膜生物反應器(MBR)處理生活廢水
摘 要：用間(jian)歇式(shi)生物(wu)暴氣池和超濾膜(mo)評價池對(dui)MBR的各種操(cao)作(zuo)條件對(dui)超濾膜(mo)分離性能的影響，膜(mo)清洗(xi)方法、間(jian)歇式(shi)工藝對(dui)高濃度有機污水處理進行了實驗(yan)研究。
以(yi)(yi)超濾或(huo)微濾與傳統的(de)(de)(de)(de)活(huo)性(xing)(xing)污(wu)(wu)泥生(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)化處(chu)理技(ji)術(shu)相(xiang)結合而成(cheng)的(de)(de)(de)(de)膜(mo)生(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)物(wu)反應器(MBR)，以(yi)(yi)膜(mo)分離過程取代重力沉(chen)降(jiang)過程，不論固(gu)體顆粒的(de)(de)(de)(de)沉(chen)降(jiang)性(xing)(xing)能如何，均(jun)(jun)可完成(cheng)固(gu)液分離過程，并(bing)且可以(yi)(yi)避免因生(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)物(wu)體流失(shi)而造成(cheng)的(de)(de)(de)(de)系統失(shi)效。國(guo)外對膜(mo)生(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)物(wu)反應器的(de)(de)(de)(de)研(yan)(yan)究和應用均(jun)(jun)較早，尤其是80年代末以(yi)(yi)來，膜(mo)生(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)物(wu)反應器不斷被應用于(yu)實際(ji)污(wu)(wu)水(shui)(shui)處(chu)理。受嚴格的(de)(de)(de)(de)污(wu)(wu)水(shui)(shui)處(chu)理出水(shui)(shui)水(shui)(shui)質要求，日(ri)本憑借其自身膜(mo)技(ji)術(shu)的(de)(de)(de)(de)優勢，在膜(mo)生(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)物(wu)反應器的(de)(de)(de)(de)研(yan)(yan)究和應用方面處(chu)于(yu)國(guo)際(ji)領先地(di)位(wei)。
對生(sheng)活廢水的(de)(de)(de)處(chu)理(li)(li)，傳統的(de)(de)(de)活性污(wu)泥(ni)(ni)法(fa)采用重力沉(chen)降，由(you)于顆(ke)粒(li)的(de)(de)(de)不固(gu)定容易使(shi)活性細菌(jun)(jun)與(yu)(yu)生(sheng)物體流失。超濾(lv)膜(mo)分離與(yu)(yu)活性污(wu)泥(ni)(ni)法(fa)相結合的(de)(de)(de)膜(mo)生(sheng)物反應器處(chu)理(li)(li)有機含碳物，能(neng)(neng)使(shi)有機物深度氧(yang)化(hua)，并且(qie)排出物不含固(gu)體顆(ke)粒(li)，能(neng)(neng)完全保留生(sheng)物體，在低溫(wen)時(shi)亦(yi)能(neng)(neng)維持(chi)(chi)高處(chu)理(li)(li)能(neng)(neng)力。該(gai)復(fu)合過程(cheng)還(huan)可通過維持(chi)(chi)低F/M比(bi)例(li)減少污(wu)泥(ni)(ni)浪費。反應器能(neng)(neng)夠維持(chi)(chi)高含固(gu)濃(nong)度而(er)使(shi)處(chu)理(li)(li)工廠規模縮小(xiao)。還(huan)可采用同(tong)時(shi)硝化(hua)與(yu)(yu)反硝化(hua)作用成功(gong)地(di)除氮(dan)，污(wu)泥(ni)(ni)保留時(shi)間(jian)相當長，從而(er)完全保留體系中緩慢(man)生(sheng)長的(de)(de)(de)硝化(hua)細菌(jun)(jun)。
