二段淹沒(méi)式膜生物反應器處理城市污水的研究

摘要：用丸保田板式膜，設計了二段淹沒(méi)式膜生物反應器處理城市生活污水。運行結果顯示.二段淹沒(méi)武膜生物反應器能夠增強高能級生物體蠕蟲(chóng)生長(cháng)與少產(chǎn)污泥的目的。在污泥負荷為0.35－0.65g [COD]/(g[ss]·d)和容積負荷為2—5 g[COD]／（L·d）的條件下，反應器出水COD和NH3－N的質(zhì)量濃度分別為18.67mg/L和0.24mg／L，污泥產(chǎn)率為 0.1 kg［SS」/kg［COD］。

關(guān)鍵詞：城市污水 污水處理 膜生物反應器 污泥產(chǎn)率 中水回用

淹沒(méi)式膜生物反應器是膜生物反應器的一種。此工藝的特點(diǎn)是直接將膜組件置于生物反應器中，污水中的污染物轉化以及污泥的分離發(fā)生在同一反應器中，具有結構緊湊，處理能耗低等特點(diǎn)。但由于其屬于好氧活性污泥工藝，也具有污泥產(chǎn)率高的缺點(diǎn)。為降低污泥產(chǎn)量，已有學(xué)者在人工合成污水和實(shí)驗室規?；A上，采用二段式膜生物反應器刺激原生動(dòng)物纖毛蟲(chóng)和鞭毛蟲(chóng)，以及后生動(dòng)物輪蟲(chóng)和線(xiàn)蟲(chóng)生長(cháng)，并指出這些高能級原生動(dòng)物和后生動(dòng)物可降低污泥產(chǎn)率20％－30％［1-3］。

活性污泥中的后生動(dòng)物蠕蟲(chóng)也可降低污泥產(chǎn)率[4-5]。此試驗采用重力流平板膜設計了適合蠕蟲(chóng)生長(cháng)的二段式膜生物反應器，主要研究了此工藝的出水水質(zhì)與水量，污泥產(chǎn)率以及膜污染狀況。

1 試驗裝置與方法

1.1 試驗裝置

蠕蟲(chóng)屬于高等后生動(dòng)物，主要以微生物為食，有時(shí)也以藻類(lèi)（diatoms algae）和其他脊柱動(dòng)物為食，適合在好氧，水力擾動(dòng)強度不大，有毒物質(zhì)濃度低，食物充足的環(huán)境中生長(cháng)[6-8]。根據蠕蟲(chóng)的這些特點(diǎn)，本試驗采用適合蠕蟲(chóng)生存的二段淹沒(méi)式膜生物反應器，如圖1所示。

本裝置特點(diǎn)：①將單一的反應區分成污染物轉化區和污泥降解區。污水首先進(jìn)人污染物轉化區，在這一段里，污水中有毒物質(zhì)得到稀釋與轉化，對第二段污泥降解區中蠕蟲(chóng)起到緩沖與保護作用。②為避免水泵對蠕蟲(chóng)的高強度攪拌，選用攪拌強度小的擠壓泵。③通過(guò)調節回流污泥量和出水量，控制污泥在轉化區和降解區的分配，使得蠕蟲(chóng)集中在污泥降解區里消化污泥。污染物轉化區和污泥降解區的有效容積分別為 600 L和 400L。在污泥降解區內設置了10塊總有效面積為8m2 的板式膜。處理水和污泥在此進(jìn)行有效地分離。膜組件為日本九保田生產(chǎn)的耐污染的重力流聚乙烯微濾膜，膜孔徑為 0.4 μm。主要設計與控制參數見(jiàn)表1。

表1 主要設計與控制參數 反應區 停留時(shí)間/h 污泥質(zhì)量 度/ （g·L-1） 溶解氧/（mg·L-1） 溫度/℃ 轉化區 降解區的1/3 1.8—2.8 25土2 降解區 12.31～2O.94 1.8—2.8 25土2

1.2 污水特點(diǎn)

污水為荷蘭Apeldoom市的城市污水。污水經(jīng)過(guò)0.Imm的篩網(wǎng)，然后進(jìn)人原水箱，最后進(jìn)人膜生物反應器系統。試驗期間，進(jìn)人膜生物反應器的原水水質(zhì)見(jiàn)表2。

表2 試驗用水水質(zhì) mg·L-1 項目 ρ（CODcr） ρ（NH3－N） ρ（NO2- -N） ρ（NO3－－N） 轉化區 679.25 39.43 0.0176 0.755

2 結果與討論

2.l 出水水質(zhì)

運行時(shí)，進(jìn)水泵由污染物轉化池內液位控制器控制，采用間斷進(jìn)水，池內有溫度和溶解氧調節器，溫度控制在25 ± 2℃，溶解氧控制在1.8－2.8 mg／L之間。以 CODcr和 NH3－N評價(jià)污水處理效果，淹沒(méi)式膜生物反應器處理出水效果見(jiàn)表3。

