高污泥負荷膜生物反應器處理生活污水研究

胡明成

(成都大學城鄉建設學院，四川成都 610106)

高污泥負荷膜生物反應器處理生活污水研究

胡明成

(成都大學城鄉建設學院，四川成都 610106)

對高污泥負荷條件下的膜分離生物反應器進行了研究.試驗結果表明，在污泥負荷低于0.6 kgCOD/kgMLVSS?d的情況下，膜污染出現前的穩定運行時段較長，比通量下降速率增加緩慢且出水水質較好.

污泥負荷；膜污染；溶解性代謝產物；污泥齡；膜生物反應器

0 引 言

傳統活性污泥法是一種采用重力沉降的方式進行生物量分離的方法，因此在污泥負荷的確定時要充分考慮污泥沉降性能和污泥負荷之間的關系.而膜分離生物反應器(MBR)是以截留的形式達到生物量分離的目的，因此在MBR系統的設計過程中套用傳統活性污泥法設計理論是不合適的[1-4].在保證出水水質要求的基礎上，盡最大可能降低工程的總投資以及運行維護費用才是MBR系統設計的最佳方法.在眾多有關MBR系統的設計參數中，污泥負荷是十分重要的參數.為了減少剩余污泥產量，MBR系統的污泥負荷一般控制在0.12 kgCOD/kgMLVSS?d以下[5].對于中等以上規模的MBR處理系統而言，污泥負荷較低就意味著要采用較大容積的反應器.因此，在MBR系統的設計過程中對污泥負荷的取值必須慎重.目前，對高污泥負荷MBR系統的研究尚不多見[5-7].在本研究的相關試驗中，對在高污泥負荷(≥0.12 kgCOD/kgMLVSS?d)條件下運行的MBR系統進行了分析，試驗結果可為中等以上規模的MBR系統的設計提供參考依據.

1 試驗裝置與運行控制

本試驗裝置如圖1所示，其總的有效容積為2.5 m3，裝置內部采用空間分隔，使理論水力停留時間更接近于實際水力停留時間.在試驗過程中，對污泥負荷的提高是通過增加進水流量來實現的，同時組件的實際過濾面積也要進行相應的增加，以保證在不同污泥負荷條件下膜通量基本保持在20 L?m-2?h-1左右.試驗中，回流量保持在300%，反應區污泥濃度保持在5±0.5 g/L的范圍內，分離區污泥濃度保持在7.5±0.5 g/L范圍內.

圖1 試驗裝置簡圖

另外，分離區底部采用特殊配置給混合液濃縮留下空間，其目的是在降低分離區污泥濃度的情況下盡量減少污泥回流量，剩余污泥通過設在分離區底部的排泥管道排出.反應區采用微孔曝氣，溶解氧濃度控制在2 mg/L左右.分離區采用大氣泡壓縮空氣對膜纖維進行吹掃，每隔5 min開啟一次，每次吹掃時間為30 s.每次試驗開始前，反應器應在相應的負荷條件下運行一周以上，而后用次氯酸鈉溶液對膜纖維進行一次化學清洗，所采用的次氯酸鈉溶液濃度為1 000 mg/L.

2 原水水質

反應器進水水質的各項指標如表1所示.

表1 反應器進水水質

反應器的運行控制與出水水質各項指標如表2所示.

表2 反應器的運行控制與出水水質

污泥負荷與比通量變化情況如圖2所示.

圖2 污泥負荷與比通量變化情況

3 結果與討論

3.1 反應器的整體運行

不同污泥負荷條件下的反應器出水COD和氨氮2項主要指標的平均值如表2所示.

從表2中可以看出，污泥負荷在0.1～0.6 kg-COD/kgMLVSS?d時，出水中含氨氮和COD 2項指標都比較理想，而當污泥負荷大于0.6 kgCOD/kgMLVSS?d時，出水質量指標明顯降低.這表明MBR系統在適當高的污泥負荷狀態下運行是可行的，而通過適當提高污泥負荷可以減小反應器的有效容積，從而降低工程造價.

