一體式膜生物反應(yīng)器處理生活污水的中試研究

1、一體式膜-生物反響器處理生活污水的中試研究摘要：本中試試驗(yàn)結(jié)果說(shuō)明：一體式好氧中空纖維膜-生物反響器處理生活污水用于回用在技術(shù)和經(jīng)濟(jì)上都是可行的。在不人為排泥的條件下，該系統(tǒng)連續(xù)運(yùn)行110多天沒(méi)有洗膜。系統(tǒng)出水穩(wěn)定優(yōu)質(zhì)(D30g/L,NH3-N1.0g/L,無(wú)色無(wú)味透明，未檢出大腸桿菌)；基建費(fèi)用低，運(yùn)行費(fèi)用和傳統(tǒng)污水深度處理工藝相差不多?？掌貧夂驮诰€(xiàn)藥洗是進(jìn)展膜日常維護(hù)的有效方法，反響器水力循環(huán)條件和啟動(dòng)階段的運(yùn)行操作對(duì)膜的清洗周期有重要影響。關(guān)鍵詞：好氧膜-生物反響器膜污染中水回用PiltPlantStudynIntegralebraneBi-ReatrtTreatDestiasteate

2、rAbstrat:Thetehnialandenialfeasibilityfintegralebranebi-reatr(IB)ttreatdestiasteaterfrreusehasbeenapprvedbytheresultsfapiltplantexperient.Thepiltplantranntinuuslyver110daysithutebranerinsingandnsludgedisharge.TheutputaterisquitestableandhighqualityithD30g/LandNH3-N1.0g/Lrespetively,itseestransparent

3、andfreeflrandsell,andnlifrasdeteted.FrtheIBfailitytheinvestentislerthanandtheperatinexpenseissiilartthetraditinaladvanedtreatent.Airblandn-lineheialrinsingiseffetivefrtherutineaintenaneftheIB.Theebranerinsingyleisheavyeffetedbythenditinfaterirulatinginsidethereatrandtheperatingatthestartingstage.膜-生

4、物反響器工藝是一種新興工藝，近年來(lái)已被逐步應(yīng)用于城市污水和工業(yè)廢水的處理。它用膜別離系統(tǒng)代替普通活性污泥法中的二沉池，獲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(xì)菌的截留和生長(zhǎng)，增強(qiáng)硝化作用1。按照膜組件的設(shè)置位置，可分為分置加壓式和一體抽吸式兩類(lèi)2，3。一體式膜-生物反響器裝置占地盛能耗少，近年來(lái)有關(guān)它的應(yīng)用研究在國(guó)外受到關(guān)注35，而國(guó)內(nèi)有關(guān)研究還很少，作者曾在實(shí)驗(yàn)室小試條件下對(duì)一體式膜-生物反響器工藝用于處理并回用中國(guó)生活污水的可行性進(jìn)展了研究，獲得了令人滿(mǎn)意的效果6。為推進(jìn)這種新型高效工藝在我國(guó)污水資源化中的應(yīng)用，本研究進(jìn)一步開(kāi)展了中試試驗(yàn)，證實(shí)了處理效果，討論了系統(tǒng)長(zhǎng)期

5、穩(wěn)定運(yùn)行的控制條件和裝置放大規(guī)律，并進(jìn)展了經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)，為一體式膜-生物反響器工藝在我國(guó)污水處理與回用中的應(yīng)用提供了技術(shù)經(jīng)濟(jì)條件。1試驗(yàn)裝置與試驗(yàn)方法1.1試驗(yàn)裝置與流程一體式膜-生物反響器的中試工藝流程如圖1所示。生物反響器容積為2.73，內(nèi)置中空纖維膜組件11個(gè)。每個(gè)膜面積42，組件總面積442，膜材料為聚乙烯，膜孔徑為0.1。為供應(yīng)微生物分解有機(jī)物所需氧氣，同時(shí)在中空纖維膜面造成一定的循環(huán)流速，膜組件下設(shè)有穿孔管曝氣，曝氣量為35503/h。進(jìn)水經(jīng)0.9的不銹鋼篩網(wǎng)過(guò)濾后進(jìn)入生物反響池，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(guò)濾后得到處理出水。出水泵采用間歇抽吸運(yùn)

