專利名稱：：一種污水的海綿基材活性污泥反應(yīng)分離方法及裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及一種污水的處理方法和處理裝置，尤其涉及一種污水的海綿基材活性污泥反應(yīng)分離方法及裝置。
背景技術(shù)：
：目前所使用的污泥反應(yīng)分離技術(shù)所采用的膜基材大都是無紡布和篩絹，這些材料僅僅作為泥水過濾分離的材料，在反應(yīng)器中只起到過濾的作用，并不能與活性污泥協(xié)同作用，對(duì)污染物的去除幾乎沒有作用，尤其是由這些材料所組成的反應(yīng)分離器大都脫氮效果較差，出水難以達(dá)標(biāo)排放。除此之外這些膜材料通量低，出水時(shí)間較長(zhǎng)，使得膜材料使用數(shù)量增加，成本提高；并且容易堵塞，使用壽命短，需要經(jīng)常更換。所以增加出水通量，提高出水水質(zhì)，延長(zhǎng)膜使用壽命，降低成本，是目前活性污泥反應(yīng)及分離技術(shù)亟待改進(jìn)的地方。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明提供一種能夠提高水中污染質(zhì)去除效果尤其是脫氮效果，并能夠提高出水通量，延長(zhǎng)使用周期的污水的海綿基材活性污泥反應(yīng)分離方法和裝置。本發(fā)明采用如下技術(shù)方案本發(fā)明所述一種污水的海綿基材活性污泥反應(yīng)分離方法步驟1將排列成行的膜組件置于反應(yīng)池內(nèi)，并將膜組件連接于污水泵，在膜組件的下方設(shè)置曝氣器，再在反應(yīng)池內(nèi)投入活性污泥，所述膜組件包括框架，在框架兩側(cè)設(shè)有支撐網(wǎng)格，在支撐網(wǎng)格上覆蓋有海綿，步驟2將待處理的污水通入反應(yīng)池，同時(shí)進(jìn)行曝氣，開啟污水泵，使污水通過海綿，同時(shí)，污水中的活性污泥被吸附在海綿上，形成污泥層，并逐漸轉(zhuǎn)化為位于內(nèi)側(cè)的厭氧層和位于外側(cè)的好氧層，關(guān)閉反應(yīng)池的污水進(jìn)口，步驟3釋放掉反應(yīng)池中三分之二的污水后，關(guān)閉污水泵，再將新的待處理的污水通入反應(yīng)池，污水充滿反應(yīng)池后關(guān)閉反應(yīng)池的污水進(jìn)口，進(jìn)行曝氣，并由曝氣帶動(dòng)污水，使污水依次經(jīng)過厭氧層和好氧層，再使流出好氧層的污水再次經(jīng)過厭氧層和好氧層，形成A/0區(qū)域，如此循環(huán)運(yùn)行6、小時(shí)，步驟4開啟污水泵，返回步驟3。本發(fā)明所述的一種用于污水的海綿基材活性污泥反應(yīng)分離方法的裝置，包括反應(yīng)池，在反應(yīng)池內(nèi)設(shè)有曝氣器，其特征在于，在反應(yīng)池內(nèi)設(shè)有膜組件及出水管，在反應(yīng)池的上部設(shè)有進(jìn)水管，所述膜組件包括框架，在框架兩側(cè)設(shè)有支撐網(wǎng)格，在支撐網(wǎng)格上覆蓋有海綿，所述出水管與框架連通，在出水管上設(shè)有污水泵，所述曝氣器位于膜組件的下方。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn)1.海綿既作為過濾材料又作為污泥生長(zhǎng)的載體，截留反應(yīng)分離裝置中的污泥提高裝置內(nèi)污泥負(fù)荷；2.海綿內(nèi)側(cè)及表面所形成的厭氧層、好氧層，使反應(yīng)器內(nèi)形成很好的厭氧-好氧區(qū)域，使得硝化-反硝化得以在同一反應(yīng)器內(nèi)同時(shí)進(jìn)行，提高脫氮的效果；3.海綿的孔徑較大，其阻力遠(yuǎn)小于其它過濾材料，使得膜組件通量大大提高，出水保持大通量的同時(shí)不易堵塞，使用壽命延長(zhǎng)；4.由于通量提高，所使用的膜材料面積減小即海綿用量相對(duì)于其它過濾材料減少，降低成本；5.海綿的價(jià)格相比于其它過濾材料低，可以大大節(jié)省建設(shè)費(fèi)用。圖1是IOmm海綿不同孔徑出水濁度的變化圖；圖2是8mm海綿不同孔徑出水濁度的變化圖；圖3是6mm海綿不同孔徑出水濁度的變化圖；圖4是4mm海綿不同孔徑出水濁度的變化圖；圖5是海綿通量與跨膜壓差的變化關(guān)系圖；圖6是海綿通量與濁度的變化關(guān)系圖；圖7是反應(yīng)分離裝置內(nèi)MLSS的變化圖；圖8是海綿污泥層截面照片；圖9是海綿在反應(yīng)分離裝置內(nèi)的放置圖；圖10是裝置內(nèi)不同位置穿透時(shí)間圖；圖11是海綿高度與穿透時(shí)間之間的關(guān)系圖；圖12是海綿在裝置中穿透過程圖；圖13是裝置內(nèi)曝氣示意圖；圖14是裝置內(nèi)海綿組塊布置平面圖；圖15是疊加無紡布的穿透性能圖；圖16是海綿反應(yīng)分離裝置對(duì)COD的去除率圖；圖17是聚酯無紡布動(dòng)態(tài)膜反應(yīng)器對(duì)COD的去除率圖；圖18是聚酯篩網(wǎng)動(dòng)態(tài)膜反應(yīng)器對(duì)COD的去除率圖；圖19是海綿反應(yīng)分離裝置對(duì)氨氮的去除效率圖；圖20是聚酯無紡布動(dòng)態(tài)膜反應(yīng)器對(duì)氨氮的去除率圖；圖21是聚酯篩網(wǎng)動(dòng)態(tài)膜反應(yīng)器對(duì)氨氮的去除率圖；圖22是海綿反應(yīng)分離裝置對(duì)氨TN的去除率圖；圖23是聚酯無紡布動(dòng)態(tài)膜反應(yīng)器對(duì)TN的去除率圖；圖24是COD去除效果的比較圖；圖25是氨氮去除效果的比較圖；圖26是TN去除效果的比較圖；圖27是跨膜壓差的變化圖；圖28是裝置流程圖；圖29是裝置平面圖30是裝置A-A剖面圖；圖31是裝置B-B剖面圖；圖32是膜組件大樣圖；圖33是膜組件a-a剖面圖。