MBR膜生物反應器中水回用處理的研究
MBR膜生(sheng)物反應器是結合(he)膜分離技術與生(sheng)物處(chu)理法的高效技術工藝，可(ke)有效地進(jin)行泥水(shui)分離，而且具有傳統污水(shui)處(chu)理工藝不可(ke)比擬(ni)的優(you)點：
1.可以實現反應器水(shui)力停留時間HRT和SRT的充分分離(li)；
2.占地面積小；
3.系(xi)統(tong)硝(xiao)化良好，難(nan)降解(jie)有機物得(de)到了(le)進(jin)一(yi)步充分的降解(jie)；
4.剩余污泥產量極低，理(li)論上可實現零污泥排放(fang)等(deng)。
在水資源日(ri)益緊張、水污染日(ri)趨嚴重的今天，MBR中水回用具(ju)有巨大的社會、環(huan)境和經濟(ji)效(xiao)益。
洗(xi)浴污水(shui)是優質(zhi)的中水(shui)回用(yong)(yong)水(shui)源，產(chan)量大，在賓館、飯店等地(di)占總用(yong)(yong)水(shui)量的71%～79%，且有機物的含量低，經(jing)MBR膜處(chu)(chu)理(li)，可(ke)實現城市污水(shui)處(chu)(chu)理(li)的資源化(hua)，經(jing)過MBR中水(shui)回用(yong)(yong)處(chu)(chu)理(li)以(yi)(yi)后完全可(ke)用(yong)(yong)于綠化(hua)、沖洗(xi)以(yi)(yi)及景觀水(shui)補。
改(gai)進(jin)后(hou)的MBR膜生物反應器，針對洗浴污(wu)水(shui)處理進(jin)行了(le)試驗(yan)。結果表(biao)明：污(wu)水(shui)的出(chu)水(shui)水(shui)質(zhi)(zhi)良好，COD<40mg/L，LAS<0.2mg/L，符合國家建(jian)設部頒(ban)布(bu)的生活(huo)雜用水(shui)回用水(shui)質(zhi)(zhi)標(biao)準。
一、傳統MBR膜生物反應器與改進型MBR膜生物反應器
傳統MBR膜(mo)生物反應(ying)器分(fen)(fen)為分(fen)(fen)置式(shi)和一體式(shi)兩種，在對普通的MBR膜(mo)生物反應(ying)器進(jin)行改(gai)(gai)進(jin)的基礎上，改(gai)(gai)進(jin)型MBR膜(mo)生物反應(ying)器的主(zhu)要(yao)部件(jian)(jian)有MBR膜(mo)組(zu)件(jian)(jian)和生物反應(ying)器。
由導流板分成生(sheng)物降解區和膜(mo)(mo)濾(lv)出(chu)水區兩部分，由于導流板的作用，進入膜(mo)(mo)濾(lv)出(chu)水區的活性(xing)污泥濃(nong)度很低，在提高生(sheng)物降解區污泥濃(nong)度的同時，大大減輕了膜(mo)(mo)污染，可明顯延長膜(mo)(mo)的清洗周期(qi);
生(sheng)物(wu)降解(jie)區為(wei)復合(he)式，即兼(jian)有固定培養(yang)(生(sheng)物(wu)膜(mo))和懸浮培養(yang)(活性污(wu)泥(ni))生(sheng)物(wu)反(fan)應器的特點，研(yan)究(jiu)表明，相比單純的活性污(wu)泥(ni)法MBR和生(sheng)物(wu)膜(mo)MBR污(wu)水處理，復合(he)式MBR膜(mo)生(sheng)物(wu)反(fan)應器的性能更(geng)佳。
微(wei)濾(lv)(lv)膜(mo)，孔徑0.05μm，直接懸掛于膜(mo)濾(lv)(lv)出水(shui)區(qu)(qu)。原污(wu)水(shui)經(jing)(jing)毛(mao)發過(guo)濾(lv)(lv)器(qi)過(guo)濾(lv)(lv)后，進(jin)入高位水(shui)箱，再經(jing)(jing)流(liu)量計進(jin)入生(sheng)物降解(jie)區(qu)(qu)，有機物在(zai)這里被微(wei)生(sheng)物分解(jie)，混(hun)合液(ye)經(jing)(jing)導(dao)流(liu)板(ban)進(jin)入膜(mo)濾(lv)(lv)出水(shui)區(qu)(qu)，在(zai)真空泵(beng)的抽吸作用(yong)下經(jing)(jing)膜(mo)過(guo)濾(lv)(lv)后進(jin)入出水(shui)槽(cao)，濃縮液(ye)可(ke)經(jing)(jing)底(di)部(bu)連通管返回生(sheng)物降解(jie)區(qu)(qu)，形(xing)成(cheng)回流(liu)，底(di)部(bu)采用(yong)曝氣器(qi)曝氣。
