一體式膜—生物反應器處理洗浴污水
膜—生(sheng)(sheng)物(wu)反(fan)應器是把生(sheng)(sheng)物(wu)處理(li)與膜分(fen)離相結(jie)合(he)的一種(zhong)組合(he)工(gong)藝(yi)，它不僅能高(gao)(gao)效地進行(xing)固(gu)液(ye)分(fen)離，得(de)到(dao)可以(yi)直(zhi)接(jie)回用(yong)的穩定(ding)出水，而(er)且可在生(sheng)(sheng)物(wu)反(fan)應池內(nei)維持(chi)高(gao)(gao)濃(nong)度的微生(sheng)(sheng)物(wu)量(liang)，提高(gao)(gao)處理(li)裝置的容積(ji)負荷，節省(sheng)占地面(mian)積(ji)。此外，該工(gong)藝(yi)剩余(yu)污(wu)泥產量(liang)低，操(cao)作管理(li)方便[1]。
洗浴(yu)(yu)污水(shui)大(da)(da)多(duo)產生(sheng)于公(gong)共浴(yu)(yu)室(shi)、賓(bin)館等(deng)地(di)，一般水(shui)量大(da)(da)而有機物含(han)量低，是污水(shui)資源化(hua)的(de)重要(yao)水(shui)源，經適當處理后可(ke)回用于綠化(hua)、沖(chong)洗廁所(suo)等(deng)。
1 試驗(yan)裝(zhuang)置與方法
1.1工藝流程(cheng)
一體式中空(kong)纖維膜(mo)(mo)—生物反(fan)(fan)應器的(de)(de)中試裝(zhuang)置(zhi)設(she)在(zai)清華大學東北浴室(shi)附近(jin)，用(yong)(yong)于(yu)處理(li)學生浴室(shi)的(de)(de)洗(xi)浴污(wu)水，其工藝流(liu)(liu)(liu)程(cheng)如(ru)圖1所(suo)示。整個裝(zhuang)置(zhi)主要由生物反(fan)(fan)應池和(he)(he)膜(mo)(mo)組(zu)件(jian)兩部分組(zu)成。生物反(fan)(fan)應池尺寸為(wei)0.9 m×0.93 m×2 m，有(you)效容積為(wei)1.5 m3，內部被(bei)隔板(ban)分為(wei)升流(liu)(liu)(liu)區和(he)(he)降 流(liu)(liu)(liu)區兩部分。聚乙烯中空(kong)纖維微濾膜(mo)(mo)組(zu)件(jian)共有(you)8塊，膜(mo)(mo)總面積32m2，分兩層置(zhi)于(yu)反(fan)(fan)應池升 流(liu)(liu)(liu)區。膜(mo)(mo)組(zu)件(jian)下設(she)有(you)穿(chuan)孔管，曝氣量(liang)(liang)控(kong)制在(zai)35～50 m3/h。壓差(cha)(cha)計(ji)用(yong)(yong)于(yu)監測在(zai)運行過(guo)程(cheng) 中膜(mo)(mo)過(guo)濾壓差(cha)(cha)的(de)(de)變化。液(ye)位(wei)控(kong)制器用(yong)(yong)于(yu)控(kong)制生物反(fan)(fan)應池液(ye)面使(shi)之恒(heng)定(ding)。電子流(liu)(liu)(liu)量(liang)(liang)計(ji)用(yong)(yong)于(yu)測定(ding)膜(mo)(mo)出水的(de)(de)瞬時流(liu)(liu)(liu)量(liang)(liang)和(he)(he)累(lei)計(ji)流(liu)(liu)(liu)量(liang)(liang)。
洗浴污(wu)水(shui)(shui)經(jing)0.9 mm的不銹鋼(gang)篩(shai)網過(guo)(guo)濾后進(jin)入高位水(shui)(shui)箱(xiang)，再流入生物反應池(chi)，有(you)機物被活性污(wu)泥(ni)中的微(wei)生物分解，混(hun)合液在出(chu)(chu)水(shui)(shui)泵的抽吸作用下經(jing)膜過(guo)(guo)濾后形成處理出(chu)(chu)水(shui)(shui)。出(chu)(chu)水(shui)(shui)泵采用間(jian)歇方式運行(xing)，即開13min，停4 min。整個系統的設(she)計處理能力為(wei)10 m3 /d，水(shui)(shui)力停留時(shi)間(jian)(HRT)為(wei)3.15 h，試(shi)驗過(guo)(guo)程(cheng)沒有(you)人(ren)為(wei)排(pai)泥(ni)。