表3 二段淹沒(méi)式膜生物反應器出水水質(zhì) 出水p（CODcr）/ （mg·L-1） COD去除率l％ 出水ρ（NH3－N）/（mg·L-1） NH3-N去除率／％ 18.67 97.31 0.24 99.48

我國回用水標準規定沖廁水和洗車(chē)水的化學(xué)需氧量均為 50 mg／L；沖廁水的氨氮為 20 mg／L；洗車(chē)水的氨氮為 10 mg／L《生活雜用水水質(zhì)指標》CJ 25.l－89）。從表 3中可見(jiàn)，二段淹沒(méi)式膜生物反應器出水的化學(xué)需氧量和氨氮都符合回用水的要求。出水除略帶淡黃色外，濁度均接近于零，完全可以作為中水進(jìn)行回用?；瘜W(xué)需氧量和氨氮量去除率均分別為97.31％和99.48％。出水水質(zhì)穩定，反應器運行狀態(tài)良好。

2.2 出水水量

圖1 所示工藝流程中的膜組件為板式膜，膜的穿透壓卻由組件上方的水頭壓提供。膜的最大耐壓能力為 17 kPa，因此，其最高可利用水頭為1.69 m。在本系統中，通過(guò)控制進(jìn)出污泥降解池的流量，進(jìn)行出水流量控制。對于某一出水流量，必有相應的水頭高度地而且在運行過(guò)程中，△P值隨時(shí)間的增加有所增大，增大的快慢速度反映出膜污染狀況。如果膜受污染嚴重，則一迅速地提高。對于本系統采用的板式膜，其運行結果見(jiàn)表4。

表4 膜及應器運行時(shí)的多數變化 運行時(shí)間／d 水頭變化△p/pa 膜通量／（L·m-2·h-1·kPa-1） 污泥質(zhì)量濃度/（g·L-1） 233 784 15.2 12.31 236 882 14.2 13.75 247 1029 11.7 15.82 251 1078 10.7 15.32 265 1127 11.1 20.01 271 1274 10.3 20.94

從表4可見(jiàn)，△p上升速度很慢，運行1個(gè)月后，水頭壓力神才增高 343 Pa，表明此膜組件是一種耐污染的微濾膜，同時(shí)也說(shuō)明，此系統具有較強抗污染能力。主要原因膜污染是由溶解態(tài)和膠體態(tài)有機物形成，在本系統中，這些有機物在污染物轉化區得到了降解，未降解的此類(lèi)有機物也被污泥降解區高濃度的污泥所吸附，使得這些有機物極少有機會(huì )接觸到膜介質(zhì)，這樣，就減輕了膜污染。按此污染速度及膜的最大耐壓能力，此膜組件在無(wú)物理和化學(xué)清洗的狀態(tài)下，其使用壽命為4a。

此系統產(chǎn)水量及流量與時(shí)間關(guān)系見(jiàn)圖2。在運行34 d內，出水水量穩定在100 L／h左右，共產(chǎn)水量 75.53 m3。根據此狀況，此工藝可應用于生活污水處理與回用。

2.3 污泥產(chǎn)量

圖3 顯示了重力淹沒(méi)式膜生物反應器蠕蟲(chóng)數量與污泥產(chǎn)率的關(guān)系。當蠕蟲(chóng)數量為 1008條／mL時(shí)，污泥產(chǎn)率為 0.32 kg[SS]／kg［COD」，隨著(zhù)蠕蟲(chóng)數量升高至 2 66－3 88條／mL時(shí)，污泥產(chǎn)率在0.1－O.15 kg[ss]／kg[COD]范圍內變化，并呈下降趨勢。值得一提的是，此結果是在常規污泥負荷（0.35－0.65 g［COD」／（g[SS]·d》和高容積負荷（2－5 g（COD）／（L·d）條件下取得的，表明反應器生物降解有機物能力得到了加強，同時(shí)也充分表明了蠕蟲(chóng)消化有機污泥的功能。

3 結論

將淹沒(méi)式膜生物反應器分成污染物轉化區和污泥降解區可以刺激高能級后生動(dòng)物生長(cháng)，從而達到少產(chǎn)污泥的目的。在低污泥產(chǎn)量情況下，膜生物反應器出水水質(zhì)良好，其水質(zhì)可達到中水回用標準。

試驗同時(shí)表明，二段淹沒(méi)式膜生物反應器是一種抗污泥性能好的新工藝，污水中溶解態(tài)和膠體態(tài)有機污染物在污染物轉化區得到降解，緩解了對設置在污泥降解區膜組件污染。

以九保田板式膜為污泥分離裝置的二段淹沒(méi)式生物反應器出水穩定，該設備可以實(shí)際應用于污水處理與回用。

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