具體實(shí)施例方式實(shí)施例1一種污水的海綿基材活性污泥反應(yīng)分離方法，步驟1將排列成行的膜組件2置于反應(yīng)池1內(nèi)，并將膜組件2連接于污水泵6，在膜組件2的下方設(shè)置曝氣器5，再在反應(yīng)池1內(nèi)投入活性污泥，所述膜組件2包括框架21，在框架21兩側(cè)設(shè)有支撐網(wǎng)格22，在支撐網(wǎng)格22上覆蓋有海綿23，步驟2將待處理的污水通入反應(yīng)池1，同時(shí)進(jìn)行曝氣，開啟污水泵6，使污水通過海綿23，同時(shí)，污水中的活性污泥被吸附在海綿23上，形成污泥層，并逐漸轉(zhuǎn)化為位于內(nèi)側(cè)的厭氧層和位于外側(cè)的好氧層，關(guān)閉反應(yīng)池1的污水進(jìn)口，步驟3釋放掉反應(yīng)池1中三分之二的污水后，關(guān)閉污水泵6，再將新的待處理的污水通入反應(yīng)池1，污水充滿反應(yīng)池1后關(guān)閉反應(yīng)池1的污水進(jìn)口，進(jìn)行曝氣，并由曝氣帶動(dòng)污水，使污水依次經(jīng)過厭氧層和好氧層，再使流出好氧層的污水再次經(jīng)過厭氧層和好氧層，形成A/0區(qū)域，如此循環(huán)運(yùn)行6、小時(shí)，在本實(shí)施例中，循環(huán)運(yùn)行6、7.3或8小時(shí)，步驟4開啟污水泵6，返回步驟3。在本實(shí)施例中，在進(jìn)行步驟2之前，先對(duì)海綿23進(jìn)行改性，所述的改性方法為將洗凈、晾干后的海綿23浸泡在體積分?jǐn)?shù)為410%的HCl溶液中1224h，取出后洗凈、晾干，再將海綿浸泡在濃度為0.8^2mo1/L的NaOH溶液中1224h，取出后洗凈、晾干，具體可以選擇將洗凈、晾干后的海綿23浸泡在體積分?jǐn)?shù)為4%、5%、7%或10%的HCl溶液中12h、15h、19h或24h，取出后洗凈、晾干，再將海綿浸泡在濃度為0.8mol/LUmol/LU.7mol/L或2mol/L的NaOH溶液中12h、14h、21h或24h，取出后洗凈、晾干。實(shí)施例2一種用于實(shí)現(xiàn)污水的海綿基材活性污泥反應(yīng)分離方法的裝置，包括反應(yīng)池1，在反應(yīng)池1內(nèi)設(shè)有曝氣器5，其特征在于，在反應(yīng)池1內(nèi)設(shè)有膜組件2及出水管4，在反應(yīng)池1的上部設(shè)有進(jìn)水管3，所述膜組件2包括框架21，在框架21兩側(cè)設(shè)有支撐網(wǎng)格22，在支撐網(wǎng)格22上覆蓋有海綿23，所述出水管4與框架21連通，在出水管4上設(shè)有污水泵6，所述曝氣器5位于膜組件2的下方。下面參照附圖，對(duì)本發(fā)明作出更為詳細(xì)地描述1.海綿基材活性污泥反應(yīng)分離方法及裝置膜組件參數(shù)確定1.1孔徑厚度的確定膜生物反應(yīng)器工藝中采用的膜一般為微濾膜(MF)和超濾膜(UF)，孔徑大多為0.10.4μm，壁厚為4050μm;而動(dòng)態(tài)膜工藝中的膜材料孔徑較大，通常為10100μm，厚度一般為12mm。海綿與上述材質(zhì)不同，其孔徑為1001000μm，厚度從幾毫米到幾米不等。本實(shí)驗(yàn)在進(jìn)水濁度為839NTU、膜通量為120L/(m2·h)的情況下，比較了厚度分別為10mm、8mm、6mm、4mm平均孔徑分別約為300μm、500μm、700μm的12種海綿基材動(dòng)態(tài)活性污泥層形成初期濁度隨時(shí)間的變化規(guī)律，海綿采用普通的聚氨酯海綿。圖1、圖2、圖3、圖4分別是厚度為10mm、8mm、6mm、4mm的海綿在不同孔徑下活性污泥層形成初期濁度隨時(shí)間的變化規(guī)律。當(dāng)出水濁度最終降至2NTU以下，并趨于穩(wěn)定時(shí)，可認(rèn)為動(dòng)態(tài)活性污泥層基本形成。從圖中可以看出，海綿厚度小于等于6mm時(shí)，初期都會(huì)產(chǎn)生漏泥現(xiàn)象，出水濁度的穩(wěn)定需要較長(zhǎng)時(shí)間，其中厚度為4mm的海綿出水濁度波動(dòng)較大，最終孔徑為300μm、500μm的海綿出水濁度在35NTU左右波動(dòng)，而厚度為700μm的海綿出水濁度在800NTU以上，且難以穩(wěn)定。厚度在8mm以上的海綿初期出水濁度較小，漏泥可以忽略，并且出水濁度下降迅速，較短時(shí)間即可穩(wěn)定。