6、行，抽吸頻率為13in開(kāi)，2in關(guān)。壓差計(jì)和壓力傳感器用于測(cè)定抽吸泵在工作過(guò)程中施加在中空纖維膜上的過(guò)濾壓力，HP75000用于控制生物反響器液面恒定并監(jiān)控和自動(dòng)記錄膜組件過(guò)濾壓力。圖1一體式膜-生物反響器中試流程圖生物反響器自接種后，開(kāi)場(chǎng)進(jìn)水運(yùn)行。目前已運(yùn)行110余天。在此期間，沒(méi)有人為排泥。1.2試驗(yàn)用水試驗(yàn)用水取自清華大學(xué)一號(hào)樓后污水泵站，并投加了適量的工業(yè)葡萄糖。詳細(xì)水質(zhì)情況如表1所示。1.3分析工程及方法日常分析測(cè)定的工程包括進(jìn)出水和污泥上清液的D、進(jìn)水SS、污泥SS和VSS、氨氮濃度等。測(cè)定方法采用標(biāo)準(zhǔn)方法。表1膜-生物反響器中試試驗(yàn)進(jìn)水水質(zhì)溫度/D/g/LSD*/g/L氨氮/g/

7、LSS/g/LpH11.3186181650600204628827SD*即經(jīng)過(guò)濾紙過(guò)濾后的D。2試驗(yàn)結(jié)果與分析2.1污染物去除效果圖2表示了系統(tǒng)進(jìn)出水、生物反響器上清液的D濃度以及系統(tǒng)和生物反響器對(duì)D的去除效率隨時(shí)間的變化。圖2膜-生物反響器中試系統(tǒng)中D濃度及去除效果變化情況從圖2可以看出：(1)系統(tǒng)總D去除率除開(kāi)場(chǎng)運(yùn)行前12天以外，均保持在90%以上，而生物反響器D去除率波動(dòng)較大。在開(kāi)場(chǎng)運(yùn)行前12天，由于微生物尚未充分生長(zhǎng)，生物反響器的D去除效率較低，在60%以下。之后，隨著微生物的增殖，生物反響器的D去除效率逐步增加，最高達(dá)96%。相應(yīng)地膜別離對(duì)D的去除效率隨生物反響器性能的好壞而變化，

8、在3%35%之間波動(dòng)。膜別離對(duì)局部有機(jī)物的截留作用彌補(bǔ)了生物反響器處理性能的不穩(wěn)定，使系統(tǒng)總的D去除效率穩(wěn)定保持在較高程度；(2)活性污泥對(duì)D的去除起到了重要作用。在進(jìn)水D變化較大的情況下，生物反響器內(nèi)活性污泥的效能仍發(fā)揮得很好。除個(gè)別情況外，生物反響器上清液的D濃度可維持在80g/L以下；(3)膜對(duì)系統(tǒng)的穩(wěn)定出水起到了決定性作用。盡管系統(tǒng)進(jìn)水水質(zhì)變化極大，D濃度從100g/L變化到700g/L，上清液D濃度也隨之有較大的變化，但膜出水D濃度始終穩(wěn)定在30g/L以下，滿(mǎn)足中水回用水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)的要求。圖3表示了本系統(tǒng)的進(jìn)出水、生物反響器上清液氨氮濃度的變化情況以及系統(tǒng)和生物反響器對(duì)氨氮的去除效果。圖

9、3膜-生物反響器中試系統(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(yùn)行根本穩(wěn)定后，系統(tǒng)對(duì)氨氮的去除率可達(dá)98%以上；(2)氨氮的去除主要靠生物反響器中微生物的作用，膜對(duì)氨氮的截留作用很小；(3)在開(kāi)場(chǎng)運(yùn)行的頭一周，系統(tǒng)根本上沒(méi)有硝化作用發(fā)生；運(yùn)行兩周后，系統(tǒng)的氨氮去除率達(dá)44%；運(yùn)行三周后，系統(tǒng)的氨氮去除率達(dá)98%。這說(shuō)明膜的別離作用可使世代時(shí)間較長(zhǎng)的硝化細(xì)菌逐漸在系統(tǒng)中積累，使廢水中的氨氮得以發(fā)生充分的硝化反響，系統(tǒng)出水氨氮濃度在0.5g/L以下。此外，小試其它測(cè)定指標(biāo)說(shuō)明，出水無(wú)SS和大腸桿菌檢出、無(wú)色無(wú)嗅，滿(mǎn)足建立部公布的?生活雜用水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)?(J25.1-89)。2.2污泥增