值得說明的是，過高的污泥負荷就意味著較大的進水水量.因此，在高負荷運行的情況下必須對反應器的實際水力停留時間給予特別的關注，避免污染物得不到徹底降解而使出水水質降低的情況發生.一般而言，為保證總氮的去除率，混合液的回流量通?？刂圃?00%～300%之間，為降低分離區的污泥濃度以及維持膜表面的錯流狀態，回流量要控制在400%-700%之間[6-7].在上述2個方面情況的共同約束下，設計人員一般都傾向滿足后者而采用較高的回流量.通過圖4可以看出，回流量大就意味著反應器的有效容積的增大.可見在采用前置反硝化配置的MBR系統中，設法降低混合液回流量也是設計人員應特別關注一個問題.本研究在試驗裝置的分離區的設計過程中，底部留下了一定的空間，擬將分離區混合液濃縮并回流到反應區以降低膜材料表面的污泥濃度.試驗結果表明，在混合液回流量控制在300%的情況下膜材料能夠穩定運行.雖然我們不能因此斷言該方法在工程實踐上具有可行性，但是這種降低混合液的回流量的方法在總體方向是正確的.

圖4 前置反硝化MBR系統的設計流量與混合液回流量

3.2 比通量下降與污泥負荷

通常，隨著反應器運行時間的延長透膜阻力會有所提高，這種阻力的變化會表現在真空表的數值和出水通量的變化上.因此，在整個試驗過程中可以膜通量與透膜阻力的比值(以下稱之為比通量)作為衡量膜污染的變化趨勢指標.圖2所示為不同污泥負荷條件下的比通量變化，從中可以發現在污泥負荷在0.1 kgCOD/kgMLVSS?d的情況下，經過10d的穩定運行以后比通量值開始下降.隨著污泥負荷的升高和穩定運行的時段逐漸縮短，當污泥負荷大于0.6 kgCOD/kgMLVSS?d時，系統穩定運行的時間不到3 d.此外，不同污泥負荷情況下比通量下降的幅度也有所不同.圖3所示為比通量下降速率隨污泥負荷的變化.從中可見，在污泥負荷低于0.6 kg-COD/kgMLVSS?d時，比通量下降速率升高緩慢，而當污泥負荷大于0.6 kgCOD/kgMLVSS?d時，比通量下降速率急劇升高.由此可見，將反應器控制在低于0.6 kgCOD/kgMLVSS?d高污泥負荷條件下運行是可行的.

4 總 結

圖3 比通量下降速率與污泥負荷

對高污泥負荷MBR系統處理生活污水的試驗結果表明:在MBR系統的設計過程中，將污泥負荷的取值擴展到適當的高負荷區間范圍內是可行的，可以達到減小反應器的有效容積、降低工程造價目的.

需要說明的是，污泥負荷的提高就意味著單位反應器容積上的進水量增加.在此情況下，水力停留時間(HRT)就有可能是出水水質的限制性因素，因為回流量的增加會使MBR系統的水力停留時間縮短.因此，在保證膜分離工況的前提下應采取相應的措施來降低混合液的回流量.

:

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Study on Domestic Wastewater Treatment by Membrane Bioreactor of High Sludge Load

HU Mingcheng

(School of Urban and Rural Construction，Chengdu University，Chengdu 610106，China)

The results of small scale study on membrane bioreactor operating under high sludge load show that，under sludge load below 0.6 kgCOD/kgMLVSS?d，the bioreactor has longer stable operation period before the emergence of membrane fouling，and the decrease rate of specific flux increases slowly and the stable effluent quality is satisfactory.

sludge load ；membrane fouling ；soluble microbial products；sludge age ；membrane bioreactor

X131.2

A

1004-5422(2013)01-0105-04

2012-12-25.

胡明成(1963—)，男，博士，副教授，從事工業廢水處理技術研究.