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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)條件和啟動階段的運(yùn)行操作對膜的清洗周期有重要影響。

關(guān)鍵詞：好氧膜-生物反應(yīng)器膜污染中水回用

pilotplantstudyonintegralmembranebio-reactortotreatdomesticwastewater

abstract:thetechnicalandeconomicalfeasibilityofintegralmembranebio-reactor(imb)totreatdomesticwastewaterforreusehasbeenapprovedbytheresultsofapilotplantexperiment.thepilotplantrancontinuouslyover110dayswithoutmembranerinsingandnosludgedischarge.theoutputwaterisquitestableandhighqualitywithcod<30mg/landnh3-n<1.0mg/lrespectively,itseemstransparentandfreeofcolorandsmell,andnocoliformwasdetected.fortheimbfacilitytheinvestmentislowerthanandtheoperationexpenseissimilartothetraditionaladvancedtreatment.airblowandon-linechemicalrinsingiseffectivefortheroutinemaintenanceoftheimb.themembranerinsingcycleisheavyeffectedbytheconditionofwatercirculatinginsidethereactorandtheoperatingatthestartingstage.

膜-生物反應(yīng)器工藝是一種新興工藝，近年來已被逐步應(yīng)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(xì)菌的截留和生長，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［2，3］。一體式膜-生物反應(yīng)器裝置占地省、能耗少，近年來有關(guān)它的應(yīng)用研究在國外受到關(guān)注［3～5］，而國內(nèi)有關(guān)研究還很少，作者曾在實(shí)驗(yàn)室小試條件下對一體式膜-生物反應(yīng)器工藝用于處理并回用中國生活污水的可行性進(jìn)行了研究，獲得了令人滿意的效果［6］。為推進(jìn)這種新型高效工藝在我國污水資源化中的應(yīng)用，本研究進(jìn)一步開展了中試試驗(yàn)，證實(shí)了處理效果，探討了系統(tǒng)長期穩(wěn)定運(yùn)行的控制條件和裝置放大規(guī)律，并進(jìn)行了經(jīng)濟(jì)評價，為一體式膜-生物反應(yīng)器工藝在我國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-生物反應(yīng)器的中試工藝流程如圖1所示。

生物反應(yīng)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(jī)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(shè)有穿孔管曝氣，曝氣量為35～50m3/h。進(jìn)水經(jīng)0.9mm的不銹鋼篩網(wǎng)過濾后進(jìn)入生物反應(yīng)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(yùn)行，抽吸頻率為13min開，2min關(guān)。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(yīng)器液面恒定并監(jiān)控和自動記錄膜組件過濾壓力。

生物反應(yīng)器自接種后，開始進(jìn)水運(yùn)行。目前已運(yùn)行110余天。在此期間，沒有人為排泥。

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。測定方法采用標(biāo)準(zhǔn)方法。

scod*即經(jīng)過濾紙過濾后的cod。

2試驗(yàn)結(jié)果與分析

2.1污染物去除效果

從圖2可以看出：(1)系統(tǒng)總cod去除率除開始運(yùn)行前12天以外，均保持在90%以上，而生物反應(yīng)器cod去除率波動較大。在開始運(yùn)行前12天，由于微生物尚未充分生長，生物反應(yīng)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(yīng)器的cod去除效率逐步增加，最高達(dá)96%。相應(yīng)地膜分離對cod的去除效率隨生物反應(yīng)器性能的好壞而變化，在3%～35%之間波動。膜分離對部分有機(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。

從圖3可以看出：(1)運(yùn)行基本穩(wěn)定后，系統(tǒng)對氨氮的去除率可達(dá)98%以上；(2)氨氮的去除主要靠生物反應(yīng)器中微生物的作用，膜對氨氮的截留作用很??；(3)在開始運(yùn)行的頭一周，系統(tǒng)基本上沒有硝化作用發(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%。這說明膜的分離作用可使世代時間較長的硝化細(xì)菌逐漸在系統(tǒng)中積累，使廢水中的氨氮得以發(fā)生充分的硝化反應(yīng)，系統(tǒng)出水氨氮濃度在0.5mg/l以下。

此外，小試其它測定指標(biāo)表明，出水無ss和大腸桿菌檢出、無色無嗅，滿足建設(shè)部頒布的《生活雜用水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》(cj25.1-89)。

2.2污泥增殖情況

圖4表示出一體式膜-生物反應(yīng)器中試系統(tǒng)中生物反應(yīng)器內(nèi)的污泥增殖情況。運(yùn)行前20天，由于進(jìn)水cod濃度較低(參見圖2)，污泥生長緩慢。為刺激污泥的生長，在進(jìn)水中投加了相當(dāng)于100～200mgcod/l的葡萄糖以增加進(jìn)水cod濃度，污泥濃度表現(xiàn)出明顯的上升趨勢。運(yùn)行第33～42天，由于反應(yīng)器水力循環(huán)條件不好而對系統(tǒng)進(jìn)行改造，致使部分污泥流失，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Ｖ雇都悠咸烟撬?。?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。

