膜生物反應(yīng)器在工程中的試驗研究應(yīng)用

陳海杰+宋朝媛

摘 要：目前，我國大多數(shù)污水處理廠采用國家城鎮(zhèn)污水二級排放標(biāo)準(zhǔn)。隨著水體富營養(yǎng)化形勢的日益嚴(yán)峻，氨氮、總氮、總磷和BOD5居高不下，提高排放標(biāo)準(zhǔn)至一級B甚至一級A顯得尤為重要。同時，為了解決城市缺水問題，采取城市污水資源化，實現(xiàn)中水資源的再利用已顯得十分迫切。采用膜生物反應(yīng)器工藝可以處理不同性質(zhì)的城市污水（生活污水、城市廢水和工業(yè)廢水），而膜生物反應(yīng)器是高效膜分離技術(shù)和活性污泥結(jié)合的新型水處理技術(shù)，具有對污染物去除效率高、能耗低、占地面積小、操作維護(hù)簡單等優(yōu)點，適合多種性質(zhì)的廢水處理。另外，膜生物反應(yīng)器對污染物（COD、BOD、NH3-N、SS、色度、濁度等）有相應(yīng)的去除效果，可以廣泛應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：污水處理；膜生物反應(yīng)器；膜分離技術(shù)；活性污泥

中圖分類號：X703.3 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2016.24.099

1 工作原理

一體式膜生物反應(yīng)器的核心構(gòu)造單元是生物反應(yīng)池、浸入式中空纖超濾膜、負(fù)壓間歇抽吸和曝氣上升水流沖洗膜表面等。在生物反應(yīng)池中，活性污泥能降解和凈化污染物，污泥和凈化水通過浸入生化反應(yīng)池內(nèi)部的膜組件實現(xiàn)固液分離。出水采用負(fù)壓操作，利用抽吸泵在中空纖維膜的內(nèi)外壁形成負(fù)壓，得到的滲透液即為處理水，同時，將生物量截留在反應(yīng)池中。

2 膜生物反應(yīng)器

2.1 裝置組成

該裝置為一體式，主要由原水池、生物反應(yīng)池、污泥池、出水池和與其相配套的泵、曝氣系統(tǒng)、控制系統(tǒng)等組成。其工作流程如圖1所示。

2.2 工藝流程

調(diào)節(jié)池內(nèi)的原水經(jīng)計量泵提升后，先經(jīng)60目的尼龍篩網(wǎng)過濾，去除水中較大的懸浮物和漂浮物，之后進(jìn)入生物反應(yīng)池，有機(jī)物被活性污泥中的微生物分解，混合液在抽吸泵的抽吸作用下經(jīng)膜滲透得到處理水，生物量被截留在反應(yīng)池中；抽吸泵間歇運行，保證上升水流對膜表面沉積物的清洗效果。當(dāng)膜內(nèi)外壓差達(dá)到一定值時，就需要定期清洗它，以恢復(fù)膜的通透量，延長使用壽命；而生物反應(yīng)池中的剩余污泥也要定期外排。

2.3 裝置規(guī)格和參數(shù)

原水調(diào)節(jié)池：尺寸為0.35 m× 0.4 m× 0.7 m，有效容積為0.056 m3。

生物反應(yīng)池：尺寸為0.35 m× 0.4 m× 0.7 m，有效容積為0.063 m3，內(nèi)置二組中空纖維膜組件，材質(zhì)為聚乙烯，膜孔徑為0.4 m，膜總面積為4 m2；底部裝有微孔曝氣器2根，曝氣量為50 L/min，提供微生化反應(yīng)的需氧量，并形成膜表面的攪動錯流。

污泥池：有效容積為2 L，用來貯存定期排放的剩余活性污泥。

出水池：尺寸為0.3 m× 0.4 m× 0.7 m，有效容積為0.06 m3。

原水計量泵：采用米頓羅計量泵，型號為P166-361TI，流量為7.6 L/h，壓力為0.36 MPa。

抽吸泵：采用米頓羅計量泵，型號為P166-361TI，最大流量為7.6 L/h，壓力為0.36 MPa。

空壓機(jī)：型號ACO-008B的電磁式空壓機(jī)，最大空氣流量為110 L/min，功率為135 W。

電氣控制：分別設(shè)有電源、原水泵、抽吸泵、空壓機(jī)的電氣控制開關(guān)。其中，抽吸泵設(shè)自動、手動開關(guān)，與空壓機(jī)實現(xiàn)連鎖控制，即空壓機(jī)停車期間，抽吸泵不得啟動運轉(zhuǎn)，抽吸泵工作期間空壓機(jī)不得停車。

3 工藝運行參數(shù)

3.1 進(jìn)水水質(zhì)、水量

進(jìn)水采用人工配水，水質(zhì)指標(biāo)大致是：COD為400 mg/L，BOD為200 mg/L，NH3-N為40 mg/L，SS為250 mg/L，pH為7，進(jìn)水水量為100 L/d。

3.2 出水要求

在工作過程中，要求出水達(dá)到一級排放標(biāo)準(zhǔn)，即COD為100 mg/L，BOD為70 mg/L，SS為20 mg/L，NH3-N為15 mg/L。

3.3 運行參數(shù)

