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造纸工业是工业水污染物排放的大户。为了完成“十一五”节能减排任务,国家于2008年8月1日颁布实施了最新的制浆造纸工业水污染物排放标准（GB3544-2008）。与现行造纸工业水污染物排放标准相比,新标准排水量和污染物排放浓度均有大幅度的加严,如CODCr即从原来的450mg/l提高到现在的150mg/l并且逐步加严。传统的造纸废水处理工艺已经难以满足新标准的要求,迫切需要开发造纸废水深度处理工艺。膜生物反应器作为一种新型高效污水处理工艺,将膜的高效分离与生物降解融为一体,通过膜组件的高效分离作用,大大提高了泥水分离效率,而曝气池中活性污泥浓度的增大和污泥中特效菌的出现又可导致生化处理效率的提高。本研究正是利用其较高的泥水分离效率和生化处理效率的特点,全面系统地研究中空纤维膜生物反应器在深度处理碱法草浆造纸中段废水处理过程中的最优工艺参数、去除效率、膜污染控制、生物学机理等内容。该项研究的进行对膜生物反应器将来在深度处理造纸中段废水中的应用具有重要的科学意义。首先,采用膜生物反应器对造纸废水二沉池出水进行深度处理。研究发现,由于进水CODCr较低,污泥负荷过低,微生物的营养不够,所以难以达到期望中的污泥浓度（污泥浓度难以超过3.5g/l）,而且MLVSS/MLSS仅为0.3左右;如果不额外投加营养,CODCr去除率比较低,在停留时间为10小时,溶解氧为3.5mg/l条件下,CODCr去除率仅为30%左右,浊度去除效率可达90%以上;污泥的粒径分散度偏小,小于100μm的颗粒累积超过80%;膜污染比较轻,一个清洗周期可以到60天左右。其次,采用膜生物反应器对造纸废水生化池出水进行深度处理。研究发现,将生化池的出水直接进入反应器,解决由于营养低而难以提高污泥浓度的问题,从而提高了CODCr去除效率;提出了优化运行参数,在停留时间10小时,污泥浓度8g/l时,CODCr去除效率可以达到45%以上。研究了膜生物反应器对生化池出水实验中膜的污染与清洗规律。实验表明,每日的反冲洗可延长膜的化学清洗周期（当每日用物理方法对膜进行清洗时,化学清洗周期可达60天,而不清洗时,其化学清洗周期仅为15天）;随着污泥浓度的提高,清洗周期变短,当污泥浓度达到10g/l及以上时,膜污染会突然加剧。研究了膜生物反应器对生化池出水实验中,反应器内污泥与进水污泥的性状,并对比研究了污泥群落、微生物数量和种类、耗氧速率、粒径分散度、EPS/SMP。研究发现,膜生物反应器内微生物数量增加了近3倍,枯草杆菌增加到3.4倍,耗氧速率加快,200μm以上的污泥颗粒增多,EPS随时间逐渐累积,而SMP则变化不大;研究了反应器的污泥平衡情况,以及连续曝气的污泥浓度变化,发现污泥存在自身消耗现象;研究了进出水分子量的分布变化,表明30000以上分子可以被部分截留。第三,研究了膜生物反应器与其它工艺结合处理生化池出水。研究发现:投加粉末活性炭不仅比投加颗粒活性炭对CODCr和色度具有更好的去除效果,而且投加活性炭有助于清洗周期延长,减轻膜污染;计算出适合的臭氧投加量为25mg/L·min;发现反渗透组件在清污比为1:4时的SDI为1.45,满足反渗透组件的常规要求;利用色质联分析仪对可能引起色度变化的物质进行了探讨并发现,废水中引起发色物质的发色键是非常稳定的,臭氧的强氧化作用可以使之断裂并重新组合,生成酯类等无色物质。最后,分析了采用MBR对生化出水进行深度处理的工艺与经济可行性。总之,利用膜生物反应器处理已有企业碱法草浆造纸中段废水的生化处理出水,可以去除45%以上的CODCr,辅以臭氧或者活性炭脱色,出水指标能够达到国家新标准的要求,而且通过膜清洗可以保持膜生物反应器长期稳定运行。