1.2試驗用水(shui)水(shui)質
試(shi)驗污水水質如表(biao)1所示。
表1 試驗污水水質| 溫度(℃) | 濁度(NTU) | pH | 嗅 | NH3-N(mg/L) | NO2--N( mg/L) |
| 20～25 | 146～185 | 5.8～6.3 | 芳香 | 0.59～1.01 | 0.02～0. 08 |
| NO3--N(mg/L) | COD( mg/L) | TOC(mg/L) | SS(mg/L) | BOD5(mg/L) | LAS(mg/L) |
| 0.03～0.07 | 130～322 | 68～126 | 15～50 | 99～212 | 3.5～8.9 |
1.3測試項目與方法
測(ce)(ce)試項(xiang)目包括各種(zhong)常規(gui)水(shui)質指(zhi)標，均(jun)采用國家(jia)環(huan)保局《水(shui)和廢水(shui)監測(ce)(ce)分析方(fang)法》中的標準方(fang)法進行監測(ce)(ce)。
2 試(shi)驗結果與分(fen)析
2.1污染物去(qu)除效(xiao)果
圖2為(wei)原(yuan)水、生物反應池上清液和膜過濾出水的(de)COD變化情況以(yi)及系統各部分對COD 的(de)去(qu)除(chu)效果。
從圖2可以看(kan)出(chu)，整(zheng)個系(xi)統(tong)(tong)對(dui)(dui)COD的(de)(de)去(qu)(qu)(qu)除率(lv)為(wei)78.5%～100%，出(chu)水(shui)COD濃度穩定在40 m g/L以下。活性污泥對(dui)(dui)COD的(de)(de)去(qu)(qu)(qu)除起到了(le)(le)主要(yao)作用，在進水(shui)COD為(wei)130～322mg/L的(de)(de)情 況下，生(sheng)物(wu)反(fan)(fan)應池上清液的(de)(de)COD濃度一(yi)般都低于100 mg/L，但其(qi)處理(li)性能不(bu)夠(gou)穩定，C OD去(qu)(qu)(qu)除率(lv)在42%～85%之間波動。膜對(dui)(dui)系(xi)統(tong)(tong)的(de)(de)穩定出(chu)水(shui)起到了(le)(le)重要(yao)作用，彌(mi)補了(le)(le)生(sheng)物(wu)反(fan)(fan)應池處理(li)性能的(de)(de)不(bu)穩定，提(ti)高了(le)(le)系(xi)統(tong)(tong)整(zheng)體(ti)的(de)(de)抗沖(chong)擊負(fu)荷能力，使COD去(qu)(qu)(qu)除效率(lv)保持在較高水(shui)平。
圖3為原水(shui)、生物反應池上(shang)清液(ye)和膜(mo)過(guo)濾出水(shui)的陰離(li)子洗滌劑(LAS)濃度變化及(ji)系統各(ge)部 分對LAS的去除效果。
由圖3可見，生(sheng)物(wu)反應池上(shang)(shang)清(qing)液和膜(mo)過濾出水中LAS濃(nong)度(du)基(ji)本相等(deng)，盡(jin)管進水LAS濃(nong) 度(du)很高(gao)，在(zai)3.46～8.90 mg/L之間變(bian)化，但(dan)系統出水始終<0.2 mg/L。整個系統和 生(sheng)物(wu)反應池部分對LAS的去(qu)除率均在(zai)98%以上(shang)(shang)。
以上結果說明LAS的(de)去除(chu)主(zhu)要靠生物反應池中微生物的(de)分解作用(yong)，膜(mo)對LAS的(de)截(jie)留作用(yong)很小。
2.2系統出水水質