從圖中還可以比較得出，海綿厚度越大，孔徑對(duì)出水濁度的影響越?。环粗?，海綿厚度越小，孔徑對(duì)出水濁度的影響越大。這是由于海綿厚度越大，內(nèi)部層次結(jié)構(gòu)越交錯(cuò)復(fù)雜，吸附、截留能力相應(yīng)增強(qiáng)，所以動(dòng)態(tài)活性污泥層的形成越快。另外，還可以得出，過濾分離材料孔徑越小，厚度對(duì)出水濁度的影響越小；反之，過濾分離材料孔徑越大，厚度對(duì)出水濁度的影響越大。(例如無紡布孔徑約為100μm,厚度僅為1.5mm；而MBR采用的膜孔徑為10μm，厚度小于1mm)。這是由于海綿孔徑越小，對(duì)污泥顆粒的截留能力越強(qiáng)，污泥顆粒在海綿上積聚的速度越快，污泥層形成也就越快。從以上分析可以得出，厚度在6mm以下的海綿有較嚴(yán)重的漏泥現(xiàn)象；而厚度大于IOmm的海綿性價(jià)比較差，且海綿內(nèi)部厭氧層厚度也較大，厭氧層過厚對(duì)出水水質(zhì)有影響。海綿厚度8mm以上，孔徑對(duì)活性污泥層的形成和出水濁度的影響較小，但是孔徑越小，對(duì)表面及內(nèi)部的活性污泥結(jié)構(gòu)的支撐越有利。所以海綿基材活性污泥反應(yīng)分離器在選用海綿時(shí)，厚度為8IOmm孔徑為300μm的海綿較為適宜。1.2通量的確定1.2.1濾餅形成通量實(shí)驗(yàn)中使用的是厚度為IOmm的海綿，從較低流量開始恒定流量持續(xù)過濾一段時(shí)間，同時(shí)記錄跨膜壓差；再將流量提高一個(gè)“階梯”，恒流一段時(shí)間同時(shí)記錄跨膜壓差；重復(fù)上述程序。每個(gè)通量持續(xù)20min，并每隔三分鐘記錄跨膜壓差，最后取跨膜壓差的平均值。圖5為海綿基材活性污泥反應(yīng)分離裝置的通量與跨膜壓差的變化關(guān)系。從圖中可以看出，海綿基材活性污泥反應(yīng)分離裝置膜通量與跨膜壓差之間存在與MBR(膜生物反應(yīng)器)、DMBR(動(dòng)態(tài)膜生物反應(yīng)器)類似的曲線變化，在3217(!112·!!)處曲線的斜率出現(xiàn)明顯的變化，由工作曲線法可以得出，在32L/(m2·h)的情況下，由于泥餅的形成，阻力增加，跨膜壓差增加較快。膜生物反應(yīng)器中濾餅形成時(shí)的通量稱為臨界通量。但是在海綿膜生物反應(yīng)器中超過“臨界通量”(如120L/(m2·h))仍可運(yùn)行較長(zhǎng)時(shí)間，海綿基材活性污泥反應(yīng)分離裝置形成濾餅后，并未產(chǎn)生堵塞現(xiàn)象，這與MBR的運(yùn)行狀況不同，。這可能是由于動(dòng)態(tài)膜堵塞的原因并不是由于濾餅層的堵塞，而是由于濾餅形成后膜孔的進(jìn)一步堵塞所引起的。所以由此不同，在海綿基材活性污泥反應(yīng)分離裝置中泥餅形成的通量稱為濾餅形成通量。海綿基材活性污泥反應(yīng)分離裝置可以高于濾餅形成通量運(yùn)行。1·2.2通量與濁度的關(guān)系試驗(yàn)方法與2.1類似，提高通量測(cè)定出水濁度，并取平均值。圖6是海綿動(dòng)態(tài)污泥層通量與濁度變化的關(guān)系圖。從圖中可以看出，通量的增加對(duì)出水濁度的影響較大，在通量小于200L/(m2·h)時(shí)，出水濁度穩(wěn)定在2NTU以下，而通量大于200L/(m2*h)后，出水濁度逐漸增加，這是由于通量的增加，跨膜壓差隨之增加，海綿的孔徑較大無法支撐動(dòng)態(tài)污泥層結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致其破碎，使得出水濁度增加。從上述分析可以確定，在海綿基材活性污泥反應(yīng)分離裝置的通量保持在200L/(m2·h)以下時(shí)，可以保證出水濁度穩(wěn)定在2NTU以下。1.2.3海綿的清水阻力在裝置裝填污泥前，用自來水作濾液，測(cè)定不同清水通量下的壓差，所用的清水為實(shí)驗(yàn)室自來水。試驗(yàn)中采用蠕動(dòng)泵控制出水通量，并將出水回流至裝置中以控制裝置中的液位，以此在試驗(yàn)過程中減少實(shí)驗(yàn)誤差。測(cè)定清水通量起始運(yùn)行時(shí)，通量為518L/m2·h，實(shí)驗(yàn)出水水頭壓差為16mm，由于實(shí)驗(yàn)水溫為20°C，μ=1.0087Χ10_3Pa·S，根據(jù)達(dá)西公式計(jì)算可得R=4.75XIOV1動(dòng)態(tài)膜生物反應(yīng)器采用的聚酯無紡布的阻力比MBR膜阻力小23個(gè)數(shù)量級(jí)，而海綿基材的阻力比動(dòng)態(tài)膜生物反應(yīng)器的聚酯無紡布還小12個(gè)數(shù)量級(jí)。這也許是海綿動(dòng)態(tài)污泥層不易堵塞的原因之一。海綿的阻力很小，這使得采用自流方式時(shí)，較小的液位差(即跨膜壓差)都會(huì)使海綿獲得較大的通量，不易控制且影響出水水質(zhì)。所以建議使用海綿基材活性污泥反應(yīng)分離裝置應(yīng)采用通過水泵控制膜通量的方式。