10、殖情況圖4表示出一體式膜-生物反響器中試系統(tǒng)中生物反響器內(nèi)的污泥增殖情況。運(yùn)行前20天，由于進(jìn)水D濃度較低(參見(jiàn)圖2)，污泥生長(zhǎng)緩慢。為刺激污泥的生長(zhǎng)，在進(jìn)水中投加了相當(dāng)于100200gD/L的葡萄糖以增加進(jìn)水D濃度，污泥濃度表現(xiàn)出明顯的上升趨勢(shì)。運(yùn)行第3342天，由于反響器水力循環(huán)條件不好而對(duì)系統(tǒng)進(jìn)展改造，致使局部污泥流失，污泥濃度有所下降。運(yùn)行第42天后污泥濃度仍有降低現(xiàn)象是因?yàn)橥ｎD投加葡萄糖所致。第58天以后，再次投加葡萄糖，污泥濃度出現(xiàn)上升，VSS在4.5g/L左右。圖4膜-生物反響器中試系統(tǒng)污泥濃度變化情況生物反響器污泥的VSS/SS的比值在試驗(yàn)期間內(nèi)根本無(wú)變化，在0.70.8之間，

11、說(shuō)明污泥中沒(méi)有無(wú)機(jī)物積累。2.3膜過(guò)濾壓差的變化圖5表示一體式膜-生物反響器中試系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中膜過(guò)濾壓差與膜通量隨時(shí)間的變化。在膜通量保持恒定時(shí)，膜過(guò)濾壓差的變化反映了運(yùn)行過(guò)程中污染物在膜面的積累，即膜過(guò)濾阻力的變化情況。本試驗(yàn)為減緩啟動(dòng)階段的膜污染與堵塞，采用了膜通量分階段由小到大的運(yùn)行方式。首先將膜通量控制在4L/(2.h)運(yùn)行一段時(shí)間，然后逐步增大至8.7L/(2.h)穩(wěn)定運(yùn)行。然而，運(yùn)行第21天后，由于膜過(guò)濾壓差(即阻力)增長(zhǎng)很快，為到達(dá)長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行的目的，再次將膜通量降低至5L/(2.h)運(yùn)行。圖5膜-生物反響器中試系統(tǒng)膜過(guò)濾壓差與膜通量的時(shí)間變化與小試試驗(yàn)時(shí)膜過(guò)濾壓差的上升情況6相

12、比擬，發(fā)現(xiàn)中試試驗(yàn)條件下膜過(guò)濾壓差的增長(zhǎng)速度較快。初步分析主要是由于以下三個(gè)原因造成的：(1)初始設(shè)計(jì)時(shí)反響器內(nèi)水力循環(huán)條件不夠好，導(dǎo)致膜面沖刷不夠，膜面污染物易于積累。運(yùn)行第35天至第41天時(shí)對(duì)反響器進(jìn)展了改造，增強(qiáng)了反響器內(nèi)的水力循環(huán)，情況有所改善。(2)在生物反響器尚未到達(dá)穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)即開(kāi)場(chǎng)了膜的別離運(yùn)行，啟動(dòng)階段污泥濃度太低，SS缺乏0.5g/L。污泥濃度太低，進(jìn)水中的有機(jī)物分解不完全，致使生物反響器上清液中有許多未降解的溶解性D有機(jī)物存在。這些有機(jī)物易引起膜面堵塞，導(dǎo)致膜過(guò)濾阻力(即膜過(guò)濾壓差)上升很快。有研究報(bào)道直接用膜過(guò)濾原污水比與生物反響器聯(lián)用膜更易堵塞7。建議以后啟動(dòng)時(shí)先間歇運(yùn)

13、行一段時(shí)間，待污泥增長(zhǎng)到一定濃度、生物反響器運(yùn)行根本達(dá)穩(wěn)定后再開(kāi)場(chǎng)膜過(guò)濾。(3)在操作過(guò)程中的粗心造成了一局部微生物流入膜內(nèi)部通道，使膜內(nèi)外表受到污染。為盡量延長(zhǎng)膜的穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)間，本試驗(yàn)嘗試了許多方法來(lái)減緩膜過(guò)濾阻力的上升。(1)高壓水龍頭沖洗膜外表和停頓抽吸出水空曝氣。如圖5的點(diǎn)1所示，對(duì)降低膜過(guò)濾壓差有一定的作用，分別使膜過(guò)濾壓差降低了6.58kPa，之后膜過(guò)濾壓差的增長(zhǎng)速度也有所減緩。分析原因可能是由于膜外表附著的泥餅很厚，空曝氣和膜面高壓水沖刷去除了膜外表上的泥餅，從而引起膜面阻力的降低。(2)在線(xiàn)藥洗。采用5%的次氯酸鈉溶液，清洗了12h，膜過(guò)濾阻力壓差由52.63kPa降至44.7

