膜—生物反應(yīng)器是把生物處理與膜分離相結(jié)合的一種組合工藝，它不僅能高效地進(jìn)行固液分離，得到可以直接回用的穩(wěn)定出水，而且可在生物反應(yīng)池內(nèi)維持高濃度的微生物量，提高處理裝置的容積負(fù)荷，節(jié)省占地面積。此外，該工藝剩余污泥產(chǎn)量低，操作管理方便［1］。
洗浴污水大多產(chǎn)生于公共浴室、賓館等地，一般水量大而有機(jī)物含量低，是污水資源化的重要水源，經(jīng)適當(dāng)處理后可回用于綠化、沖洗廁所等。
1 試驗裝置與方法
1.1工藝流程
一體式中空纖維膜—生物反應(yīng)器的中試裝置設(shè)在清華大學(xué)東北浴室附近，用于處理學(xué)生浴室的洗浴污水，其工藝流程如圖1所示。整個裝置主要由生物反應(yīng)池和膜組件兩部分組成。生物反應(yīng)池尺寸為0.9 m×0.93 m×2 m，有效容積為1.5 m3，內(nèi)部被隔板分為升流區(qū)和降 流區(qū)兩部分。聚乙烯中空纖維微濾膜組件共有8塊，膜總面積32m2，分兩層置于反應(yīng)池升 流區(qū)。膜組件下設(shè)有穿孔管，曝氣量控制在35～50 m3/h。壓差計用于監(jiān)測在運(yùn)行過程 中膜過濾壓差的變化。液位控制器用于控制生物反應(yīng)池液面使之恒定。電子流量計用于測定膜出水的瞬時流量和累計流量。
洗浴污水經(jīng)0.9 mm的不銹鋼篩網(wǎng)過濾后進(jìn)入高位水箱，再流入生物反應(yīng)池，有機(jī)物被活性污泥中的微生物分解，混合液在出水泵的抽吸作用下經(jīng)膜過濾后形成處理出水。出水泵采用間歇方式運(yùn)行，即開13min，停4 min。整個系統(tǒng)的設(shè)計處理能力為10 m3 /d，水力停留時間(HRT)為3.15 h，試驗過程沒有人為排泥。
1.2試驗用水水質(zhì)
試驗污水水質(zhì)如表1所示。
表1 試驗污水水質(zhì)
| 溫度(℃) |
濁度(NTU) |
pH |
嗅 |
NH3-N(mg/L) |
NO2--N( mg/L) |
| 20～25 |
146～185 |
5.8～6.3 |
芳香 |
0.59～1.01 |
0.02～0. 08 |
| NO3--N(mg/L) |
COD( mg/L) |
TOC(mg/L) |
SS(mg/L) |
BOD5(mg/L) |
LAS(mg/L) |
| 0.03～0.07 |
130～322 |
68～126 |
15～50 |
99～212 |
3.5～8.9 |
1.3測試項目與方法
測試項目包括各種常規(guī)水質(zhì)指標(biāo)，均采用國家環(huán)保局《水和廢水監(jiān)測分析方法》中的標(biāo)準(zhǔn)方法進(jìn)行監(jiān)測。
2 試驗結(jié)果與分析
2.1污染物去除效果
圖2為原水、生物反應(yīng)池上清液和膜過濾出水的COD變化情況以及系統(tǒng)各部分對COD 的去除效果。
從圖2可以看出，整個系統(tǒng)對COD的去除率為78.5%～100%，出水COD濃度穩(wěn)定在40 m g/L以下。活性污泥對COD的去除起到了主要作用，在進(jìn)水COD為130～322mg/L的情 況下，生物反應(yīng)池上清液的COD濃度一般都低于100 mg/L，但其處理性能不夠穩(wěn)定，C OD去除率在42%～85%之間波動。膜對系統(tǒng)的穩(wěn)定出水起到了重要作用，彌補(bǔ)了生物反應(yīng)池處理性能的不穩(wěn)定，提高了系統(tǒng)整體的抗沖擊負(fù)荷能力，使COD去除效率保持在較高水平。
圖3為原水、生物反應(yīng)池上清液和膜過濾出水的陰離子洗滌劑(LAS)濃度變化及系統(tǒng)各部 分對LAS的去除效果。
由圖3可見，生物反應(yīng)池上清液和膜過濾出水中LAS濃度基本相等，盡管進(jìn)水LAS濃 度很高，在3.46～8.90 mg/L之間變化，但系統(tǒng)出水始終＜0.2 mg/L。整個系統(tǒng)和 生物反應(yīng)池部分對LAS的去除率均在98%以上。
以上結(jié)果說明LAS的去除主要靠生物反應(yīng)池中微生物的分解作用，膜對LAS的截留作用很小。
2.2系統(tǒng)出水水質(zhì)
表2匯總了系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行后的膜出水水質(zhì)與建設(shè)部頒布的生活雜用水回用標(biāo)準(zhǔn)(CJ25.1—19 89)的主要項目比較。大腸菌群在運(yùn)行前期未檢出，故在運(yùn)行后期沒有繼續(xù)檢測，但發(fā)現(xiàn)膜內(nèi)表面滋生有微生物，可能對出水會造成一定影響。其余各項出水水質(zhì)指標(biāo)均滿足雜用水回 用標(biāo)準(zhǔn)，也就是說，膜出水只需經(jīng)簡單消毒處理就可以安全回用于沖廁、綠化、掃除、洗車等場合。
表2試驗出水水質(zhì)與建設(shè)部生活雜用水回用標(biāo)準(zhǔn)主要項目的比較