1.3海綿表面污泥特性試驗(yàn)分別采用厚度為IOmm孔徑為300μm的普通海綿及酸堿改性海綿為膜基材，按照活性污泥法運(yùn)行，周期為6小時(shí)，分為進(jìn)水、出水2個(gè)階段，各階段均由時(shí)控開關(guān)控制自動(dòng)運(yùn)行，分析出水COD、氨氮、TN以及混合液的MLSS。最后剪下海綿分別稱量海綿表面和海綿內(nèi)部吸附活性污泥的重量；并拍攝海綿正面和截面照片，分析海綿及其污泥層的結(jié)構(gòu)組成。試驗(yàn)用海綿動(dòng)態(tài)膜生物反應(yīng)器處理生活污水，試驗(yàn)持續(xù)60d。進(jìn)水COD、氨氮、TN平均濃度分別為350mg/L、55mg/L、65mg/L。改性海綿與未改性海綿反應(yīng)分離裝置對(duì)污水處理效果的比較見第3章。1.3.1普通海綿中MLSS的變化情況從圖7可以看出，最初2天MLSS下降，MLSS最低值達(dá)到1603mg/L，其后10天左右MLSS的增加速率較快，在第15天左右后MLSS的增加速率放緩并基本保持穩(wěn)定，第59天MLSS的濃度為6923mg/L。最初MLSS的降低是由于海綿孔隙率較大，其孔隙內(nèi)吸附了一定量的污泥，并在成膜后在海綿的表面形成污泥層，使得MLSS下降。MLSS下降，海綿吸附量逐漸達(dá)到飽和，裝置中的污泥濃度較小，原水中有機(jī)物含量相對(duì)較大，使得活性污泥處于對(duì)數(shù)增長(zhǎng)期，MLSS的增加速率較快。當(dāng)進(jìn)水中有機(jī)物與污泥濃度達(dá)到相對(duì)穩(wěn)定后，由于廢水中的無機(jī)污染質(zhì)、難于微生物降解和不能降解的有機(jī)污染質(zhì)被膜截留，在裝置中不斷積累，所以15天后的MLSS增加速率減緩并穩(wěn)定增加。1.3.2未改性海綿吸附性能及外部特征未改性海綿與改性海綿的吸附性能及外部特征相似，所以以下以未改性海綿為例。1.3.2.1吸附截留性能圖8為海綿用剪刀裁剪后的截面照片，可以看出，海綿污泥層污泥量應(yīng)包括海綿表面吸附量和海綿內(nèi)部吸附量。穩(wěn)定運(yùn)行60d后，測(cè)得其中海綿表面單位面積污泥吸附量為173.68mg/cm2，海綿內(nèi)部單位體積污泥吸附量為31.79mg/cm3。海綿動(dòng)態(tài)污泥層在裝置中的吸附量不可忽視，由物料守恒定律，可以得出以下結(jié)論G=gl·V+g2·S其中G為總吸附量，mg;gl為內(nèi)部單位體積海綿吸附污泥量，mg/cm3;g2為表面單位面積海綿吸附污泥量，mg/cm2；M=G+MLSS·V其中M為裝置總污泥量，mg；其中G為總吸附量，mg；MLSS為混合液污泥濃度，mg/L；V為裝置有效體積，L0值得一提的是，試驗(yàn)中當(dāng)海綿體積增加到一定程度或者水中污泥量較少時(shí)，混合液中的MLSS接近零，這說明海綿既可作為微生物生長(zhǎng)載體，又可作為活性污泥過濾的基材。1.3.2.2外部特征從圖8還可以看出，海綿基材動(dòng)態(tài)污泥層穩(wěn)定后，表面附著的動(dòng)態(tài)膜的厚度會(huì)達(dá)到8mm，其中厭氧層與好氧層顏色不同，有明顯的界限，好氧層在外側(cè)，厚度約為3.5mm，呈黃褐色；厭氧層在靠近海綿的內(nèi)側(cè)，一直延伸到海綿的另一側(cè)，厭氧污泥層的厚度包括泥餅厚度和海綿的厚度，分別為4.5mm、10mm，總計(jì)14.5mm，顏色都呈黑色，其中泥餅的顏色較深，海綿內(nèi)的厭氧污泥顏色較淺，略顯灰黑色。由此可見，海綿動(dòng)態(tài)污泥層存在空間上的好氧、厭氧區(qū)，可以在好氧微生物生長(zhǎng)的同時(shí)實(shí)現(xiàn)厭氧微生物的生長(zhǎng)。如果海綿基材活性污泥反應(yīng)分離裝置內(nèi)存在平行透過海綿高度的流態(tài)，即可以在海綿基材活性污泥反應(yīng)分離裝置中形成多個(gè)A/0空間，為脫氮提供有利條件。1.4海綿寬度的確定為驗(yàn)證在海綿基材活性污泥反應(yīng)分離裝置內(nèi)存在平行透過海綿寬度的流態(tài)，試驗(yàn)采用示蹤法，探尋存在類似流態(tài)的海綿寬度(即高度方向上海綿的長(zhǎng)度)，以及海綿動(dòng)態(tài)膜放置在裝置中的最佳位置。裝置的大小為80CmX35CmX60Cm，兩側(cè)設(shè)有6只曝氣頭。試驗(yàn)中比較的內(nèi)容為穿透時(shí)間，即觀察墨水能否充滿整個(gè)海綿。在沒有曝氣的情況下，墨水在海綿內(nèi)部擴(kuò)散極為有限。放入未曝氣的裝置中三小時(shí)后，墨水的擴(kuò)散長(zhǎng)度僅為1.5cm。1.4.1確定裝置中的最佳位置在有曝氣的情況下，用寬度為5cm的海綿在裝置中進(jìn)行試驗(yàn)，其在裝置中的位置如圖9所示。1、6號(hào)位垂直方向上距離曝氣頭6cm，2、5號(hào)位距離曝氣頭20cm，3、4號(hào)位距離液面3cm。不同位置穿透時(shí)間結(jié)果如圖10所示，可以看出在裝置中，位置不同穿透時(shí)間不同，其中3，4號(hào)位的穿透速率較快。圖12為寬度為5cm海綿在3號(hào)位的穿透程度隨時(shí)間的一系列變化圖。