與傳統MBR相(xiang)比，改進(jin)型MBR在結構上具(ju)有如下特點：
1.與一(yi)體(ti)式(shi)MBR相(xiang)比，MBR膜(mo)組件相(xiang)對獨立于MBR膜(mo)生物反應器(qi)，位于膜(mo)濾(lv)出(chu)(chu)水區，而(er)一(yi)體(ti)式(shi)MBR膜(mo)組件直接懸掛(gua)于MBR膜(mo)生物反應器(qi)中，相(xiang)同之處在于水均通過負壓抽(chou)吸從(cong)膜(mo)單元外表進入中空纖維(wei)引出(chu)(chu)，底部曝氣(qi)以減(jian)輕(qing)膜(mo)污染;
2.與(yu)分置式MBR相(xiang)比，MBR膜(mo)組件(jian)與(yu)MBR膜(mo)生物(wu)反(fan)應器之(zhi)(zhi)間無需泵和(he)管(guan)線(xian)連接，相(xiang)同(tong)之(zhi)(zhi)處在于MBR膜(mo)組件(jian)相(xiang)對獨立于生物(wu)反(fan)應器，MBR膜(mo)污染減輕。
改進(jin)型MBR膜生(sheng)物反應器的主(zhu)要優點是：
1.較(jiao)一體式MBR膜污(wu)染大為(wei)減輕，而較(jiao)分置式MBR的(de)結構緊湊(cou)，體積小，工作壓力小，無水循(xun)環，節能;
2.處(chu)理(li)對(dui)象(xiang)不(bu)同。一體式(shi)MBR和分(fen)置式(shi)MBR的(de)(de)(de)膜組(zu)件(jian)處(chu)理(li)的(de)(de)(de)是(shi)生(sheng)物(wu)(wu)反應器中經生(sheng)物(wu)(wu)降解的(de)(de)(de)完全混合液(ye)(ye)，而改(gai)進(jin)型MBR膜組(zu)件(jian)處(chu)理(li)的(de)(de)(de)是(shi)經導流板預澄清(qing)的(de)(de)(de)料液(ye)(ye)，SS濃度(du)降低，有利(li)于(yu)在(zai)不(bu)增加能耗(hao)的(de)(de)(de)情況下(xia)減輕膜污染。除(chu)生(sheng)物(wu)(wu)降解區外，膜濾出水區也(ye)需少量曝氣(前者(zhe)是(shi)為微生(sheng)物(wu)(wu)提供(gong)好(hao)氧環境，后者(zhe)是(shi)為了減輕膜污染)，因此該設備(bei)的(de)(de)(de)具體能耗(hao)需進(jin)一步的(de)(de)(de)試驗研(yan)究(jiu)。
二、試驗用水和試驗方法
試(shi)驗采用的洗浴污水原水水質pH值：6.5～7.0;CODCr：93～350mg/L;LAS：1.0～10mg/L;NH3-N：0.6～1.0mg/L;濁度：85～160NTU;SS：15～50mg/L;顏色灰白。
本次試(shi)驗(yan)用水(shui)水(shui)質為CODCr為129.0mg/L，LAS為6.4mg/L，濁度93NTU，具有(you)芳香氣味。整個環(huan)(huan)保(bao)設(she)備系統運行一定(ding)時間(jian)穩定(ding)后，進行試(shi)驗(yan)，每(mei)次試(shi)驗(yan)結束后均用清水(shui)沖(chong)洗膜組件。監(jian)測(ce)項目采用國家環(huan)(huan)保(bao)局標準分析(xi)方(fang)法。
三、試驗結果與分析
1.操作壓力與MBR膜通量的關系
膜(mo)通(tong)量(liang)(liang)隨操(cao)(cao)作(zuo)(zuo)壓力(li)(li)的變(bian)化而變(bian)化，操(cao)(cao)作(zuo)(zuo)壓力(li)(li)分別為(wei)：0.01、0.02、0.03、0.04、0.05MPa;相應地MBR膜(mo)通(tong)量(liang)(liang)：0.72、3.34、4.85、5.44、6.58mL/(m2?s)。可(ke)見，MBR膜(mo)通(tong)量(liang)(liang)隨操(cao)(cao)作(zuo)(zuo)壓力(li)(li)的增加而增加，即提高(gao)操(cao)(cao)作(zuo)(zuo)壓力(li)(li)可(ke)有效(xiao)提高(gao)膜(mo)通(tong)量(liang)(liang)，考慮(lv)到(dao)操(cao)(cao)作(zuo)(zuo)壓力(li)(li)越大，所需動(dong)力(li)(li)消(xiao)耗越高(gao)，本試驗采用(yong)0.01Mpa為(wei)操(cao)(cao)作(zuo)(zuo)壓力(li)(li)。