一、MBR處理生活廢水
采用聚丙烯(PP)中空(kong)纖維膜組件，對生(sheng)活污(wu)水(shui)(不(bu)含糞(fen)便(bian)污(wu)水(shui))進(jin)行回用處(chu)理研究，其工作壓(ya)力為(wei)0.1MPa，膜面積為(wei)1.0m2，生(sheng)物處(chu)理工藝(yi)為(wei)接觸氧化反應器。膜的水(shui)通(tong)量為(wei)25-351/m2hr，最佳反沖(chong)洗(xi)(xi)周期為(wei)60分鐘(zhong)，反沖(chong)洗(xi)(xi)工作壓(ya)力為(wei)0.1MPa，化學清洗(xi)(xi)周期為(wei)1個(ge)月，化學清洗(xi)(xi)藥劑為(wei)NaOH(1.5%)和NaOCL(2%)的混合溶(rong)液(ye)，pH12，清洗(xi)(xi)工作壓(ya)力為(wei)0.05MPa。
色度(du)(度(du)) 15-30 10-15 ＜40
臭(chou)(chou)味 明顯臭(chou)(chou)味 無味 無不(bu)快感
Ph 6.5-7.8 6.7-7.5 6.5-9.0
SS(mg/l) 10-60 0.1-0.8 ＜10
COD(mg/l) 60-200 15-30 ＜50
BOD5(mg/l) 20-70 0.1-0.7 ＜10
LAS(mg/l) 0.5-2.0 0.1-0.3 ＜2
油份(mg/l) 5-35 4-12
大腸菌數(個(ge)/升) 2.38×108 ＜90* ＜3
細菌總數(個/ml) 1.8×107 ＜930* ＜100
*：此數是膜(mo)生(sheng)物(wu)反(fan)應器的出水測定值，未經過(guo)消毒處(chu)理。
研究表明，膜生物反(fan)應器在(zai)投(tou)資(zi)和運行(xing)成本(ben)上與傳統(tong)工藝基(ji)本(ben)持平，但在(zai)占地、維(wei)護管理、處理水質、自動(dong)化程度(du)等方面具有較大(da)優勢(shi)。
采用(yong)兩(liang)個(ge)聚丙(bing)烯(PE)中(zhong)(zhong)空纖維膜組件為分離箱，標稱孔(kong)徑(jing)為0.03um，每一(yi)組件的(de)膜面積為0.3m2。通(tong)過(guo)對不同溫度(du)(du)時(shi)膜生(sheng)物反應器性(xing)能的(de)研究發(fa)(fa)現，當溫度(du)(du)從(cong)25℃降(jiang)(jiang)到5℃時(shi)，有(you)機物的(de)氧(yang)化(hua)(hua)作用(yong)不受損害。在(zai)溫度(du)(du)為15-25℃時(shi)除氮(dan)效率最高(gao)，但(dan)當溫度(du)(du)降(jiang)(jiang)至10℃以下時(shi)除氮(dan)性(xing)變差。對污(wu)泥中(zhong)(zhong)醌的(de)成分分析發(fa)(fa)現，與Q-8相關的(de)需氧(yang)細菌(jun)分數(shu)(shu)降(jiang)(jiang)低(di)，而(er)與Q-10關的(de)兼容性(xing)細菌(jun)分數(shu)(shu)上升(sheng)，表明低(di)溫時(shi)氧(yang)的(de)傳輸受到限制(zhi)(zhi)，這種限制(zhi)(zhi)可能是因為硝(xiao)化(hua)(hua)細菌(jun)數(shu)(shu)減少抑制(zhi)(zhi)了硝(xiao)化(hua)(hua)作用(yong)。溫度(du)(du)降(jiang)(jiang)低(di)不但(dan)使混合液的(de)粘度(du)(du)升(sheng)高(gao)，而(er)且總的(de)膜阻(zu)發(fa)(fa)生(sheng)變化(hua)(hua)，從(cong)而(er)影(ying)響透過(guo)流量。
二、MBR處理(li)城市(shi)污水
采用一體式好氧中空纖維膜生物反應器的實驗裝置。反應器容積為90升，內部被隔板分成容積相等的2部分。一部分裝有復旦大學環境科學研究所研制的聚丙烯中空纖維膜(膜孔徑0.03um，膜面積2.0m2，膜平均使用壽命3-5a)。膜下用穿孔管鼓風暴氣。中空纖維膜為外部進水，內部間歇抽吸出水(13min開，2min關)。壓差計用于測操作壓力。
