的細胞物質，因此，未酸化廢水厭氧處理時產(chǎn)生更多的剩余污泥。
在厭氧降解過程中，酸化細菌對酸的耐受力必須加以考慮。酸化過程pH下降到4時能可以進行。但是產(chǎn)甲烷過程，因此pH值的下降將會減少甲烷的生成和氫的消耗，并進一步引起酸化末端產(chǎn)物組成的改變。

MBR膜生活污水處理設施它的主要特點有：
(1)不設初沉池和單獨的二沉池，流程短且占地少，建造及運行費用低，管理簡便；
(2)污泥自動回流且回流及時，剩余污泥量少且性質穩(wěn)定；
(3)抗沖擊負荷能力強，硝化和脫氮作用明顯，并有一定的除磷效果；
(4)沉淀器會對主溝的水力條件產(chǎn)生一定程度的不利影響，如增加水頭損失、污泥回流不充分等，從而影響到氧化溝的整體處理效果。 一體化氧化溝技術開發(fā)至今已得到了迅速發(fā)展，根據(jù)沉淀器置于氧化溝的部位進行區(qū)分可概括為3類：溝內(nèi)式、側溝式和中心島式一體化氧化溝。這3種形式國內(nèi)都有工程實踐，國外的發(fā)展更為豐富，據(jù)1987年統(tǒng)計，美國已有92座合建式氧化溝。
3、一體化膜生物反應器 一體化膜生物反應器是將膜組件內(nèi)置于生物反應器，集膜過濾和生物反應器的優(yōu)點于一身的污水處理一體化裝置。

其主要特點有：
(1)將膜分離設備取代二沉池進行泥水分離，并且剩余污泥少，具有技術、管理、投資和占地等方面的綜合優(yōu)勢；
(2)膜組件通常放置于生物反應器內(nèi)，無需污泥回流設備，比膜外置式的能耗低得多，而且能大幅度去除細菌和病毒，出水水質好；
(3)膜組件下方設有穿孔管曝氣，在膜表面形成循環(huán)流速可減輕膜面污染和臭味的產(chǎn)生；
(4)膜組件比較容易堵塞，需要清洗和更換，帶來操作上的不便。
4、SBR一體化生活污水處理裝置 SBR工藝是將曝氣、反應、沉淀、排水、閑置這些單元操作按時間順序在同一個反應池中反復進行。一體化SBR反應器SBR操作工藝與厭氧、好氧等生物過程相結合而構成的一體化裝置。
其主要特點是：
(1)流程簡單、曝氣池容積小、不設二沉池、不需污泥回流及池容利用率高；
(2)出水好且水質穩(wěn)定，并可取得較好的脫氮效果；
(3)運行和操作靈活、管理方便。
5、一體化生物電化學反應器 一體化生物電化學反應器是將電化學的方法(電凝聚和電氣浮等)與生物處理過程結合起來的一體化裝置。它具有同時除去水中有機物、細菌、有毒重金屬和其他毒物，降低濁度的優(yōu)點，但存在電能和電極材料消耗大等缺點。

6、其他一體化生活污水處理裝置 除以上一體化裝置外，還有許多利用各種物理、化學和生物的方法，針對不同特性污水進行設計，將多個處理過程集成于一體的一體化裝置。如針對生活污水，將生物接觸氧化法改進得到以下工藝：調(diào)節(jié)池一一段接觸氧化池一一段沉淀池一二段接觸氧化池一二段沉淀池一消毒池，已應用于xHs系列一體化污水處理設備中；Albin Pintar等則使用離子交換 接觸氧化的方法處理生活污水。針對含油污水，使用水解 微濾的工藝可以取得較好的處理效果。
厭氧消化的個階段為水解酸化階段。復雜的大分子、不溶性有機物先在細胞外酶的作用下水解為小分子、溶解性有機物，然后滲入細胞體內(nèi)，分解產(chǎn)生揮發(fā)性有機酸、醇類等。這個階段主要產(chǎn)生較脂肪酸。
碳水化合物、脂肪和蛋白質的水解酸化過程如圖6-2所示。
由于簡單碳水化合物的分解產(chǎn)酸作用，要比含氫有機物的分解產(chǎn)氨作用迅速，故蛋白質的分解在碳水化合物分解之后完成。
含氨有機物分解產(chǎn)生的NH3除了提供合成細胞物質的氮源外，在水中部分電離，形成NH4NO3，具有緩沖消化液pH的作用，故有時也把繼碳水化合物分解后的蛋白質分解產(chǎn)氨過程稱為酸性減退期，反應為：
②厭氧消化的第二階段為產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸階段。在產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸細菌的作用下，階段產(chǎn)生的各種有機酸被分解轉化成乙酸和H2。在降解奇數(shù)碳有機酸時除了產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸外還產(chǎn)生CO2，如：
③厭氧消化的第三階段 為產(chǎn)甲烷階段。產(chǎn)甲烷細菌將乙酸、乙酸鹽、CO2、H2等 轉化為甲烷。此過程由兩組生理上不同的產(chǎn)甲烷菌完成，一組把氫和二氧化碳轉化成甲烷，另一組從乙酸或乙酸鹽脫羧產(chǎn)生甲烷；前者約占問題的1/3，后者約占2/3，反應為：
上術三個階段的反應速度依廢水的性質而異：在含纖維素、半纖維素、果膠和脂類等污染物為主的廢水中，水解易成為反應速度的限制步驟，簡單的糖類、淀粉、氨基酸和一般的蛋白質均能被 微生物迅速分解；對含這類有機物為主，則產(chǎn)甲烷易成為反應速度的限制步驟。
雖然厭氧消過程從機理上可分為以上三個階段，但是在厭氧反應器中，三個階段是同時進行的，并保持某種程度的動態(tài)平衡。這種動態(tài)平衡一旦被pH、溫度、有機負荷等外加因素所破壞，則首先將使產(chǎn)甲烷階段受到掏，其結果會導致低級脂肪酸的積存和厭氧進程的異常變化，甚至會導致整個厭氧消化過程程停滯。