2.HRT與COD及LAS的關系
由于改進型MBR膜對(dui)活(huo)性污(wu)泥的高(gao)效攔截作用，使生物降解區的污(wu)泥濃(nong)度(du)增高(gao)，對(dui)COD的去(qu)除效果很(hen)好(hao)，同時系統COD及LAS的去(qu)除與HRT有密切關系。
試(shi)驗結果表明(ming)，系統對COD的(de)去(qu)除(chu)率隨(sui)HRT的(de)增加而增大(da)(da)，2h時(shi)為(wei)74.99%，6h時(shi)為(wei)87.52%，但無論HRT為(wei)2h、4h、還(huan)是6h，出(chu)(chu)(chu)水(shui)(shui)(shui)COD均小于(yu)40mg/L。由于(yu)HRT為(wei)2h時(shi)膜濾出(chu)(chu)(chu)水(shui)(shui)(shui)過多，至使填(tian)料(liao)露出(chu)(chu)(chu)水(shui)(shui)(shui)面，因此補加了部分原洗(xi)浴污水(shui)(shui)(shui)，使4h時(shi)COD的(de)去(qu)除(chu)率降(jiang)為(wei)71.86%，產生波(bo)動，但出(chu)(chu)(chu)水(shui)(shui)(shui)COD為(wei)36.3mg/L，仍小于(yu)40mg/L，這是懸浮污泥(ni)和附著污泥(ni)共同作(zuo)用的(de)結果，也是改進型MBR生物降(jiang)解區污泥(ni)濃(nong)度高，處理(li)效(xiao)果好的(de)綜合體現，即具有良好的(de)抗沖(chong)擊負荷能力，出(chu)(chu)(chu)水(shui)(shui)(shui)水(shui)(shui)(shui)質穩定可(ke)靠，另外，HRT越大(da)(da)，出(chu)(chu)(chu)水(shui)(shui)(shui)中LAS濃(nong)度越低(di)，2h時(shi)小于(yu)0.2mg/L，滿足生活雜用水(shui)(shui)(shui)水(shui)(shui)(shui)質對LAS的(de)要求。
3.膜對COD的攔截作用
通過對(dui)MBR出(chu)水(shui)水(shui)質(zhi)和膜(mo)(mo)濾出(chu)水(shui)區上(shang)清液(ye)水(shui)質(zhi)的同步監測，可明顯觀察到膜(mo)(mo)對(dui)系統(tong)COD去除率的貢(gong)獻(xian)，監測結果如表1所示。結果表明，在(zai)整(zheng)個試驗過程中，上(shang)清液(ye)COD始終高(gao)于(yu)膜(mo)(mo)濾出(chu)水(shui)COD，充分證(zheng)明膜(mo)(mo)具有對(dui)可溶性COD攔截的作用。
整(zheng)個系統對(dui)COD的(de)去除率(lv)由生物(wu)降解(jie)區(qu)微(wei)生物(wu)對(dui)有(you)機物(wu)的(de)分解(jie)和膜(mo)(mo)濾出(chu)(chu)水(shui)(shui)區(qu)膜(mo)(mo)對(dui)COD的(de)攔(lan)(lan)截兩部(bu)分組成，而膜(mo)(mo)濾出(chu)(chu)水(shui)(shui)區(qu)膜(mo)(mo)的(de)攔(lan)(lan)截作用(yong)彌補了生物(wu)降解(jie)區(qu)處(chu)理(li)性能(neng)的(de)不穩定，保證優良的(de)出(chu)(chu)水(shui)(shui)水(shui)(shui)質，膜(mo)(mo)對(dui)溶解(jie)性大分子(zi)有(you)機物(wu)的(de)攔(lan)(lan)截作用(yong)是(shi)由膜(mo)(mo)本身和傅(fu)學(xue)起，等改進型膜(mo)(mo)生物(wu)反應器處(chu)理(li)洗(xi)浴(yu)污水(shui)(shui)的(de)試(shi)驗研究其(qi)表面(mian)形成的(de)凝膠層共同完成的(de)。
4.容積負荷