圖10可以類比得出液流在裝置中不同位置的速率，如圖13所示，V3>V2>V1J4>V5>V6；1、2、3號(hào)位液流向上，而4、5、6液流向下；6號(hào)位的液流流速幾乎為零，是裝置中曝氣的死角。這與徐五英的研究結(jié)果不同，這是由于氣泡在水中有加速度，并不斷推動(dòng)水流向上運(yùn)動(dòng)，使得水流在接近曝氣起始處速度較小，在曝氣頭上方某一高度達(dá)到最大值。在實(shí)驗(yàn)中，曝氣頭上方2030cm處水氣可以混合均勻，流速大。從上述分析可以得出，海綿膜組件放在裝置中的3、4號(hào)位最佳(即曝氣頭正上方與兩排曝氣頭之間的接近水面處)。但是由于3、4號(hào)位位于裝置的上方，若海綿組塊置于裝置正上方，會(huì)增加裝置池容并延長(zhǎng)出水時(shí)間。因此，由于出水條件的限制，所以膜組件放置的位置選擇在曝氣的上方，液面以下較深處，以符合出水體積要求。1.4.2最佳寬度的確定用不同寬度海綿在3、4號(hào)位進(jìn)行穿透試驗(yàn)。海綿寬度不同，穿透時(shí)間不同，如圖11所示。試驗(yàn)中，海綿寬度大于等于20cm，幾乎不能被穿透；而海綿寬度在20cm以下，寬度越小穿透時(shí)間越小。這是由于海綿自身存在阻力，曝氣后存在動(dòng)能的水在海綿中隨著距離的增加而損失，在1520cm左右時(shí)達(dá)到零。因此，水流速度對(duì)海綿的穿透性能有及其重要的作用。從上述分析可以看出，海綿膜組件中海綿的寬度選擇應(yīng)在20cm以下，另外實(shí)際工程中曝氣強(qiáng)度較大，應(yīng)適當(dāng)根據(jù)比例適當(dāng)增加海綿寬度。只有在適宜的寬度下，在海綿基材活性污泥反應(yīng)分離裝置內(nèi)才存在平行透過海綿寬度的流態(tài)，使得裝置的處理能力得以增強(qiáng)。當(dāng)然除了水流的攪動(dòng)會(huì)產(chǎn)生A/0區(qū)域外，反應(yīng)分離裝置內(nèi)還存在水流的擴(kuò)散、吸附、滲透等作用，都會(huì)使污水不斷反復(fù)經(jīng)過厭氧好氧區(qū)。1.5海綿面積與裝置體積的確定以下關(guān)系式均有上述分析得出，以普通海綿作為膜基材為例，尺寸如圖14所示。(I)S^V2/(JXt)；S=nXSi其中S為海綿總面積(m2)，S1為海綿面積(m2)，J為最大通量(m3/m2·h)，t為出水時(shí)間(h)，V2為每周期出其水體積(由停留時(shí)間決定)(m3)；(2)mlss>>(SXIXx^SXIXx2)A1其中miss為污泥濃度(單位g/m3)，S為海綿總面積(m2)，I為海綿厚度⑷，&為內(nèi)部單位體積吸附量(g/m3)，X2為外部單位面積吸附量(g/m2)，V1為裝置總體積；(S)S1=aXbXnX2a=18cm；其中S1為海綿面積(m2)，a為海綿寬度(m)，b為海綿寬度(m)，η為海綿組件個(gè)數(shù)；(4)d=(LID-rO/fcfl)；d>IOcm；c=45cm；叫=n/n2其中d為海綿組塊之間的間距(m)，c為海綿組塊的寬度，L為裝置長(zhǎng)度(m)，D為膜組件距離邊壁的長(zhǎng)度(m)，H1為單層海綿的個(gè)數(shù)，n2為海綿在裝置高度上的個(gè)數(shù)；(5)L>B;b=B-0.3其中L為裝置的長(zhǎng)度，B為裝置的寬度，b為海綿的長(zhǎng)度，0.3為海綿組塊距離邊壁的距離。1.6參數(shù)小結(jié)(1)海綿基材活性污泥反應(yīng)分離裝置在選用海綿時(shí)，厚度為8IOmm孔徑為300μm的海綿較為適宜；(2)海綿基材活性污泥反應(yīng)分離裝置可以高于濾餅形成通量運(yùn)行；海綿基材活性污泥反應(yīng)分離裝置的通量保持在200L/(m2·h)以下時(shí)，可以保證出水濁度穩(wěn)定在2NTU以下；(3)海綿清水阻力僅為R=4.75XIO8HT1,建議使用海綿基材活性污泥反應(yīng)分離裝置時(shí)應(yīng)采用通過水泵控制膜通量的方式。(4)海綿基材活性污泥反應(yīng)分離裝置中膜組件放置的位置選擇在曝氣的上方大于30cm，液面以下較深處；(5)海綿組件中海綿應(yīng)根據(jù)曝氣強(qiáng)度選擇適宜的寬度，可以增強(qiáng)裝置的處理能力；(6)海綿基材活性污泥反應(yīng)分離裝置中海綿面積與裝置體積之比須計(jì)算，詳見第六節(jié)。2.海綿基材活性污泥反應(yīng)分離裝置與動(dòng)態(tài)膜生物反應(yīng)器的比較動(dòng)態(tài)膜生物反應(yīng)器(DMBR)是建立在傳統(tǒng)膜生物反應(yīng)器(MBR)基礎(chǔ)之上的新型生物反應(yīng)器，通過活性污泥過濾過程中形成的生物動(dòng)態(tài)膜實(shí)現(xiàn)近似于微濾膜的過濾效果。目前使用的動(dòng)態(tài)膜生物反應(yīng)器一般以無紡布和篩網(wǎng)等粗孔材料為膜基材料。與無紡布和篩網(wǎng)不同，由于海綿厚度較大，海綿組件存在平行透過海綿寬度的流態(tài)，可以在海綿基材活性污泥反應(yīng)分離裝置中形成多個(gè)好氧與厭氧結(jié)合的A-O小區(qū)域，這樣的區(qū)域?qū)OD和TN的去除極為有利，這從1.4可以看出。