生物反應(yīng)池運行參數(shù)：曝氣強(qiáng)度為50 L/min，容積負(fù)荷為0.6 kg COD/（m3·d），污泥的質(zhì)量濃度為10 g/L，停留時間為13.4 h。

膜組件運行參數(shù)：透水量為0.25 m3/m2·h，采取抽吸泵間歇運行的方式，即運行10 min，停2 min，膜組件進(jìn)出口壓差為30 MPa。

液位：初步確定原水調(diào)節(jié)池、生物反應(yīng)池、出水池的液位高度分別為0.4 m、0.45 m、0.5 m。

4 膜生物反應(yīng)器的運行

4.1 運行前

膜生物反應(yīng)器運行前，要做好以下準(zhǔn)備工作：①檢查總電源和各用電設(shè)備的電源是否正常，狀態(tài)是否完好；②進(jìn)水水質(zhì)、水量是否滿足要求。

4.2 啟動

啟動膜生物反應(yīng)器時，要做到以下2點：①將配好的水倒入調(diào)節(jié)池中，依次開啟總電源、原水泵，待生物反應(yīng)池中注入2/3污水后，進(jìn)行活性污泥的接種、培養(yǎng)和馴化。污泥成熟后，可連續(xù)進(jìn)水，并開啟抽吸泵，使膜生物反應(yīng)器整體運行。在此過程中要注意，污泥的培養(yǎng)、馴化可采用間歇進(jìn)水、悶曝、間歇排水的方式。馴化期間，排水可通過使生物反應(yīng)池暫停曝氣、稍作靜置，用軟管虹吸排水實現(xiàn)。②系統(tǒng)運行時，采用低壓、恒流操作，即膜面平均操作壓力從某一較低值開始逐步升高，將單位面積膜通量穩(wěn)定在適當(dāng)值。膜通量保持恒定，膜操作壓力反映了膜面污染物的積累，據(jù)此確定膜的清洗周期。

4.3 停車

停車時，要明確以下2點：①依次關(guān)閉原水計量泵、抽吸泵、空壓機(jī)。如果停車時間比較長，空壓機(jī)應(yīng)在抽吸泵停車5 min之后再關(guān)閉；②關(guān)閉總電源。

膜能否長期穩(wěn)定運行是膜生物反應(yīng)器實際應(yīng)用時需重點考慮的問題之一，而影響其運行的主要因素是膜的污染問題。結(jié)合有關(guān)資料，初步確定采用以下方法來保證膜生物反應(yīng)器的長期穩(wěn)定運行，以減輕膜污染，延長膜的使用壽命。

在此過程中，要保證以下幾點：①系統(tǒng)啟動初期，應(yīng)提高接種污泥的濃度，待生物反應(yīng)器運行基本正常后再開始膜分離的運行。②保持操作條件的穩(wěn)定。操作條件經(jīng)常變化會加速膜的堵塞，加速膜污染。在啟動機(jī)器初期，抽吸泵的抽吸壓力應(yīng)緩慢增加。③保持生物反應(yīng)池內(nèi)良好的水力循環(huán)條件和適當(dāng)?shù)钠貧饬浚S持膜面良好的水力沖刷作用，注意膜的日常維護(hù)，并按要求定期清洗膜片。④在抽吸泵運行期間，嚴(yán)禁停止空壓機(jī)。

5 膜組件的清洗

一般來說，在合理的運行條件下，膜組件運行時不需要使用任何化學(xué)試劑清洗。但是，當(dāng)膜組件進(jìn)出口壓差達(dá)到30 MPa時，就需要對膜片進(jìn)行化學(xué)沖洗，以恢復(fù)膜通量，延長膜的使用壽命。

5.1 使用的化學(xué)試劑

通常情況下，清洗膜組件時使用次氯酸鈉、氫氧化鈉和氯化氫，用堿清洗有機(jī)物質(zhì)，用酸清洗無機(jī)物質(zhì)。

5.2 清洗方法

清洗時，將膜組件從反應(yīng)池中取出，用加壓的清水或自來水沖洗膜表面，同時，檢查膜表面是否有損傷；然后將膜組放入盛有次氯酸鈉（有效氯含量為1 000 mg/L）和質(zhì)量分?jǐn)?shù)為4%的氫氧化鈉混合溶液中浸泡12 h。如果膜表面有大量無機(jī)物附著，可用氯化氫浸泡去除。之后將膜組件用清水洗凈再放入反應(yīng)池中，恢復(fù)原來的運行，并確認(rèn)膜間的壓差已降低。在此過程中要注意，如果經(jīng)過清洗膜間壓差沒有降低，則應(yīng)更換新膜。

6 結(jié)論

采用膜生物反應(yīng)器工藝可以處理不同性質(zhì)的城市污水，通過試驗研究，考察活性污泥、膜對污染物（COD、BOD、NH3-N、SS、色度、濁度等）的去除效果，確定該工藝處理不同種類廢水的合理運行參數(shù)，得出不同廢水在膜生物反應(yīng)器的最佳操作條件，確定整污泥濃度與污染物去除率、膜通量的關(guān)系，曝氣強(qiáng)度與污染物去除率、膜通量的關(guān)系，溫度變化與膜通量的關(guān)系，膜被污染的原因和減緩、恢復(fù)方法。

參考文獻(xiàn)

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〔編輯：白潔〕