一體式膜-生物反應器處理生活污水的中試研究
摘要：本中試試驗結果表明：一體式好氧中空纖維膜-生物反應器處理生活污水用于回用在技術和 經(jīng)濟 上都是可行的。在不人為排泥的條件下，該系統(tǒng)連續(xù)運行110多天沒有洗膜。系統(tǒng)出水穩(wěn)定優(yōu)質(zhì)(COD<30mg/L,NH3-N<1.0mg/L,無色無味透明，未檢出大腸桿菌);基建費用低，運行費用和傳統(tǒng)污水深度處理工藝相差不多？掌貧夂驮诰藥洗是進行膜日常維護的有效 方法 ，反應器水力循環(huán)條件和啟動階段的運行操作對膜的清洗周期有重要 影響 。
關鍵詞：好氧 膜-生物反應器 膜污染 中水回用
Pilot Plant Study on Integral Membrane Bio-Reactor to Treat Domestic Wastewater
Abstract: The technical and economical feasibility of integral membrane bio-reactor (IMB) to treat domestic wastewater for reuse has been approved by the results of a pilot plant experiment. The pilot plant ran continuously over 110 days without membrane rinsing and no sludge discharge. The output water is quite stable and high quality with COD<30mg/L and NH3-N<1.0mg/L respectively, it seems transparent and free of color and smell, and no coliform was detected. For the IMB facility the investment is lower than and the operation expense is similar to the traditional advanced treatment. Air blow and on-line chemical rinsing is effective for the routine maintenance of the IMB. The membrane rinsing cycle is heavy effected by the condition of water circulating inside the reactor and the operating at the starting stage.
膜-生物反應器工藝是一種新興工藝，近年來已被逐步 應用 于城市污水和 工業(yè) 廢水的處理。它用膜分離系統(tǒng)代替普通活性污泥法中的二沉池，取得可直接回用的出水水質(zhì);而且有利于增殖緩慢的微生物如硝化細菌的截留和生長，增強硝化作用[1]。按照膜組件的設置位置，可分為分置加壓式和一體抽吸式兩類[2，3]。一體式膜-生物反應器裝置占地省、能耗少，近年來有關它的應用 研究 在國外受到關注[3～5]，而國內(nèi)有關研究還很少，作者曾在實驗室小試條件下對一體式膜-生物反應器工藝用于處理并回用 中國 生活污水的可行性進行了研究，獲得了令人滿意的效果[6]。為推進這種新型高效工藝在我國污水資源化中的應用，本研究進一步開展了中試試驗，證實了處理效果，探討了系統(tǒng)長期穩(wěn)定運行的控制條件和裝置放大 規(guī)律 ，并進行了經(jīng)濟評價，為一體式膜-生物反應器工藝在我國污水處理與回用中的應用提供了技術經(jīng)濟條件。
1 試驗裝置與試驗方法
1.1 試驗裝置與流程
一體式膜-生物反應器的中試工藝流程如圖1所示。
生物反應器容積為2.7m3，內(nèi)置中空纖維膜組件11個。每個膜面積4m2，組件總面積44m2，膜材料為聚乙烯，膜孔徑為0.1μm。為供給微生物分解有機物所需氧氣，同時在中空纖維膜面造成一定的循環(huán)流速， 膜組件下設有穿孔管曝氣， 曝氣量為35～50m3/h。進水經(jīng)0.9mm的不銹鋼篩網(wǎng)過濾后進入生物反應池，其中的污染物經(jīng)活性污泥中微生物分解，混合液在出水泵的抽吸作用下經(jīng)膜過濾后得到處理出水。出水泵采用間歇抽吸運行，抽吸頻率為13min開，2min關。壓差計和壓力傳感器用于測定抽吸泵在工作過程中施加在中空纖維膜上的過濾壓力，HP75000用于控制生物反應器液面恒定并監(jiān)控和自動記錄膜組件過濾壓力。
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圖1 一體式膜-生物反應器中試流程圖
生物反應器自接種后，開始進水運行。 目前 已運行110余天。在此期間，沒有人為排泥。 表1 膜-生物反應器中試試驗進水水質(zhì) |
