膜生物反應(yīng)器在城市污水處理中的最優(yōu)工況研究

李志明

（廣東省海洋工程職業(yè)技術(shù)學(xué)校廣東廣州510320）

1 膜生物反應(yīng)器工作原理

膜生物反應(yīng)器實驗裝置由曝氣系統(tǒng)、出水泵、反應(yīng)區(qū)、進水箱、進水泵、出水箱、PLC自動控制器構(gòu)成。利用壓力泵從進水箱中抽取待處理污水，當反應(yīng)器內(nèi)混合液的液面到達最低點的時候，感應(yīng)器向控制系統(tǒng)傳遞信號，隨之開始進水。當進水液面到達最高點時，反應(yīng)器就會停止進水。當原水進入到反應(yīng)區(qū)之后，經(jīng)過微生物的處理以及膜過濾，經(jīng)由出水泵輸送出水箱，反應(yīng)器中配備著反洗裝置，可以用于反洗。反應(yīng)器裝有溶氧感應(yīng)器、PH計、溫度計等。支持在線讀數(shù)。對于曝氣量以及出水量通過流量計來進行控制。

2 實驗設(shè)計

本實驗采用當今應(yīng)用比較普遍的淹沒式膜生物反應(yīng)器工藝，內(nèi)部設(shè)置中空纖維簾式膜 (由膜天膜公司生產(chǎn)，PVDF微慮膜)，以城市生活污水的處理為目標，通過構(gòu)建正交方法來確立影響生物膜反應(yīng)器的出水處理效果的關(guān)鍵影響因素。從考量出水效果(出水COD)最優(yōu)良的方面來探討最好的生物膜反應(yīng)器運行工況。

通過大量工程實踐以及許多文獻可以知道：抽停比，氣水比以及MLSS等生物膜反應(yīng)器的運行工況對生物膜反應(yīng)器出水效果有著極其重要的影響，通過構(gòu)建一個三水平三因素的正交實驗，可考查這三個重要運行因素對生物膜反應(yīng)器出水效果帶來的影響，而三水平三因素的正交實驗需要9個階段的不間斷運行，通過對在這9個階段出水水質(zhì)COD的測量，能夠采用正交的統(tǒng)計法探索出影響出水水質(zhì)COD的關(guān)鍵影響因素，然后就能夠確定生物膜反應(yīng)器的最佳運行工況。

3 實驗過程

3.1 實驗裝置與方法

待處理污水取自某生活污水處理廠曝氣沉沙池，經(jīng)過一到兩天的初沉降，可以除掉原水中的大多數(shù)顆粒性物質(zhì)。為了避免顆粒物對膜纖維造成機械損壞，在進入水泵之前裝備孔徑約為lmm的紗網(wǎng)，起到細格柵的過濾功能。原水水質(zhì)COD情況如表1所示。

表1 原水水質(zhì)COD情況

本實驗出水標準希望達到GBl8918-2002二級排放標準，排放標準參照表2：

表2 COD最高允許排放標準（日均值）

為了簡化管理，本實驗采用了PLC控制系統(tǒng)內(nèi)部設(shè)備。例如當反應(yīng)器液面位置達到設(shè)定低液位的時候，生化池開始實行控制進水；當達到高液位的時候，反應(yīng)器停止進水。在電氣自動控制柜上裝備有觸屏式模擬顯示器，它能夠顯示出整個處理系統(tǒng)的狀態(tài)和數(shù)據(jù)，確保系統(tǒng)的穩(wěn)定運行。采取了間歇出水的運行方式，其工作周期依照實驗工況能夠調(diào)整，在實驗開始初期，主要進行污泥的培養(yǎng)、儀器的調(diào)試以及試運行。在實驗階段：總共做了9個階段的工況.具體參數(shù)為:實驗的膜通量始終維持在 16.5L/m2·h，HRT=4.5h。MLSS，氣水比以及抽停比參數(shù)實施分階段調(diào)整如表3所示：

表3 九個階段參數(shù)