實驗(yan)用水取自城市污(wu)水。通過不同操作(zuo)條件(jian)下處理生活污(wu)水的(de)實驗(yan)研究，結(jie)果表明(ming)：在膜(mo)通量10.41/m2hr，污(wu)泥齡20d，污(wu)泥去除(chu)(chu)負(fu)荷(he)(COD/VSS)為0.22kg/(kgd)的(de)正常穩(wen)定(ding)運行條件(jian)下，該系統可在整個膜(mo)壽命期限(xian)內(nei)(3-5a)不用洗膜(mo)并得(de)到(dao)優(you)質出水：COD＜20mg/l，NH3-N＜1.0mg/l，無(wu)色無(wu)味透明(ming)，未(wei)檢(jian)出大腸桿菌。其中，污(wu)泥去除(chu)(chu)負(fu)荷(he)、系統運行穩(wen)定(ding)狀況和反(fan)應器流態是(shi)影響(xiang)膜(mo)清洗周期的(de)重要因素。
三、MBR處理食品廢水
采(cai)用(yong)間歇式生(sheng)物暴(bao)氣(qi)池和(he)超濾(lv)膜(mo)(mo)評價池對(dui)(dui)MBR的(de)(de)各種(zhong)操作(zuo)條件對(dui)(dui)超濾(lv)膜(mo)(mo)分離性能的(de)(de)影響，膜(mo)(mo)清(qing)洗(xi)(xi)方(fang)法、間歇式工藝對(dui)(dui)高濃度有機污水處(chu)理(li)進行了實驗研(yan)究。采(cai)用(yong)復旦(dan)大(da)學(xue)環(huan)境科學(xue)研(yan)究所研(yan)制的(de)(de)外壓(ya)型(xing)聚丙烯(PP)中(zhong)空纖(xian)維(wei)超濾(lv)膜(mo)(mo)組件對(dui)(dui)某食品廠廢水進行了中(zhong)試處(chu)理(li)，CODcr與BOD5的(de)(de)去(qu)除率均(jun)在(zai)95%以上。該(gai)MBR系統(tong)是在(zai)反(fan)應槽中(zhong)浸入外壓(ya)型(xing)中(zhong)空纖(xian)維(wei)超濾(lv)膜(mo)(mo)，中(zhong)空纖(xian)維(wei)超濾(lv)膜(mo)(mo)管壁(bi)從外側受到液壓(ya)的(de)(de)作(zuo)用(yong)，所以管內側就(jiu)形成微(wei)小(xiao)的(de)(de)負(fu)壓(ya)，通過這個微(wei)小(xiao)的(de)(de)負(fu)壓(ya)作(zuo)用(yong)，就(jiu)能夠得(de)到透(tou)過液即處(chu)理(li)水。由(you)于(yu)負(fu)壓(ya)很(hen)小(xiao)，所以膜(mo)(mo)面的(de)(de)清(qing)洗(xi)(xi)只(zhi)能靠暴(bao)氣(qi)水流來進行，同時(shi)也能防止膜(mo)(mo)孔堵(du)塞。
四、MBR處理(li)糞便污水
整個處(chu)(chu)理(li)系統包括儲存箱(xiang)，預處(chu)(chu)理(li)箱(xiang)，生物反(fan)硝化(hua)(hua)(hua)(hua)單元(yuan)，污泥(ni)(ni)(ni)回流箱(xiang)，一(yi)(yi)級(ji)超(chao)濾(lv)，混凝，二級(ji)超(chao)濾(lv)，顆(ke)粒(li)活性炭濾(lv)池(chi)，消毒池(chi)和(he)污泥(ni)(ni)(ni)處(chu)(chu)理(li)設備(bei)。經過(guo)(guo)預處(chu)(chu)理(li)后(hou)的(de)(de)(de)糞(fen)(fen)便(bian)污水(shui)(shui)的(de)(de)(de)BOD為6300-6800mg/l，CODMn為130-250mg/l，TN為25-41mg/l。