一體式膜-生物反應(yīng)器處理生活污水的中試

一體式膜-生物反應(yīng)器處理生活污水的中試研究摘要：本中試試驗(yàn)結(jié)果表明：一體式好氧中空纖維膜-生物反應(yīng)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(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€藥洗是進(jìn)行膜日常維護(hù)的有效方法，反應(yīng)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)鍵字：好氧膜-生物反應(yīng)器膜污染中水回用PilotPPlantStudyyonIIntegrralMeembranneBioo-ReacctorttoTreeatDoomestiicWasstewatterAbstracct:Thhetecchnicaalanddeconnomicaalfeaasibillityoofinttegrallmembbranebio-rreactoor(IMMB)tootreaatdommesticcwasttewateerforrreussehassbeennapprrovedbythheressultsofapilottplanntexpperimeent.TThepiilotpplantranccontinnuousllyoveer1100daysswithhoutmmembraaneriinsinggandnoslludgedischharge..TheoutpuutwatterissquittestaableaandhiighquualityywithhCOD<<30mg//LanddNH3-N<1..0mg/LLresppectivvely,itseeemsttranspparenttandfreeofcooloraandsmmell,andnnocolliformmwasdeteccted.ForttheIMMBfaccilityytheinvesstmenttisllowerthanandttheopperatiionexxpenseeisssimilaartothettradittionalladvaancedtreattment..Airblowandoon-linnecheemicallrinssingiisefffectivveforrtheroutiinemaaintennanceofthheIMBB.Theemembbranerinsiingcyycleiisheaavyefffecteedbytheccondittionoofwatterciirculaatinginsiddetheereacctoraandthheopeeratinngatthesstartiingsttage.膜-生物反反應(yīng)器工藝是是一種新興工工藝，近年來來已被逐步應(yīng)應(yīng)用于城市污污水和工業(yè)廢廢水的處理。它它用膜分離系系統(tǒng)代替普通通活性污泥法法中的二沉池池，取得可直直接回用的出出水水質(zhì);而且有利于于增殖緩慢的的微生物如硝硝化細(xì)菌的截截留和生長(zhǎng)，增增強(qiáng)硝化作用用［1］。按照膜組組件的設(shè)置位位置，可分為為分置加壓式式和一體抽吸吸式兩類［2，3］。一體式膜-生物反應(yīng)器器裝置占地省省、能耗少，近近年來有關(guān)它它的應(yīng)用研究究在國(guó)外受到到關(guān)注［3～5］，而國(guó)內(nèi)有有關(guān)研究還很很少，作者曾曾在實(shí)驗(yàn)室小小試條件下對(duì)對(duì)一體式膜-生物反應(yīng)器器工藝用于處處理并回用中中國(guó)生活污水水的可行性進(jìn)進(jìn)行了研究，獲獲得了令人滿滿意的效果［［6］。