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膜生物流化床(Membrane Biological Fluidized Bed,简称MBFB)是将膜分离与生物流化床有机结合的产物,是水处理领域的一项新技术。本文以城市污水为处理对象,考察了MBFB工艺的除污特性、强化反硝化脱氮的影响因素、微生物与微环境特性及其对反应器运行的影响,以及MBFB的抗膜污染特性。主要研究成果如下:
通过连续试验,考察了载体投加量、曝气强度对MBFB系统气含率及出水水质的影响,研究了反应器在稳定运行条件下的污染物去除效果。结果表明:载体投加量为10%,曝气强度为47.7 L/(m2-h),对应气水比为12:1时,MBFB系统能取得较好的传质效果和污染物去除效果。
研究了系统硝化、反硝化动力学及菌相分布,从理论上证明了MBFB具有良好的脱氮能力,但外界环境因素(如DO、碳源等)直接影响其反硝化能力的发挥,导致TN去除率不高。试验通过控制回流比、悬挂填料、投加碳源等措施,考察了MBFB强化反硝化脱氮的影响因素,结果表明:回流比为250%、缺氧区下部悬挂体积比20%的组合填料、以乙醇为外加碳源、进水C/N为13时的TN平均去除率达到80.8%,比未强化前提高了12.1%。
全面考察了MBFB系统的生物相组成与特点、污泥特性及微生物代谢产物随运行历程的变化,结果表明:MBFB中丝状菌主要在载体表面附着生长,在悬浮活性污泥中数量较少,因而混合液沉降性能好;反应器中以固着型种属为优势生物,丰富的原、后生动物促进了污染物的去除;反应器内以附着生物相为主,兼有悬浮污泥存在,微生物增殖规律是二者各自增殖的综合体现;两相微生物的脱氢酶活性随运行历程的延长先上升后下降,并最终趋于稳定,且附着相微生物活性明显高于悬浮污泥,二者差值随时间的推移逐渐加大;长期运行后,系统内会出现EPS的积累,但随着运行时间的延长可被逐步降解。
详细分析了系统微环境与运行条件对MBFB微生物特性的影响,结果表明:载体投加量及曝气强度的过高或过低均不利于附着生物膜的生长;系统内EPS发生积累时,两相微生物的脱氢酶活性随EPS增加而明显下降,但附着相微生物的抗抑制能力较强,脱氢酶活性下降程度明显小于悬浮相微生物。
研究了不同载体投加量和曝气强度下MBFB的膜过滤周期和EPS含量及组成,通过普通MBR和MBFB的对比试验,详细考察了MBFB中混合液性质的变化对膜污染的影响,结果表明:适宜的载体投加量和曝气强度下,系统EPS总浓度较低,而胞囊类EPS(CEPS)与可溶性EPS(SEPS)的比值较高,因而膜污染发展速率明显下降;MBFB中以附着生物膜为主,MLSS浓度,EPS总量及其蛋白质、SEPS所占比例,SVI值均较低,有效缓解了膜污染进程,恒通量下,MBFB系统的平均膜污染速率仅为MBR系统的38.8%。