以下比較了普通海綿基材活性污泥反應(yīng)分離裝置與聚酯無紡布及聚酯篩網(wǎng)作為動(dòng)態(tài)膜生物反應(yīng)器膜基材料的不同。聚酯無紡布及聚酯篩網(wǎng)的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)來源于課題組成員林玉姣、馬強(qiáng)的碩士論文《膜基材料對(duì)動(dòng)態(tài)膜生物反應(yīng)器運(yùn)行特性的影響》、《序批式動(dòng)態(tài)膜生物反應(yīng)器工藝特性試驗(yàn)研究》。2.1疊加無紡布與海綿的比較無紡布本身厚度為l_2mm，試驗(yàn)中采用的無紡布多層疊加使其與海綿厚度相同，試驗(yàn)過程與1.4相同。圖15為在有曝氣情況下，1小時(shí)后，多層無紡布的穿透情況，可以看出，墨水并不能將無紡布穿透，多層疊加的無紡布并不具備類似海綿內(nèi)的流態(tài)。這是因?yàn)闊o紡布的阻力遠(yuǎn)大于海綿的阻力，使得水在無紡布中的流動(dòng)被阻隔。此外，活性污泥并不能穿透第一層無紡布，內(nèi)層的無紡布內(nèi)并不存在厭氧污泥，即便存在類似海綿寬度方向的流態(tài)，在疊加的無紡布動(dòng)態(tài)膜生物反應(yīng)器中也不能達(dá)到類似海綿基材活性污泥反應(yīng)分離裝置的厭氧一好氧效果；另外，無紡布單位面積的價(jià)格高于海綿單位面積的價(jià)格，所以多層無紡布是不經(jīng)濟(jì)也不可行的。2.2C0D的去除效果比較圖16、17、18分別是海綿基材活性污泥反應(yīng)分離裝置，聚酯無紡布、聚酯篩網(wǎng)基材動(dòng)態(tài)膜生物反應(yīng)器對(duì)COD的去除效果。從圖中可以比較得出，海綿基材活性污泥反應(yīng)分離裝置，聚酯無紡布、聚酯篩網(wǎng)基材動(dòng)態(tài)膜生物反應(yīng)器出水有機(jī)物的含量及有機(jī)物的去除率相似，平均出水COD均低于20mg/L，對(duì)COD的平均去除率均在90%以上。2.3氨氮的去除效果比較圖19、20、21分別是海綿基材活性污泥反應(yīng)分離裝置，聚酯無紡布、聚酯篩網(wǎng)基材動(dòng)態(tài)膜生物反應(yīng)器對(duì)氨氮的去除效果。從圖中可以看出，海綿基材活性污泥反應(yīng)分離裝置對(duì)氨氮的去除在7天內(nèi)進(jìn)入穩(wěn)定狀態(tài)，穩(wěn)定后出水氨氮平均濃度為1.03mg/L，裝置對(duì)氨氮的平均去除率為98.1%。而聚酯無紡布、聚酯篩網(wǎng)基材動(dòng)態(tài)膜生物反應(yīng)器的出水氨氮含量?jī)H在10mg/L以下，在5mg/L左右波動(dòng)；氨氮的去除率約為85%。由此可見，聚酯無紡布、聚酯篩網(wǎng)動(dòng)態(tài)膜生物反應(yīng)器對(duì)氨氮的去除率低于海綿基材活性污泥反應(yīng)分離裝置對(duì)氨氮的去除率。這是由于海綿動(dòng)態(tài)污泥層對(duì)混合污泥的截留作用使得硝化菌在反應(yīng)器中大量繁殖；另外海綿膜基材形成的好氧、厭氧區(qū)域使得反應(yīng)器存在時(shí)間上和空間上的好氧-厭氧結(jié)合，所以海綿基材活性污泥反應(yīng)分離裝置相比聚酯無紡布、聚酯篩網(wǎng)動(dòng)態(tài)膜生物反應(yīng)器可以取得更好的硝化效果。2.4TN的去除效果比較圖22、23分別是海綿基材活性污泥反應(yīng)分離裝置、聚酯無紡布基材動(dòng)態(tài)膜生物反應(yīng)器對(duì)TN的去除效果。從圖中可以看出，海綿基材活性污泥反應(yīng)分離裝置對(duì)TN的去除在7天內(nèi)進(jìn)入穩(wěn)定狀態(tài)，穩(wěn)定后出水TN平均濃度為21.3mg/L，裝置對(duì)TN的平均去除率為69.7%。而聚酯無紡布基材動(dòng)態(tài)膜生物反應(yīng)器的出水氨氮含量均在23.9mg/L左右波動(dòng)；TN的平均去除率僅為48.41%。由此可見，聚酯無紡布動(dòng)態(tài)膜生物反應(yīng)器對(duì)TN的去除率低于海綿基材活性污泥反應(yīng)分離裝置對(duì)TN的去除率，這是由于厭氧層和海綿內(nèi)流態(tài)的存在，使得裝置內(nèi)形成很好的厭氧_好氧區(qū)域，使得硝化_反硝化得以同時(shí)進(jìn)行，所以TN在海綿基材活性污泥反應(yīng)分離裝置中有著較好的去除率。2.5通量的比較2.5.1清水阻力的比較由1.2.3得出海綿基材的清水通量為R=4.75XIO8nT1,而聚酯無紡布的清水通量為R=1.87XIOV1ο可以看出，海綿基材的阻力比動(dòng)態(tài)膜生物反應(yīng)器的聚酯無紡布還小12個(gè)數(shù)量級(jí)；而動(dòng)態(tài)膜生物反應(yīng)器一般采用的聚酯無紡布的阻力比MBR膜阻力小23個(gè)數(shù)量級(jí)。由上述比較可以得出，海綿的阻力遠(yuǎn)小于聚酯無紡布的阻力，所以海綿相對(duì)于聚酯無紡布等材料更易于透水。這也許是海綿基材活性污泥反應(yīng)分離裝置不易堵塞的原因之ο2.5.2膜通量的比較從1.2可以得出，海綿基材活性污泥反應(yīng)分離裝置的通量可以控制在200L/(m2·h)以下。