為推進(jìn)這這種新型高效效工藝在我國(guó)國(guó)污水資源化化中的應(yīng)用，本本研究進(jìn)一步步開展了中試試試驗(yàn)，證實(shí)實(shí)了處理效果果，探討了系系統(tǒng)長(zhǎng)期穩(wěn)定定運(yùn)行的控制制條件和裝置置放大規(guī)律，并并進(jìn)行了經(jīng)濟(jì)濟(jì)評(píng)價(jià)，為一一體式膜-生物反應(yīng)器器工藝在我國(guó)國(guó)污水處理與與回用中的應(yīng)應(yīng)用提供了技技術(shù)經(jīng)濟(jì)條件件。1試驗(yàn)裝置與與試驗(yàn)方法1.1試驗(yàn)裝裝置與流程一體式膜膜-生物反應(yīng)器器的中試工藝藝流程如圖1所示。生物反應(yīng)器器容積為2.7m3，內(nèi)置中空空纖維膜組件件11個(gè)。每個(gè)膜膜面積4m2，組件總面面積44m2，膜材料為為聚乙烯，膜膜孔徑為0.1μm。為供給微微生物分解有有機(jī)物所需氧氧氣，同時(shí)在在中空纖維膜膜面造成一定定的循環(huán)流速速，膜組件下設(shè)設(shè)有穿孔管曝曝氣，曝氣量為35～50m3/h。進(jìn)水經(jīng)0.9mm的不銹鋼篩篩網(wǎng)過濾后進(jìn)進(jìn)入生物反應(yīng)應(yīng)池，其中的的污染物經(jīng)活活性污泥中微微生物分解，混混合液在出水水泵的抽吸作作用下經(jīng)膜過過濾后得到處處理出水。出出水泵采用間間歇抽吸運(yùn)行行，抽吸頻率率為13min開，2min關(guān)。壓差計(jì)計(jì)和壓力傳感感器用于測(cè)定定抽吸泵在工工作過程中施施加在中空纖纖維膜上的過過濾壓力，HP750000用于控制生生物反應(yīng)器液液面恒定并監(jiān)監(jiān)控和自動(dòng)記記錄膜組件過過濾壓力。圖1一體式膜膜-生物反應(yīng)器器中試流程圖圖生物反應(yīng)器器自接種后，開開始進(jìn)水運(yùn)行行。目前已運(yùn)運(yùn)行110余天。在此此期間，沒有有人為排泥。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。具體水質(zhì)情況如表1所示。1.3分析項(xiàng)目及方法日常分析測(cè)定的項(xiàng)目包括進(jìn)出水和污泥上清液的COD、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-生物物反應(yīng)器中試試試驗(yàn)進(jìn)水水水質(zhì)溫度/℃COD/mg//LSCOD*/mmg/L氨氮/mg/LLSS/mg/LLpH11.3～18861～81650～60020～4628～827SCOD**即經(jīng)過濾紙紙過濾后的COD。2試驗(yàn)結(jié)果與與分析2.1污染物物去除效果圖2表示了系統(tǒng)統(tǒng)進(jìn)出水、生生物反應(yīng)器上上清液的COD濃度以及系系統(tǒng)和生物反反應(yīng)器對(duì)COD的去除效率率隨時(shí)間的變變化。圖2膜-生物物反應(yīng)器中試試系統(tǒng)中COD濃度及去除除效果變化情情況從圖2可以以看出：(1)系統(tǒng)總COD去除率除開開始運(yùn)行前12天以外，均均保持在90%以上，而生生物反應(yīng)器COD去除率波動(dòng)動(dòng)較大。在開開始運(yùn)行前12天，由于微微生物尚未充充分生長(zhǎng)，生生物反應(yīng)器的的COD去除效率較較低，在60%以下。之后后，隨著微生生物的增殖，生生物反應(yīng)器的的COD去除效率逐逐步增加，最最高達(dá)96%。相應(yīng)地膜膜分離對(duì)COD的去除效率率隨生物反應(yīng)應(yīng)器性能的好好壞而變化，在3%～35%之間波動(dòng)。膜分離對(duì)部分有機(jī)物的截留作用彌補(bǔ)了生物反應(yīng)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(duì)COD的去除起到了重要作用。在進(jìn)水COD變化較大的情況下，生物反應(yīng)器內(nèi)活性污泥的效能仍發(fā)揮得很好。