| 溫度/℃ |
COD/ mg/L |
SCOD*/ mg/L |
氨氮/ mg/L |
SS/ mg/L |
pH |
| 11.3～18 | 61～816 | 50～600 | 20～46 | 28～82 | 7 |
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SCOD*即經(jīng)過濾紙過濾后的COD。
2 試驗結果與分析
2.1 污染物去除效果 |
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圖2 膜-生物反應器中試系統(tǒng)中COD濃度及去除效果變化情況
從圖2可以看出：(1)系統(tǒng)總COD去除率除開始運行前12天以外，均保持在90%以上，而生物反應器COD去除率波動較大。在開始運行前12天，由于微生物尚未充分生長，生物反應器的COD去除效率較低，在60%以下。之后，隨著微生物的增殖，生物反應器的COD去除效率逐步增加，最高達96%。相應地膜分離對COD的去除效率隨生物反應器性能的好壞而變化，在3%～35%之間波動。膜分離對部分有機物的截留作用彌補了生物反應器處理性能的不穩(wěn)定，使系統(tǒng)總的COD去除效率穩(wěn)定保持在較高水平；(2)活性污泥對COD的去除起到了重要作用。在進水COD變化較大的情況下，生物反應器內(nèi)活性污泥的效能仍發(fā)揮得很好。除個別情況外，生物反應器上清液的COD濃度可維持在80mg/L以下；(3)膜對系統(tǒng)的穩(wěn)定出水起到了決定性作用。盡管系統(tǒng)進水水質(zhì)變化極大，COD濃度從100mg/L變化到700mg/L，上清液COD濃度也隨之有較大的變化，但膜出水COD濃度始終穩(wěn)定在30mg/L以下，滿足中水回用水質(zhì)標準的要求。 |
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圖3 膜-生物反應器中試系統(tǒng)中氨氮濃度及去除效果的變化情況
從圖3可以看出：(1)運行基本穩(wěn)定后，系統(tǒng)對氨氮的去除率可達98%以上；(2)氨氮的去除主要靠生物反應器中微生物的作用，膜對氨氮的截留作用很。(3)在開始運行的頭一周，系統(tǒng)基本上沒有硝化作用發(fā)生；運行兩周后，系統(tǒng)的氨氮去除率達44%；運行三周后，系統(tǒng)的氨氮去除率達98%。這說明膜的分離作用可使世代時間較長的硝化細菌逐漸在系統(tǒng)中積累，使廢水中的氨氮得以發(fā)生充分的硝化反應，系統(tǒng)出水氨氮濃度在0.5mg/L以下。 |
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圖4 膜-生物反應器中試系統(tǒng)污泥濃度變化情況
生物反應器污泥的VSS/SS的比值在試驗期間內(nèi)基本無變化，在0.7～0.8之間，說明污泥中沒有無機物積累。 |
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圖5 膜-生物反應器中試系統(tǒng)膜過濾壓差與膜通量的時間變化
與小試試驗時膜過濾壓差的上升情況［6］相比較，發(fā)現(xiàn)中試試驗條件下膜過濾壓差的增長速度較快。初步分析主要是由于以下三個原因造成的： |
3 技術 經(jīng)濟 性評價
將該工藝與傳統(tǒng)中水處理工藝(二級生物處理加混凝、沉淀、過濾)進行了技術經(jīng)濟比較，其結果如表2所示。
表2 一體式膜-生物反應器工藝與傳統(tǒng)中水處理工藝的比較。
| 項目 | 膜-生物反應器工藝 | 傳統(tǒng)中水處理工藝 |
| 基建費 | 較低 | 稍高 |
| 運行費 | 相當 | 相當 |
| 出水水質(zhì) | 穩(wěn)定優(yōu)質(zhì)，符合中水回用標準 | 水質(zhì)稍差 |
| 維護管理 | 易管理、容易實現(xiàn)自動化 | 不易管理、需防止污泥膨脹 |
| 可改造性 | 易從普通活性污泥法改造、易擴建 | 不易改造和擴建 |
| 適用性 | 高低濃度廢水皆適用 | 高濃廢水需稀釋后處理，以防污泥膨脹 |
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4 結論
(1)一體式中空纖維膜-生物反應器工藝用于處理我國生活污水，達到回用水質(zhì)在技術上是可行的。110天以上的連續(xù)試驗表明，無論進水水質(zhì)如何變化，均能得到優(yōu)質(zhì)而穩(wěn)定的膜過濾出水：COD<30mg/L、NH3-N<1mg/L，且無色無味、無SS，并未檢出大腸桿菌，完全符合建設部頒布的《生活雜用水水質(zhì)標準》(CJ25.1-89)。
參考 文獻
1 岑運華.膜生物反應器在污水處理中的 應用 .水處理技術，1991，17(4)：23～26 |
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