在實(shí)驗(yàn)中，海綿基材活性污泥反應(yīng)分離裝置采用通量120L/(m2·h)可以穩(wěn)定運(yùn)行60d以上，這遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于無紡布基材動(dòng)態(tài)膜的臨界通量30L/(m2·h)。通量的大小對(duì)膜面積大小有著至關(guān)重要的影響，通量的增加可以使裝置內(nèi)的膜組件的面積減小，節(jié)省材料，降低成本。2.6比較小結(jié)(1)疊加的無紡布膜并不存在類似海綿膜的流態(tài)，無紡布疊加不經(jīng)濟(jì)也不可行。而海綿可以在裝置內(nèi)形成空間上的厭氧一好氧區(qū)域。(2)不同于無紡布、篩網(wǎng)，海綿既作為過濾的基材，又作為微生物生長(zhǎng)的載體，使得海綿基材活性污泥反應(yīng)分離裝置對(duì)廢水中污染質(zhì)的去除增加。(3)海綿基材活性污泥反應(yīng)分離裝置對(duì)有機(jī)物的去除與聚酯無紡布和聚酯篩網(wǎng)動(dòng)態(tài)膜生物反應(yīng)器相似，出水COD含量都穩(wěn)定在20mg/L左右，對(duì)COD的去除率都能達(dá)到90%以上。(4)海綿基材活性污泥反應(yīng)分離裝置對(duì)氨氮的去除可以達(dá)到98%以上，這優(yōu)于以聚酯無紡布和聚酯篩網(wǎng)的動(dòng)態(tài)膜生物反應(yīng)器。(5)海綿基材活性污泥反應(yīng)分離裝置對(duì)TN的去除可達(dá)70%左右，這也優(yōu)于以聚酯無紡布和聚酯篩網(wǎng)的動(dòng)態(tài)膜生物反應(yīng)器。(6)海綿本身的阻力遠(yuǎn)小于無紡布的阻力，海綿基材活性污泥反應(yīng)分離裝置的控制通量遠(yuǎn)大于無紡布的臨界通量。綜上所述，相比于聚酯無紡布和聚酯篩網(wǎng)基材動(dòng)態(tài)膜生物反應(yīng)器，以海綿為基材的活性污泥反應(yīng)分離裝置對(duì)水中的污染物有著更好的去除效果；除此之外，海綿基材相比于聚酯無紡布節(jié)省了材料，降低了成本。3.酸堿改性海綿與普通海綿的比較3.1親水性分析接觸角與材料的親水性相關(guān)，接觸角越小親水性越強(qiáng)；反之，接觸角越大親水性越弱。而親疏水性又與材料的耐污染性能密切相關(guān)，親水性越強(qiáng)，材料越耐污染。試驗(yàn)比較了不同酸堿改性的海綿的接觸角變化。在酸堿改性后洗凈自然晾干后，用接觸角分析儀測(cè)定接觸角，結(jié)果如表所示。<table>tableseeoriginaldocumentpage12</column></row><table>普通海綿的接觸角為127.2°;海綿先用酸或堿浸泡，試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)用妝0!1、1(0!1、!1(1、HNO3浸泡的海綿接觸角降低較多，但是用HNO3浸泡的海綿顏色層暗黃色與原先顏色差別較多。所以在二次浸泡中選用已用NaOH、KOH、HCl浸泡的海綿再次浸泡，結(jié)果顯示，先用HCl浸泡，再用NaOH的海綿接觸角最小。另外采用酸堿浸泡12h、17小時(shí)得到相似結(jié)果。在進(jìn)一步的試驗(yàn)中，選用先用HCl浸泡，再用NaOH浸泡的方法，采用不同濃度的酸堿分別浸泡17h，得出比較最佳濃度，酸堿濃度為下表所示。<table>tableseeoriginaldocumentpage13</column></row><table>可以看出，酸堿濃度越大，接觸角減小越明顯，但是濃度較大，越不經(jīng)濟(jì)。所以根據(jù)上述分析采用的鹽酸濃度為410%，NaOH濃度為0.82mol/L。并得出以下工藝~晾干洗凈晾干洗凈晾干海綿洗凈-HCI浸泡-NaOH浸泡-使用3.2處理效果比較改性海綿是用體積分?jǐn)?shù)5%鹽酸、摩爾分?jǐn)?shù)Imol/LNaOH各浸泡24h改性的。3.2.ICOD的去除效果比較圖24為普通海綿與改性海綿活性污泥反應(yīng)分離裝置對(duì)COD處理效果的比較。結(jié)果顯示，普通海綿活性污泥反應(yīng)分離裝置的去除率為93%，酸堿改性海綿活性污泥反應(yīng)分離裝置的去除率為94.3%，可以看出改性后的海綿活性污泥反應(yīng)分離裝置對(duì)COD去除率相對(duì)于未改性海綿更高，而且出水COD保持得較穩(wěn)定。3.2.2氨氮的去除效果比較圖25是普通海綿與改性海綿活性污泥反應(yīng)分離裝置對(duì)氨氮去除效果的比較。結(jié)果表明，普通海綿活性污泥反應(yīng)分離裝置的去除率為95.5%，酸堿改性海綿活性污泥反應(yīng)分離裝置的去除率為97.5%，可以看出改性后的海綿活性污泥反應(yīng)分離裝置對(duì)氨氮的去除效果相對(duì)未改性海綿更高，而且出水氨氮更快達(dá)到較低值并保持得較穩(wěn)定。3.2.3TN的去除率比較圖26是普通海綿與改性海綿活性污泥反應(yīng)分離裝置對(duì)TN去除效果的比較。