膜生物流化床(Membrane-Fluidized Bed Bioreactor,简称MFBB)是将膜分离与三相生物流化床有机结合的产物,是水处理领域的一项新技术。本文开展了MFBB处理城市污水的试验研究,通过与普通膜生物反应器(简称MBR)的对比,研究了MFBB的除污特性、微环境特征、微生物特性及其对处理效果的影响,研究了MFBB的膜污染过程特征,并初步尝试建立了用以表征MFBB处理效果的动力学模型。主要成果如下： 通过MFBB和MBR处理城市污水的平行对比试验,考察了MFBB对污染物的去除效果,分析了MFBB中生物降解和膜分离对污染物去除的贡献率。MFBB对污染物的去除效果均优于MBR。载体的投加,使反应器中微生物由单一悬浮生物变成悬浮生物与附着生物膜共存。载体上生物膜的脱落更新提高了反应器中微生物活性,提高了污染物去除率。载体的投加有效缓解了膜污染进程,使膜表面枯胶层变薄,降低了膜对生物截留的贡献率。 考察了两个系统中污泥特性及微生物代谢产物随运行历程的变化,探讨了MFBB的微环境特征。分析认为,MFBB中微生物增殖规律是附着生物膜和悬浮生物各自增殖的综合体现,与MBR的生物浓度变化有着本质的区别。MFBB中生物污泥的沉降性好,脱氢酶活性较高。SMP的降解程度比MBR的深,使残余SMP浓度较低。EPS的浓度也低于MBR反应器。 分析了MFBB中微生物特性及其对反应器处理效果的影响。MFBB中原、后生动物的种类、数量均远远优于MBR,并在MFBB中很好地发挥着其指示作用。丰富的原、后生动物对污染物的去除起着促进作用,有机物降解更彻底,剩余污泥量少。其对细菌的捕食促进了细菌的增殖,提高了活性。对膜污染的缓解起着非常重要的作用。 通过对比试验,考察了两系统长期运行中抗膜污染性能,研究了MFBB中载体的投加及运行条件对膜污染的影响。在相同运行条件和运行历程下,MFBB的膜通量下降速度远低于MBR。MFBB通过改善反应器内混合液环境,可有效缓解膜污染进程,延长了反冲洗周期,强化了长期稳定的运行效果。 基于MFBB工艺特点本文初步尝试了MFBB的动力学分析,建立了溶解氧扩散模型、生物膜增殖模型及出水水质预测模型,为MFBB技术的发展、动力学模型的完善及反应器的运行控制提供了理论基础。