生物反(fan)硝化(hua)(hua)(hua)(hua)單元(yuan)中可以保持高達(da)12000mg/l的(de)(de)(de)MLSS，同時(shi)，生物反(fan)應器中污泥(ni)(ni)(ni)的(de)(de)(de)停留時(shi)間很長，以致引起超(chao)濾(lv)出(chu)(chu)水(shui)(shui)的(de)(de)(de)COD主要是(shi)低分(fen)子(zi)(zi)量(liang)的(de)(de)(de)物質，該系統最(zui)(zui)(zui)顯著的(de)(de)(de)特(te)點是(shi)出(chu)(chu)水(shui)(shui)不(bu)(bu)含懸浮固體或(huo)(huo)細菌。對(dui)聚(ju)丙烯腈，聚(ju)烯烴和(he)聚(ju)砜膜的(de)(de)(de)實驗表(biao)明，聚(ju)砜的(de)(de)(de)水(shui)(shui)通量(liang)最(zui)(zui)(zui)小。實驗采(cai)(cai)(cai)用的(de)(de)(de)超(chao)濾(lv)膜的(de)(de)(de)截留分(fen)子(zi)(zi)量(liang)一(yi)(yi)般在20000-50000。他(ta)們也(ye)采(cai)(cai)(cai)用生物反(fan)硝化(hua)(hua)(hua)(hua)與超(chao)濾(lv)相(xiang)結合的(de)(de)(de)工藝對(dui)糞(fen)(fen)便(bian)污水(shui)(shui)處(chu)(chu)理(li)的(de)(de)(de)實驗研究。在常規的(de)(de)(de)糞(fen)(fen)便(bian)污水(shui)(shui)處(chu)(chu)理(li)中，高效生物反(fan)硝化(hua)(hua)(hua)(hua)過(guo)(guo)程(cheng)是(shi)在極(ji)高的(de)(de)(de)MLSS濃度下進(jin)行的(de)(de)(de)，因此(ci)，固液(ye)分(fen)離(li)(li)過(guo)(guo)程(cheng)的(de)(de)(de)進(jin)行，即使(shi)采(cai)(cai)(cai)用離(li)(li)心機(ji)也(ye)常常發生活性污泥(ni)(ni)(ni)膨脹或(huo)(huo)浮沫。在這種情(qing)況(kuang)下生物反(fan)硝化(hua)(hua)(hua)(hua)過(guo)(guo)程(cheng)的(de)(de)(de)出(chu)(chu)水(shui)(shui)中，懸浮物濃度就(jiu)很高，由混凝，過(guo)(guo)濾(lv)，臭氧氧化(hua)(hua)(hua)(hua)和(he)顆(ke)粒(li)活性炭組(zu)成(cheng)的(de)(de)(de)三級(ji)或(huo)(huo)高級(ji)處(chu)(chu)理(li)過(guo)(guo)程(cheng)就(jiu)容易(yi)超(chao)負荷(he)，使(shi)最(zui)(zui)(zui)終出(chu)(chu)水(shui)(shui)惡化(hua)(hua)(hua)(hua)而不(bu)(bu)能達(da)到出(chu)(chu)水(shui)(shui)排放(fang)標準。而采(cai)(cai)(cai)用超(chao)濾(lv)來(lai)代替重力或(huo)(huo)機(ji)械分(fen)離(li)(li)過(guo)(guo)程(cheng)，再加上三級(ji)處(chu)(chu)理(li)，可使(shi)整個系統的(de)(de)(de)組(zu)合達(da)到最(zui)(zui)(zui)優化(hua)(hua)(hua)(hua)。
采用(yong)(yong)(yong)超濾(lv)后，懸(xuan)浮固體(ti)，膠(jiao)體(ti)和(he)高分(fen)子(zi)量(liang)有(you)機物(wu)(根(gen)據(ju)所使用(yong)(yong)(yong)的(de)(de)膜(mo)能攔截(jie)的(de)(de)分(fen)子(zi)量(liang)而定)都可望得到(dao)徹底分(fen)離(li)；同時，系(xi)統(tong)的(de)(de)設(she)計和(he)運(yun)行也得到(dao)優(you)化(hua)，從膜(mo)過(guo)濾(lv)過(guo)程中(zhong)(zhong)連續回流到(dao)生物(wu)反硝化(hua)反應(ying)器(qi)中(zhong)(zhong)的(de)(de)高濃度(du)活性污泥起到(dao)了(le)(le)穩定反應(ying)器(qi)中(zhong)(zhong)污泥濃度(du)及產生高質量(liang)出(chu)水的(de)(de)作用(yong)(yong)(yong)。