| 項目 |
SS(mg/L) |
NH3-N
(以N計，mg/L ) |
COD
(mg/L) |
BOD5
(mg/L) |
LAS(mg/L) |
本系統(tǒng)出水沖廁、
綠化掃除、洗車 |
—
≤10
≤5 |
0. 22～0.42
≤20
≤10 |
＜40
≤50
≤50 |
＜5
≤10
≤10 |
＜0.2
≤1.0
≤0.5 |
| 項目 |
色度(倍) |
濁度(NTU) |
pH |
嗅大 |
腸菌群(個/L) |
本系統(tǒng)出水沖廁、
綠化掃除、洗車 |
＜3
≤30
≤30 |
＜1
≤10
≤5 |
6.5
6.5～9.0
6.5～9.0 |
無異常
無不快感
無不快感 |
運(yùn)行前期未檢出
≤3
≤3 |
2.3容積負(fù)荷與污泥負(fù)荷
膜—生物反應(yīng)器中膜的高效截留作用使微生物全部截留于生物反應(yīng)池中，不僅維持了較高的 污泥濃度和容積負(fù)荷，而且可以增強(qiáng)反應(yīng)池的抗沖擊負(fù)荷能力。在試驗過程中，容積負(fù)荷和污泥負(fù)荷與傳統(tǒng)活性污泥工藝相比波動較大［容積負(fù)荷波動于0.50～1.85 kgCOD/(m3· d)，污泥負(fù)荷波動于0.33～2.02 kgCOD/(kgVSS·d)］，但這種波動沒有對COD和 LAS的去除效果產(chǎn)生影響，充分顯示了膜—生物反應(yīng)器的抗沖擊負(fù)荷能力。此外，試驗 達(dá)到的最大容積負(fù)荷UV為1.85 kgCOD/(m3·d)，相當(dāng)于活性污泥法的2～3倍。
#p#分頁標(biāo)題#e# 2.4膜通量和膜過濾壓差的變化
為減緩啟動階段的膜污染，須分階段由小到大控制膜通量。首先將膜通量控制在6.25 L/( m2·h)運(yùn)行一段時間，然后逐步增大至9.4L/(m2·h)、13.125 L/(m2·h) ，最后穩(wěn)定于13.75 L/(m2·h)不變。運(yùn)行125 d后，由于膜過濾壓差較高而重新將膜通量降低至11 L/(m2·h)左右。
試驗運(yùn)行前期膜過濾壓差增長迅速，經(jīng)分析可能是由于污泥沉積在膜表面所致，因此分別在運(yùn)行至第34、60、90和100 d時停止進(jìn)、出水，只維持曝氣，企圖去除膜面污泥層，對膜的過濾性能進(jìn)行恢復(fù)。從膜過濾壓差的變化情況來看，第34 d和60 d的恢復(fù)效果較好，但第90 d以后的恢復(fù)效果不太好，尤其是第100 d，幾乎無恢復(fù)效果。運(yùn)行至21 6 d，膜過濾壓差上升到了60kPa，運(yùn)行停止。
2.5膜污染分析
為了解造成膜污染的原因，運(yùn)行第208 d時剪下一段膜絲進(jìn)行電鏡觀察(見圖4)。可以看出， 膜外表面污泥沉積情況很不均勻(圖4a)。在膜絲內(nèi)部負(fù)壓和膜面紊流形成的剪切力等雙重作用下，有些污泥在膜外表面的局部沉積下來，這些沉積污泥由絲狀真菌、放線菌、球菌和桿菌組成。絲狀真菌表面輪廊清晰，產(chǎn)生的分泌物較少，而其余菌種周圍都有厚厚的一層分泌物。這些分泌物不僅對凝結(jié)菌膠團(tuán)起到了重要作用(圖4b)，還附著于膜表面或進(jìn)入膜的孔道成為膜表面凝膠層的重要組成物質(zhì)(圖4c)。另一方面凝膠層對膜外表面的污染相當(dāng)普遍，整體來看形成得相對均勻，但從小范圍來看厚度差異較大，變化于0～5μm之間(圖4c)。
膜內(nèi)表面微生物的滋生也是膜污染的一個重要原因(圖4 d)。在膜的內(nèi)表面均勻生長了一層以絲狀真菌為骨架、球菌和桿菌相附著的薄薄的微生物層，這些微生物也分泌出一些代謝產(chǎn)物，但比膜外表面少得多。膜內(nèi)表面污染主要以微生物層為主。
3 結(jié)論
①一體式膜—生物反應(yīng)器工藝用于處理并回用洗浴污水在技術(shù)上是可行的。試驗表明，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＜40mg/L、NH3-N＜ 0.5 mg/L、LAS＜0.2 mg/L，且無色無味、無SS，符合建設(shè)部頒布的生活雜用水回用標(biāo)準(zhǔn)。
②在膜—生物反應(yīng)器中活性污泥對COD和LAS的去除起主要作用，而膜分離對維持穩(wěn)定的系統(tǒng)出水起到了重要作用。
③膜—生物反應(yīng)器的 試驗容積負(fù)荷UV為0.50～1.85 k gCOD/(m3·d)，污泥負(fù) 荷Ua為0.33～2.02 kgCOD/(kgVSS·d)，二者隨進(jìn)水水質(zhì)波動較大，但由于膜—生物 反應(yīng)器抗沖擊負(fù)荷能力較強(qiáng)，這一波動沒有影響系統(tǒng)出水水質(zhì)。
④系統(tǒng)在沒有對膜進(jìn)行任何化學(xué)清洗的條件下連續(xù)運(yùn)行了216 d。
⑤電鏡觀察表明，膜外表面污泥層的沉積、凝膠層的增厚和膜內(nèi)表面微生物的滋生是造成 膜污染的主要原因。
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