3.2 COD的去除效果及正交實驗分析

本實驗通過重鉻酸鉀法測定COD的濃度，對實驗穩(wěn)定時期考察了9個階段約110天的有機物的處理效果，每一個階段都取其測量結(jié)果的平均值。從圖1中很容易地看到，在通過考查的9個階段期間，COD的去除效果比較平穩(wěn)。進水COD濃度在212-137mg/L，平均濃度在170mg/L，出水COD平均濃度在32.5mg/L，最低能夠達到16.8mg/L；平均去除率為81.0%。在水質(zhì)監(jiān)測實驗過程中，因為水中含有濃度比較高的氯離子對COD的測定形成很大的影響，實驗方法上是通過加入一定量的硫酸汞來對干擾進行消除，不過受條件限制；只可以通過對比實驗實施并不精準的干擾扣除操作。圖中橫坐標為9個階段。

圖1 COD的去除情況

(1)MLSS對COD去除效果的影響

實驗考查了污泥濃度MLSS在9500-11500 mg/L，6000-7500 mg/L，3000-4500 mg/L的三個水平九個階段所獲得的COD的平均去除率，得到COD去除效果與MLSS之間的關(guān)系如圖4-2所示：通過圖2可以知道，MLSS隨著濃度的增大，COD去除效率一直在持續(xù)增長，而在3000-4500 mg/L階段到6000-7500 mg/L階段的COD去除效率要小于6000-7500 mg/L階段到9500-11500 mg/L階段的增長的COD去除效率。依據(jù)正交實驗的代表性，認為COD去除效果伴隨著MLSS的增長而加強。

圖2 MLSS對COD去除效果

(2)抽停時間對COD去除效果的影響

實驗對抽停比在 10：2，6：2，3：1這三個水平九個階段所獲得的平均COD去除效果，獲得COD去除效果與抽停比的關(guān)系如圖3所示，通過圖3可以知道：當抽停比為6：2的時候COD去除效果最佳。而抽停比為10：2以及3：1的時候，COD去除效果存在顯而易見的降低趨勢，認為延長停抽時間對于COD去除效果下降有很明顯的影響。

圖3 抽停時間對COD去除效果

(3)氣水比對COD去除效果的影響

實驗研究了當氣水比在 30-35：1，25-30：1，20-25：1 這三個水平九個階段時對COD去除效果的影響，并得到其平均COD去除效果，圖4是氣水比與平均COD去除效果的關(guān)系圖。通過圖4可以得出：當氣水比為25-30：1時，COD平均去除效果最為明顯。由此表明，曝氣量提高了反應(yīng)器中的混合液的循環(huán)速度，這樣使得污染物在膜的表面不易累積，并且還能夠提高污染物脫離膜表面的速度，過大的曝氣強度會導(dǎo)致膜表面的泥餅層越來越薄，對出水水質(zhì)有一定的影響。

圖4 氣水比對COD去除效果

(4)實驗因素的主次關(guān)系以及最佳組合條件的確定.

依照不同水平實驗的結(jié)果的最小值以及最大值的差，也就是通過極差來對因素的主次進行判斷，通過實驗獲得各因素的極差結(jié)果如表4所示：三個因素對COD的去除效果的影響大小順序為：抽停比＜MLSS＜氣水比。

本實驗出水標準符合GBl8918-2002二級排放標準，獲得COD去除效果最優(yōu)組合條件為：氣水比在25-30：1，抽停比在6：2，MLSS濃度在9500-11500mg/L之間。

4 總結(jié)

實驗對停抽比，MLSS以及氣水比展開了正交分析。依照正交分析，結(jié)合考量了膜運行長期的穩(wěn)定性以及產(chǎn)水量的多少，獲得了最佳的組合條件，即抽停比在6：2；氣水比在25-30：1；MLSS濃度在9500-11500mg/L之間時為最佳工況。

[1]周健仁，白韜光.膜一生物反應(yīng)器處理高濃度生活污水的中試研究[J].環(huán)境工程，2002，20(1)：17-21.

[2]鮑建國，王建功.微孔膜生物反應(yīng)器處理含油廢水[J].中國給水排水，2002，18(2)74-76.

[3]李紅巖，高孟春，楊敏等.組合式膜生物反應(yīng)器處理高濃度氨氮廢水[J].環(huán)境科學(xué)，2002，23(5)：62-66.