表(biao)2匯(hui)總了系統(tong)穩定(ding)運行(xing)后(hou)的膜出(chu)(chu)水(shui)水(shui)質(zhi)與建設(she)部頒布的生活雜(za)用(yong)(yong)水(shui)回用(yong)(yong)標(biao)準(zhun)(zhun)(CJ25.1—19 89)的主要(yao)項(xiang)目比較。大(da)腸菌群(qun)在運行(xing)前期(qi)未檢出(chu)(chu)，故在運行(xing)后(hou)期(qi)沒有繼續檢測(ce)，但發(fa)現膜內表(biao)面滋生有微生物，可(ke)能對出(chu)(chu)水(shui)會(hui)造成一(yi)定(ding)影響。其余各項(xiang)出(chu)(chu)水(shui)水(shui)質(zhi)指標(biao)均滿足雜(za)用(yong)(yong)水(shui)回 用(yong)(yong)標(biao)準(zhun)(zhun)，也(ye)就是說(shuo)，膜出(chu)(chu)水(shui)只(zhi)需(xu)經簡(jian)單消毒處理就可(ke)以安全回用(yong)(yong)于沖(chong)廁(ce)、綠化(hua)、掃(sao)除、洗(xi)車等場合。
表2試驗出水水質與建設部生活雜用水回用標準主要項目的比較| 項目 | SS(mg/L) |
NH3-N (以N計，mg/L ) |
COD (mg/L) |
BOD5 (mg/L) |
LAS(mg/L) |
|
本系統出水沖廁、 綠化掃除、洗車 |
— ≤10 ≤5 |
0. 22～0.42 ≤20 ≤10 |
＜40 ≤50 ≤50 |
＜5 ≤10 ≤10 |
＜0.2 ≤1.0 ≤0.5 |
| 項目 | 色度(倍) | 濁度(NTU) | pH | 嗅大 | 腸菌群(個/L) |
|
本系統出水沖廁、 綠化掃除、洗車 |
＜3 ≤30 ≤30 |
＜1 ≤10 ≤5 |
6.5 6.5～9.0 6.5～9.0 |
無異常 無不快感 無不快感 |
運行前期未檢出 ≤3 ≤3 |
2.3容積(ji)負荷與污泥負荷
膜(mo)—生物(wu)(wu)(wu)反(fan)應(ying)器(qi)中膜(mo)的高效(xiao)截(jie)留作(zuo)用使微(wei)生物(wu)(wu)(wu)全(quan)部截(jie)留于生物(wu)(wu)(wu)反(fan)應(ying)池(chi)中，不僅(jin)維持了較高的 污(wu)泥(ni)濃度和容(rong)積負(fu)(fu)荷，而(er)且可(ke)以增強反(fan)應(ying)池(chi)的抗(kang)沖擊(ji)負(fu)(fu)荷能力(li)(li)。在試(shi)驗過程(cheng)中，容(rong)積負(fu)(fu)荷和污(wu)泥(ni)負(fu)(fu)荷與傳統活(huo)性污(wu)泥(ni)工藝相比波動(dong)較大(da)[容(rong)積負(fu)(fu)荷波動(dong)于0.50～1.85 kgCOD/(m3· d)，污(wu)泥(ni)負(fu)(fu)荷波動(dong)于0.33～2.02 kgCOD/(kgVSS·d)]，但(dan)這種波動(dong)沒有對COD和 LAS的去除效(xiao)果(guo)產(chan)生影響，充分(fen)顯示(shi)了膜(mo)—生物(wu)(wu)(wu)反(fan)應(ying)器(qi)的抗(kang)沖擊(ji)負(fu)(fu)荷能力(li)(li)。此外，試(shi)驗 達到的最大(da)容(rong)積負(fu)(fu)荷UV為1.85 kgCOD/(m3·d)，相當于活(huo)性污(wu)泥(ni)法的2～3倍。
2.4膜(mo)通量和膜(mo)過(guo)濾壓差的(de)變(bian)化
為減(jian)緩啟動階段(duan)的膜污染，須分(fen)階段(duan)由小(xiao)到(dao)大(da)控(kong)制膜通量。首先將膜通量控(kong)制在6.25 L/( m2·h)運行一段(duan)時間，然后逐(zhu)步(bu)增大(da)至9.4L/(m2·h)、13.125 L/(m2·h) ，最(zui)后穩定于(yu)13.75 L/(m2·h)不變。運行125 d后，由于(yu)膜過濾壓差(cha)較高而重新將膜通量降低(di)至11 L/(m2·h)左右。