三級處(chu)理進水中(zhong)(zhong)少(shao)了(le)(le)大膠(jiao)體(ti)和(he)懸(xuan)浮固體(ti)還有(you)其他好(hao)處(chu)，諸(zhu)如(ru)臭(chou)氧氧化(hua)效率高及顆(ke)粒活性炭濾(lv)器(qi)的(de)(de)沖洗(xi)頻(pin)率降低等。超濾(lv)器(qi)的(de)(de)設(she)計水通量(liang)在(zai)驅動壓力(li)為(wei)0.15-0.3MPa時為(wei)1.0-1.5m/day。清(qing)洗(xi)方(fang)法(fa)為(wei)采用(yong)(yong)(yong)濃度(du)為(wei)100-200mgCl2/l的(de)(de)次(ci)氯酸鈉溶液(ye)在(zai)超濾(lv)膜(mo)組件(jian)中(zhong)(zhong)每(mei)二周(zhou)循環流動1-2小(xiao)時。實驗(yan)證(zheng)明(ming)，這種(zhong)清(qing)洗(xi)方(fang)法(fa)適合于(yu)日常(chang)操作。該系(xi)統(tong)的(de)(de)出(chu)水中(zhong)(zhong)，BOD，SS，CODMn，Tn和(he)Tp分(fen)別可望達到(dao)5mg/l，0mg/l,35mg/l,20mg/l和(he)小(xiao)于(yu)0.3mg/l。其投資和(he)運(yun)行費用(yong)(yong)(yong)少(shao)于(yu)或等于(yu)傳統(tong)生物(wu)反硝化(hua)廠，此外(wai)，該系(xi)統(tong)的(de)(de)占地小(xiao)，操作人(ren)員少(shao)。
五、MBR將廢水凈化回用
該(gai)(gai)技術包(bao)括一(yi)個在0.3MPa壓(ya)(ya)力下進(jin)行的(de)加(jia)壓(ya)(ya)生(sheng)(sheng)物反應器，一(yi)個截(jie)留活(huo)性(xing)污泥的(de)超濾(lv)(lv)設備(bei)(bei)和(he)一(yi)個納(na)濾(lv)(lv)設備(bei)(bei)。納(na)濾(lv)(lv)濃(nong)縮液回流到生(sheng)(sheng)物反應器，以提高(gao)生(sheng)(sheng)物降解能力和(he)出水(shui)(shui)(shui)水(shui)(shui)(shui)質(zhi)，超濾(lv)(lv)膜(mo)的(de)水(shui)(shui)(shui)通(tong)量在100-200L/m2hr之間，納(na)濾(lv)(lv)膜(mo)的(de)水(shui)(shui)(shui)通(tong)量為0.05L/m2hr。在生(sheng)(sheng)物反應器中，微生(sheng)(sheng)物濃(nong)度(du)極高(gao)(20-40kgMLSS/m3)，但剩余污泥的(de)產生(sheng)(sheng)量相當(dang)小，為進(jin)水(shui)(shui)(shui)COD的(de)0.7-1.0%。采用該(gai)(gai)工藝對棉紡廢(fei)水(shui)(shui)(shui)處理(li)(li)的(de)中試研究表明(ming)，進(jin)水(shui)(shui)(shui)COD濃(nong)度(du)為2778mg/l時，加(jia)壓(ya)(ya)生(sheng)(sheng)物-超濾(lv)(lv)的(de)出水(shui)(shui)(shui)COD濃(nong)度(du)為119mg/l，納(na)濾(lv)(lv)出水(shui)(shui)(shui)的(de)COD濃(nong)度(du)為15mg/l，在該(gai)(gai)廢(fei)水(shui)(shui)(shui)處理(li)(li)中，由于(yu)納(na)濾(lv)(lv)膜(mo)對氯離(li)子有高(gao)滲透性(xing)，沒有出現氯離(li)子累積現象(xiang)。
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