除個(gè)別情況外，生物反應(yīng)器上清液的COD濃度可維持在80mg/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，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(biāo)準(zhǔn)的要求。圖3表示了本系統(tǒng)的進(jìn)出水、生物反應(yīng)器上清液氨氮濃度的變化情況以及系統(tǒng)和生物反應(yīng)器對(duì)氨氮的去除效果。圖3膜-生物物反應(yīng)器中試試系統(tǒng)中氨氮氮濃度及去除除效果的變化化情況從圖3可以以看出：(1)運(yùn)行基本穩(wěn)穩(wěn)定后，系統(tǒng)統(tǒng)對(duì)氨氮的去去除率可達(dá)98%以上；(2)氨氮的去除除主要靠生物物反應(yīng)器中微微生物的作用用，膜對(duì)氨氮氮的截留作用用很??；(3)在開始運(yùn)行行的頭一周，系系統(tǒng)基本上沒沒有硝化作用用發(fā)生；運(yùn)行行兩周后，系系統(tǒng)的氨氮去去除率達(dá)44%；運(yùn)行三周周后，系統(tǒng)的的氨氮去除率率達(dá)98%。這說明膜膜的分離作用用可使世代時(shí)時(shí)間較長(zhǎng)的硝硝化細(xì)菌逐漸漸在系統(tǒng)中積積累，使廢水水中的氨氮得得以發(fā)生充分分的硝化反應(yīng)應(yīng)，系統(tǒng)出水水氨氮濃度在在0.5mgg/L以下。此外，小試試其它測(cè)定指指標(biāo)表明，出出水無SS和大腸桿菌菌檢出、無色色無嗅，滿足足建設(shè)部頒布布的《生活雜雜用水水質(zhì)標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)》(CJ255.1-899)。2.2污泥增殖殖情況圖4表示出一體體式膜-生物反應(yīng)器器中試系統(tǒng)中中生物反應(yīng)器器內(nèi)的污泥增增殖情況。運(yùn)運(yùn)行前20天，由于進(jìn)進(jìn)水COD濃度較低(參見圖2)，污泥生長(zhǎng)長(zhǎng)緩慢。為刺刺激污泥的生生長(zhǎng)，在進(jìn)水水中投加了相相當(dāng)于100～200mggCOD//L的葡萄糖以以增加進(jìn)水COD濃度，污泥泥濃度表現(xiàn)出出明顯的上升升趨勢(shì)。運(yùn)行行第33～42天，由于反反應(yīng)器水力循循環(huán)條件不好好而對(duì)系統(tǒng)進(jìn)進(jìn)行改造，致致使部分污泥泥流失，污泥泥濃度有所下下降。運(yùn)行第第42天后污泥濃濃度仍有降低低現(xiàn)象是因?yàn)闉橥Ｖ雇都悠掀咸烟撬?。?8天以后，再次投加葡萄糖，污泥濃度出現(xiàn)回升，VSS在4.5g/L左右。圖4膜-生物物反應(yīng)器中試試系統(tǒng)污泥濃濃度變化情況況生物反應(yīng)器器污泥的VSS/SSS的比值在試試驗(yàn)期間內(nèi)基基本無變化，在0.7～0.8之間，說明污泥中沒有無機(jī)物積累。2.3膜過濾壓差的變化圖5表示一體式膜-生物反應(yīng)器中試系統(tǒng)運(yùn)行過程中膜過濾壓差與膜通量隨時(shí)間的變化。在膜通量保持恒定時(shí)，膜過濾壓差的變化反映了運(yùn)行過程中污染物在膜面的積累，即膜過濾阻力的變化情況。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/(m2.h)運(yùn)行一段時(shí)間，然后逐步增大至8.7L/(m2.h)穩(wěn)定運(yùn)行。然而，運(yùn)行第21天后，由于膜過濾壓差(即阻力)增長(zhǎng)很快，為達(dá)到長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行的目的，再次將膜通量降低至5L/(m2.h)運(yùn)行。