改進型MBR的高(gao)效(xiao)截留(liu)作用使活性污(wu)泥幾乎全部(bu)截留(liu)在生物(wu)降(jiang)解區，不僅維(wei)持了很高(gao)的污(wu)泥濃(nong)度，而(er)且可大大提高(gao)其(qi)容積負(fu)荷(he)。系統的COD容積負(fu)荷(he)為1.16kg/(m3?d)，較傳統的活性污(wu)泥法高(gao)1.5～2.5倍，同時有(you)很好的污(wu)物(wu)去除(chu)效(xiao)果(guo)和較強的抗沖擊負(fu)荷(he)能(neng)力。
5.膜的污染與清洗
MBR雖(sui)具(ju)有(you)諸多優點而成為當今水處理(li)技術的研究熱(re)點，但膜污染引起的通量持續(xu)降低(di)卻始終是(shi)其推(tui)廣應用的主(zhu)要障礙。
本試驗自行(xing)設計的MBR可減輕(qing)膜(mo)污染(ran)的原(yuan)因在于：
(1)生物(wu)(wu)降解區為復合式，MBR中(zhong)的(de)(de)(de)膜(mo)污(wu)染(ran)主要由膜(mo)表面(mian)對溶(rong)解性有機(ji)(ji)物(wu)(wu)的(de)(de)(de)吸(xi)(xi)附(fu)及懸浮固體污(wu)泥的(de)(de)(de)沉積引起。反應器中(zhong)懸浮污(wu)泥濃度(du)越高，膜(mo)面(mian)沉積污(wu)泥量(liang)越大，而膜(mo)面(mian)沉積污(wu)泥可阻擋(dang)通(tong)過膜(mo)面(mian)的(de)(de)(de)混合液中(zhong)溶(rong)解性有機(ji)(ji)物(wu)(wu)直接在(zai)膜(mo)面(mian)的(de)(de)(de)吸(xi)(xi)附(fu)，從而使膜(mo)面(mian)吸(xi)(xi)附(fu)有機(ji)(ji)物(wu)(wu)量(liang)降低(di)，相反，反應器中(zhong)污(wu)泥濃度(du)越低(di)，膜(mo)面(mian)沉積污(wu)泥量(liang)越小，而膜(mo)面(mian)吸(xi)(xi)附(fu)有機(ji)(ji)物(wu)(wu)量(liang)越多。復合式反應器的(de)(de)(de)污(wu)泥量(liang)居中(zhong)，因(yin)此，其綜(zong)合效果較(jiao)好，膜(mo)通(tong)透(tou)量(liang)能維(wei)持在(zai)較(jiao)高水(shui)平;
(2)導流板將(jiang)裝置分為兩個區(qu)，
導流板的(de)(de)作用(yong)使膜濾(lv)出水(shui)區的(de)(de)污泥(ni)濃度較(jiao)低，從而有效減輕(qing)膜污染。膜清洗(xi)采用(yong)自來水(shui)沖(chong)洗(xi)，通量(liang)基本完全回復，試(shi)驗期間未(wei)采用(yong)其(qi)它(ta)清洗(xi)方法。需(xu)指出的(de)(de)是，由于該裝置(zhi)結構的(de)(de)特殊性，其(qi)膜污染是以固(gu)體污泥(ni)吸附為主，還是以溶解性有機物(wu)的(de)(de)吸附為主，或兩(liang)者同時作用(yong)，尚需(xu)進一步(bu)的(de)(de)試(shi)驗研(yan)究。
四、試驗結論
1.運(yun)用改進型MBR處理洗浴污(wu)水的(de)(de)(de)結果表明，對(dui)COD和LAS的(de)(de)(de)去除效果明顯，出水COD<40mg/L，LAS<0.2mg/L，無色、無味，出水水質(zhi)穩定可(ke)靠，考(kao)慮到進水水質(zhi)的(de)(de)(de)波動，為保證優良的(de)(de)(de)出水水質(zhi)，系(xi)統的(de)(de)(de)HRT應(ying)控制在3h左右(you)。
2.膜(mo)對(dui)COD明顯的(de)攔截(jie)作用為獲(huo)得優良(liang)的(de)出水(shui)(shui)水(shui)(shui)質做出了重要貢(gong)獻。
3.由(you)于對(dui)常規MBR進(jin)行了(le)(le)適當(dang)改進(jin)，降低了(le)(le)膜濾出水區懸(xuan)浮污(wu)泥濃度(du)，從而有(you)效減(jian)輕了(le)(le)膜污(wu)染，試(shi)驗期間采用自來水清洗即(ji)可回復膜通量，但固(gu)體污(wu)泥和溶(rong)解性(xing)有(you)機(ji)物吸附污(wu)染何(he)者是主要形式，尚需進(jin)一(yi)步的研究和探討。
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