結(jié)果表明，普通海綿活性污泥反應(yīng)分離裝置的去除率為69.7%，酸堿改性海綿活性污泥反應(yīng)分離裝置的去除率為72.3%?？梢钥闯龈男院蟮暮＞d活性污泥反應(yīng)分離裝置對(duì)總氮的去除率相對(duì)未改性海綿更高。3.2.4跨膜壓差隨時(shí)間變化的比較圖27是普通海綿與改性海綿膜組件跨膜壓差上升的趨勢(shì)圖。從圖中可以看出，經(jīng)60d的實(shí)驗(yàn)，改性的海綿跨膜壓差僅上升了2.8cm，而未改性的海綿跨膜壓差上升了8.2cm。由此可見，改性的海綿相對(duì)未改性海綿阻力上升較慢，更耐污染，這與3.1的分析結(jié)果相同。3.3比較小結(jié)(1)改性海綿與普通海綿相比，接觸角減小，親水性增強(qiáng)，耐污染性能提高。(2)改性海綿與普通海綿作為活性污泥反應(yīng)分離裝置膜基材，改性海綿對(duì)COD、氨氮、TN的去除效果相比普通海綿均有不同程度的提高。(3)改性海綿作為活性污泥反應(yīng)分離裝置膜基材，阻力上升相比普通海綿更慢，更耐污染。綜上所述，改性海綿相對(duì)普通海綿用于活性污泥反應(yīng)分離裝置膜基材，效果上有較大提升；除此之外，改性海綿的耐污染性能提高。權(quán)利要求一種污水的海綿基材活性污泥反應(yīng)分離方法，其特征在于，步驟1將排列成行的膜組件(2)置于反應(yīng)池(1)內(nèi)，并將膜組件(2)連接于污水泵(6)，在膜組件(2)的下方設(shè)置曝氣器(5)，再在反應(yīng)池(1)內(nèi)投入活性污泥，所述膜組件(2)包括框架(21)，在框架(21)兩側(cè)設(shè)有支撐網(wǎng)格(22)，在支撐網(wǎng)格(22)上覆蓋有海綿(23)，步驟2將待處理的污水通入反應(yīng)池(1)，同時(shí)進(jìn)行曝氣，開啟污水泵(6)，使污水通過海綿(23)，同時(shí)，污水中的活性污泥被吸附在海綿(23)上，形成污泥層，并逐漸轉(zhuǎn)化為位于內(nèi)側(cè)的厭氧層和位于外側(cè)的好氧層，關(guān)閉反應(yīng)池(1)的污水進(jìn)口，步驟3釋放掉反應(yīng)池(1)中三分之二的污水后，關(guān)閉污水泵(6)，再將新的待處理的污水通入反應(yīng)池(1)，污水充滿反應(yīng)池(1)后關(guān)閉反應(yīng)池(1)的污水進(jìn)口，進(jìn)行曝氣，并由曝氣帶動(dòng)污水，使污水依次經(jīng)過厭氧層和好氧層，再使流出好氧層的污水再次經(jīng)過厭氧層和好氧層，形成A/O區(qū)域，如此循環(huán)運(yùn)行6~8小時(shí)，步驟4開啟污水泵(6)，返回步驟3。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的污水的海綿基材活性污泥反應(yīng)分離方法，其特征在于，在進(jìn)行步驟2之前，先對(duì)海綿(23)進(jìn)行改性，所述的改性方法為將洗凈、晾干后的海綿(23)浸泡在體積分?jǐn)?shù)為壙10%的HCl溶液中1224h，取出后洗凈、晾干，再將海綿浸泡在濃度為0.82mol/L的NaOH溶液中1224h，取出后洗凈、晾干。3.一種用于實(shí)現(xiàn)權(quán)利要求1所述污水的海綿基材活性污泥反應(yīng)分離方法的裝置，包括反應(yīng)池(1)，在反應(yīng)池(1)內(nèi)設(shè)有曝氣器(5)，其特征在于，在反應(yīng)池(1)內(nèi)設(shè)有膜組件(2)及出水管(4)，在反應(yīng)池(1)的上部設(shè)有進(jìn)水管(3)，所述膜組件(2)包括框架(21)，在框架(21)兩側(cè)設(shè)有支撐網(wǎng)格(22)，在支撐網(wǎng)格(22)上覆蓋有海綿(23)，所述出水管(4)與框架(21)連通，在出水管(4)上設(shè)有污水泵(6)，所述曝氣器(5)位于膜組件(2)的下方。全文摘要一種污水的海綿基材活性污泥反應(yīng)分離方法將膜組件置于反應(yīng)池內(nèi)，將膜組件連接于污水泵，在膜組件的下方設(shè)置曝氣器，反應(yīng)池內(nèi)投入活性污泥。膜組件包括框架、支撐網(wǎng)格和海綿。將污水通入反應(yīng)池，進(jìn)行曝氣，開啟污水泵，使污水通過海綿，活性污泥吸附在海綿上形成污泥層，并轉(zhuǎn)化為厭氧層和好氧層，關(guān)閉反應(yīng)池的污水進(jìn)口。放掉反應(yīng)池中污水后，關(guān)閉污水泵，再將污水通入反應(yīng)池，進(jìn)行曝氣，并由曝氣帶動(dòng)污水，使污水經(jīng)過厭氧、好氧層，形成A/O區(qū)域，如此循環(huán)運(yùn)行。一種裝置，包括反應(yīng)池，在反應(yīng)池內(nèi)設(shè)有曝氣器、膜組件、出水管、進(jìn)水管；膜組件包括框架、支撐網(wǎng)格、海綿，出水管與框架連通，在出水管上設(shè)有污水泵，曝氣器位于膜組件的下方。文檔編號(hào)C02F3/30GK101817588SQ20101016686公開日2010年9月1日申請(qǐng)日期2010年5月10日優(yōu)先權(quán)日2010年5月10日發(fā)明者傅大放,朱亞文,李澄,段文松,許曉光申請(qǐng)人:東南大學(xué)