圖5膜-生物物反應(yīng)器中試試系統(tǒng)膜過濾濾壓差與膜通通量的時(shí)間變變化與小試試驗(yàn)驗(yàn)時(shí)膜過濾壓壓差的上升情情況［6］相比較，發(fā)發(fā)現(xiàn)中試試驗(yàn)驗(yàn)條件下膜過過濾壓差的增增長(zhǎng)速度較快快。初步分析析主要是由于于以下三個(gè)原原因造成的：：(1)初始設(shè)計(jì)時(shí)時(shí)反應(yīng)器內(nèi)水水力循環(huán)條件件不夠好，導(dǎo)導(dǎo)致膜面沖刷刷不夠，膜面面污染物易于于積累。運(yùn)行行第35天至第41天時(shí)對(duì)反應(yīng)應(yīng)器進(jìn)行了改改造，增強(qiáng)了了反應(yīng)器內(nèi)的的水力循環(huán)，情情況有所改善善。(2)在生物反應(yīng)應(yīng)器尚未達(dá)到到穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)時(shí)即開始了膜膜的分離運(yùn)行行，啟動(dòng)階段段污泥濃度太太低，SS不足0.5g//L。污泥濃度度太低，進(jìn)水水中的有機(jī)物物分解不完全全，致使生物物反應(yīng)器上清清液中有許多多未降解的溶溶解性COD有機(jī)物存在在。這些有機(jī)機(jī)物易引起膜膜面堵塞，導(dǎo)導(dǎo)致膜過濾阻阻力(即膜過濾壓壓差)上升很快。有有研究報(bào)道直直接用膜過濾濾原污水比與與生物反應(yīng)器器聯(lián)用膜更易易堵塞［7］。建議以后后啟動(dòng)時(shí)先間間歇運(yùn)行一段段時(shí)間，待污污泥增長(zhǎng)到一一定濃度、生生物反應(yīng)器運(yùn)運(yùn)行基本達(dá)穩(wěn)穩(wěn)定后再開始始膜過濾。(3)在操作過程程中的粗心造造成了一部分分微生物流入入膜內(nèi)部通道道，使膜內(nèi)表表面受到污染染。為盡盡量延長(zhǎng)膜的的穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)時(shí)間，本試驗(yàn)驗(yàn)嘗試了許多多方法來減緩緩膜過濾阻力力的上升。(1)高壓水龍頭頭沖洗膜表面面和停止抽吸吸出水空曝氣氣。如圖5的點(diǎn)1所示，對(duì)降降低膜過濾壓壓差有一定的的作用，分別別使膜過濾壓壓差降低了6.58kkPa，之后膜過過濾壓差的增增長(zhǎng)速度也有有所減緩。分分析原因可能能是由于膜表表面附著的泥泥餅很厚，空空曝氣和膜面面高壓水沖刷刷去除了膜表表面上的泥餅餅，從而引起起膜面阻力的的降低。(2)在線藥洗。采采用5%的次氯酸鈉鈉溶液，清洗洗了12h，膜過濾阻阻力壓差由52.633kPa降至44.744kPa(如圖5的點(diǎn)2所示)，而后其變變化很小，基基本達(dá)到穩(wěn)定定。2.4膜長(zhǎng)期穩(wěn)穩(wěn)定運(yùn)行的主主要控制條件件根據(jù)以以上試驗(yàn)及運(yùn)運(yùn)行操作經(jīng)驗(yàn)驗(yàn)，總結(jié)維持持膜長(zhǎng)期穩(wěn)定定運(yùn)行的主要要控制條件如如下：(1)保持生物反反應(yīng)器內(nèi)良好好的水力循環(huán)環(huán)條件。為維維持膜面良好好的水力沖刷刷作用，反應(yīng)應(yīng)器升降流通通道的設(shè)計(jì)要要合理，曝氣氣量要適當(dāng)。(2)做好膜-生物反應(yīng)器器的啟動(dòng)運(yùn)行行工作。應(yīng)提提高接種污泥泥的濃度，待待生物反應(yīng)器器運(yùn)行基本穩(wěn)穩(wěn)定后再開始始膜分離的運(yùn)運(yùn)行。(3)注意膜的日日常維護(hù)?？煽刹扇】掌貧鈿?、在線藥洗洗等一些簡(jiǎn)單單的手段來減減緩膜過濾阻阻力的增長(zhǎng)速速度，延長(zhǎng)膜膜運(yùn)行時(shí)間。