14、4kPa(如圖5的點(diǎn)2所示)，而后其變化很小，根本到達(dá)穩(wěn)定。2.4膜長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行的主要控制條件根據(jù)以上試驗(yàn)及運(yùn)行操作經(jīng)歷，總結(jié)維持膜長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行的主要控制條件如下：(1)保持生物反響器內(nèi)良好的水力循環(huán)條件。為維持膜面良好的水力沖刷作用，反響器升降流通道的設(shè)計(jì)要合理，曝氣量要適當(dāng)。(2)做好膜-生物反響器的啟動(dòng)運(yùn)行工作。應(yīng)進(jìn)步接種污泥的濃度，待生物反響器運(yùn)行根本穩(wěn)定后再開(kāi)場(chǎng)膜別離的運(yùn)行。(3)注意膜的日常維護(hù)?？刹扇】掌貧狻⒃诰€(xiàn)藥洗等一些簡(jiǎn)單的手段來(lái)減緩膜過(guò)濾阻力的增長(zhǎng)速度，延長(zhǎng)膜運(yùn)行時(shí)間。(4)當(dāng)膜污染極為嚴(yán)重、日常維護(hù)作用不大時(shí)，可將膜組件放到堿液和酸液中浸泡一定時(shí)間，以恢復(fù)膜的過(guò)濾性能。(

15、5)保持操作條件的穩(wěn)定。操作條件的經(jīng)常變化會(huì)促進(jìn)膜的堵塞過(guò)程，加速膜污染。3技術(shù)經(jīng)濟(jì)性評(píng)價(jià)將該工藝與傳統(tǒng)中水處理工藝(二級(jí)生物處理加混凝、沉淀、過(guò)濾)進(jìn)展了技術(shù)經(jīng)濟(jì)比擬，其結(jié)果如表2所示。表2一體式膜-生物反響器工藝與傳統(tǒng)中水處理工藝的比擬工程膜-生物反響器工藝傳統(tǒng)中水處理工藝基建費(fèi)較低稍高運(yùn)行費(fèi)相當(dāng)相當(dāng)出水水質(zhì)穩(wěn)定優(yōu)質(zhì)，符合中水回用標(biāo)準(zhǔn)水質(zhì)稍差維護(hù)管理易管理、容易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)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(kuò)建不易改造和擴(kuò)建適用性上下濃度廢水皆適用高濃廢水需稀釋后處理，以防污泥膨脹4結(jié)論(1)一體式中空纖維膜-生物反響器工藝用于處理我國(guó)生活污水，到達(dá)回用水質(zhì)在技術(shù)上是

16、可行的。110天以上的連續(xù)試驗(yàn)說(shuō)明，無(wú)論進(jìn)水水質(zhì)如何變化，均能得到優(yōu)質(zhì)而穩(wěn)定的膜過(guò)濾出水：D30g/L、NH3-N1g/L，且無(wú)色無(wú)味、無(wú)SS，并未檢出大腸桿菌，完全符合建立部公布的?生活雜用水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)?(J25.1-89)。(2)系統(tǒng)總D去除率達(dá)90%以上，大局部是在生物反響器中去除的，膜別離截留局部D，對(duì)維持穩(wěn)定的系統(tǒng)出水起到了決定性作用。(3)系統(tǒng)對(duì)氨氮的去除率達(dá)98%以上，主要靠生物反響器去除，膜的去除作用很校(4)生物反響器的水力循環(huán)條件是影響膜穩(wěn)定運(yùn)行的重要因素之一。(5)應(yīng)做好系統(tǒng)的啟動(dòng)運(yùn)行，注意膜的日常維護(hù)，采用在線(xiàn)藥劑清洗和空曝氣等簡(jiǎn)單的手段減緩膜過(guò)濾阻力的上升，延長(zhǎng)穩(wěn)定運(yùn)行

17、時(shí)間。(6)以經(jīng)濟(jì)性評(píng)價(jià)說(shuō)明，一體式膜-生物反響器用于處理生活污水實(shí)現(xiàn)回用，在經(jīng)濟(jì)上是可以承受的。其基建費(fèi)用較低，能耗與傳統(tǒng)中水處理工藝相差不多。參考文獻(xiàn)1岑運(yùn)華.膜生物反響器在污水處理中的應(yīng)用.水處理技術(shù)，1991，17(4)：23262YaatK,Hiasa,ahdTandatsuT.DiretSlid-LiquidSeparatinUsingHllFiberebraneinanAtivatedSludgeAeratinTank.atSiTeh,1989,21:43543TATSUKIUEDAKLNJIHATAetal.Effetsfaeratinnsutinpressureinasubergedebranebireatr.atRes,1997,31(3):4894944HKishin,HIshidaetal.Destiasteaterreuseusingasube