生物反應(yīng)器污泥的vss/ss的比值在試驗(yàn)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(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間的變化。在膜通量保持恒定時，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)增長很快，為達(dá)到長期穩(wěn)定運(yùn)行的目的，再次將膜通量降低至5l/(m2.h)運(yùn)行。

與小試試驗(yàn)時膜過濾壓差的上升情況［6］相比較，發(fā)現(xiàn)中試試驗(yàn)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：

(1)初始設(shè)計時反應(yīng)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天時對反應(yīng)器進(jìn)行了改造，增強(qiáng)了反應(yīng)器內(nèi)的水力循環(huán)，情況有所改善。

(2)在生物反應(yīng)器尚未達(dá)到穩(wěn)定運(yùn)行時即開始了膜的分離運(yùn)行，啟動階段污泥濃度太低，ss不足0.5g/l。污泥濃度太低，進(jìn)水中的有機(jī)物分解不完全，致使生物反應(yīng)器上清液中有許多未降解的溶解性cod有機(jī)物存在。這些有機(jī)物易引起膜面堵塞，導(dǎo)致膜過濾阻力(即膜過濾壓差)上升很快。有研究報道直接用膜過濾原污水比與生物反應(yīng)器聯(lián)用膜更易堵塞［7］。建議以后啟動時先間歇運(yùn)行一段時間，待污泥增長到一定濃度、生物反應(yīng)器運(yùn)行基本達(dá)穩(wěn)定后再開始膜過濾。

(3)在操作過程中的粗心造成了一部分微生物流入膜內(nèi)部通道，使膜內(nèi)表面受到污染。

為盡量延長膜的穩(wěn)定運(yùn)行時間，本試驗(yàn)嘗試了許多方法來減緩膜過濾阻力的上升。

(1)高壓水龍頭沖洗膜表面和停止抽吸出水空曝氣。如圖5的點(diǎn)1所示，對降低膜過濾壓差有一定的作用，分別使膜過濾壓差降低了6.58kpa，之后膜過濾壓差的增長速度也有所減緩。分析原因可能是由于膜表面附著的泥餅很厚，空曝氣和膜面高壓水沖刷去除了膜表面上的泥餅，從而引起膜面阻力的降低。

(2)在線藥洗。采用5%的次氯酸鈉溶液，清洗了12h，膜過濾阻力壓差由52.63kpa降至44.74kpa(如圖5的點(diǎn)2所示)，而后其變化很小，基本達(dá)到穩(wěn)定。

2.4膜長期穩(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)驗(yàn)，總結(jié)維持膜長期穩(wěn)定運(yùn)行的主要控制條件如下：

(1)保持生物反應(yīng)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，反應(yīng)器升降流通道的設(shè)計要合理，曝氣量要適當(dāng)。

(2)做好膜-生物反應(yīng)器的啟動運(yùn)行工作。應(yīng)提高接種污泥的濃度，待生物反應(yīng)器運(yùn)行基本穩(wěn)定后再開始膜分離的運(yùn)行。

(3)注意膜的日常維護(hù)?？刹扇】掌貧?、在線藥洗等一些簡單的手段來減緩膜過濾阻力的增長速度，延長膜運(yùn)行時間。

(4)當(dāng)膜污染極為嚴(yán)重、日常維護(hù)作用不大時，可將膜組件放到堿液和酸液中浸泡一定時間，以恢復(fù)膜的過濾性能。

(5)保持操作條件的穩(wěn)定。操作條件的經(jīng)常變化會促進(jìn)膜的堵塞過程，加速膜污染。

3技術(shù)經(jīng)濟(jì)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(jìn)行了技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較，

4結(jié)論

(1)一體式中空纖維膜-生物反應(yīng)器工藝用于處理我國生活污水，達(dá)到回用水質(zhì)在技術(shù)上是可行的。110天以上的連續(xù)試驗(yàn)表明，無論進(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(shè)部頒布的《生活雜用水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》(cj25.1-89)。

(2)系統(tǒng)總cod去除率達(dá)90%以上，大部分是在生物反應(yīng)器中去除的，膜分離截留部分cod，對維持穩(wěn)定的系統(tǒng)出水起到了決定性作用。

(3)系統(tǒng)對氨氮的去除率達(dá)98%以上，主要靠生物反應(yīng)器去除，膜的去除作用很小。

(4)生物反應(yīng)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)的啟動運(yùn)行，注意膜的日常維護(hù)，采用在線藥劑清洗和空曝氣等簡單的手段減緩膜過濾阻力的上升，延長穩(wěn)定運(yùn)行時間。

(6)以經(jīng)濟(jì)性評價表明，一體式膜-生物反應(yīng)器用于處理生活污水實(shí)現(xiàn)回用，在經(jīng)濟(jì)上是可以接受的。其基建費(fèi)用較低，能耗與傳統(tǒng)中水處理工藝相差不多。

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