(4)當(dāng)膜污染極極為嚴(yán)重、日日常維護(hù)作用用不大時(shí)，可可將膜組件放放到堿液和酸酸液中浸泡一一定時(shí)間，以以恢復(fù)膜的過過濾性能。(5)保持操作條條件的穩(wěn)定。操操作條件的經(jīng)經(jīng)常變化會(huì)促促進(jìn)膜的堵塞塞過程，加速速膜污染。3技術(shù)經(jīng)濟(jì)性性評(píng)價(jià)將該工藝與與傳統(tǒng)中水處處理工藝(二級(jí)生物處處理加混凝、沉沉淀、過濾)進(jìn)行了技術(shù)術(shù)經(jīng)濟(jì)比較，其其結(jié)果如表2所示。表2一體式膜膜-生物反應(yīng)器器工藝與傳統(tǒng)統(tǒng)中水處理工工藝的比較項(xiàng)目膜-生物反應(yīng)器器工藝傳統(tǒng)中水處理工工藝基建費(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)，符合合中水回用標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)水質(zhì)稍差維護(hù)管理易管理、容易實(shí)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化不易管理、需防防止污泥膨脹脹可改造性易從普通活性污污泥法改造、易易擴(kuò)建不易改造和擴(kuò)建建適用性高低濃度廢水皆皆適用高濃廢水需稀釋釋后處理，以以防污泥膨脹脹4結(jié)論(1)一體體式中空纖維維膜-生物反應(yīng)器器工藝用于處處理我國(guó)生活活污水，達(dá)到到回用水質(zhì)在在技術(shù)上是可可行的。110天以上的連連續(xù)試驗(yàn)表明明，無論進(jìn)水水水質(zhì)如何變變化，均能得得到優(yōu)質(zhì)而穩(wěn)穩(wěn)定的膜過濾濾出水：COD<330mg/LL、NH3-N<1mmg/L，且無色無無味、無SS，并未檢出出大腸桿菌，完完全符合建設(shè)設(shè)部頒布的《生生活雜用水水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》(CJ255.1-899)。(2)系統(tǒng)總COD去除率達(dá)90%以上，大部部分是在生物物反應(yīng)器中去去除的，膜分分離截留部分分COD，對(duì)維持穩(wěn)穩(wěn)定的系統(tǒng)出出水起到了決決定性作用。(3)系統(tǒng)對(duì)氨氮氮的去除率達(dá)達(dá)98%以上，主要要靠生物反應(yīng)應(yīng)器去除，膜膜的去除作用用很小。(4)生物反應(yīng)器器的水力循環(huán)環(huán)條件是影響響膜穩(wěn)定運(yùn)行行的重要因素素之一。(5)應(yīng)做好系統(tǒng)統(tǒng)的啟動(dòng)運(yùn)行行，注意膜的的日常維護(hù)，采采用在線藥劑劑清洗和空曝曝氣等簡(jiǎn)單的的手段減緩膜膜過濾阻力的的上升，延長(zhǎng)長(zhǎng)穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)時(shí)間。(6)以經(jīng)濟(jì)性評(píng)評(píng)價(jià)表明，一一體式膜-生物反應(yīng)器器用于處理生生活污水實(shí)現(xiàn)現(xiàn)回用，在經(jīng)經(jīng)濟(jì)上是可以以接受的。其其基建費(fèi)用較較低，能耗與與傳統(tǒng)中水處處理工藝相差差不多。參考文獻(xiàn)1岑運(yùn)華.膜膜生物反應(yīng)器器在污水處理理中的應(yīng)用.水處理技術(shù)術(shù)，1991，17(4)：23～262YamammotoKK,HiaasaM,,MahmmoodTTandMatsuuoT.DirecctSollid-LiiquidSeparrationnUsinngHolllowFFiberMembrraneiinanActivvatedSludggeAerr