試(shi)驗運行(xing)前期(qi)膜過(guo)濾壓差增長(chang)迅速(su)，經(jing)分析(xi)可能是(shi)(shi)由于污泥沉積在(zai)膜表面(mian)所致，因(yin)此(ci)分別在(zai)運行(xing)至第(di)34、60、90和100 d時停止(zhi)進(jin)(jin)、出水，只維持曝氣，企(qi)圖去除膜面(mian)污泥層，對(dui)膜的過(guo)濾性能進(jin)(jin)行(xing)恢復。從膜過(guo)濾壓差的變化情(qing)況來看，第(di)34 d和60 d的恢復效果較好(hao)(hao)，但第(di)90 d以后(hou)的恢復效果不太好(hao)(hao)，尤其是(shi)(shi)第(di)100 d，幾乎(hu)無(wu)恢復效果。運行(xing)至21 6 d，膜過(guo)濾壓差上升到了60kPa，運行(xing)停止(zhi)。
2.5膜污染(ran)分(fen)析
為(wei)了解造成膜(mo)(mo)污(wu)(wu)染(ran)的(de)原因，運(yun)行(xing)第208 d時剪下一(yi)(yi)段膜(mo)(mo)絲進行(xing)電鏡觀(guan)察(見圖(tu)4)。可以看出， 膜(mo)(mo)外(wai)(wai)表(biao)面(mian)(mian)污(wu)(wu)泥沉(chen)積情(qing)況很不均勻(圖(tu)4a)。在(zai)膜(mo)(mo)絲內部負壓和(he)膜(mo)(mo)面(mian)(mian)紊流形(xing)(xing)成的(de)剪切力(li)等雙重作用下，有些污(wu)(wu)泥在(zai)膜(mo)(mo)外(wai)(wai)表(biao)面(mian)(mian)的(de)局部沉(chen)積下來(lai)，這些沉(chen)積污(wu)(wu)泥由絲狀真(zhen)菌(jun)、放線菌(jun)、球菌(jun)和(he)桿菌(jun)組成。絲狀真(zhen)菌(jun)表(biao)面(mian)(mian)輪廊清晰，產(chan)生(sheng)的(de)分泌(mi)物較少，而其余(yu)菌(jun)種周(zhou)圍(wei)都有厚(hou)厚(hou)的(de)一(yi)(yi)層分泌(mi)物。這些分泌(mi)物不僅對(dui)凝(ning)(ning)結菌(jun)膠團(tuan)起到了重要(yao)作用(圖(tu)4b)，還附著(zhu)于(yu)膜(mo)(mo)表(biao)面(mian)(mian)或進入膜(mo)(mo)的(de)孔道成為(wei)膜(mo)(mo)表(biao)面(mian)(mian)凝(ning)(ning)膠層的(de)重要(yao)組成物質(圖(tu)4c)。另一(yi)(yi)方面(mian)(mian)凝(ning)(ning)膠層對(dui)膜(mo)(mo)外(wai)(wai)表(biao)面(mian)(mian)的(de)污(wu)(wu)染(ran)相當普遍(bian)，整體來(lai)看形(xing)(xing)成得(de)相對(dui)均勻，但從小(xiao)范圍(wei)來(lai)看厚(hou)度差異較大，變化于(yu)0～5μm之間(圖(tu)4c)。
膜(mo)內(nei)表(biao)面微(wei)生(sheng)物(wu)(wu)的滋生(sheng)也是(shi)膜(mo)污(wu)染的一(yi)(yi)個重要原因(圖4 d)。在膜(mo)的內(nei)表(biao)面均勻生(sheng)長了一(yi)(yi)層(ceng)以絲(si)狀真菌(jun)為(wei)骨架(jia)、球菌(jun)和桿(gan)菌(jun)相(xiang)附著的薄薄的微(wei)生(sheng)物(wu)(wu)層(ceng)，這(zhe)些(xie)(xie)微(wei)生(sheng)物(wu)(wu)也分泌(mi)出(chu)一(yi)(yi)些(xie)(xie)代(dai)謝(xie)產(chan)物(wu)(wu)，但比膜(mo)外表(biao)面少得(de)多。膜(mo)內(nei)表(biao)面污(wu)染主(zhu)要以微(wei)生(sheng)物(wu)(wu)層(ceng)為(wei)主(zhu)。
3 結論
①一體(ti)式膜(mo)—生物反應(ying)器(qi)工藝用于(yu)處理并回用洗浴污水(shui)在技術(shu)上是可行的(de)(de)。試(shi)驗(yan)表明，無(wu)論(lun)進水(shui)水(shui)質如何(he)變化，均能得到(dao)優(you)質而穩定的(de)(de)膜(mo)過濾出(chu)水(shui)：COD<40mg/L、NH3-N< 0.5 mg/L、LAS<0.2 mg/L，且(qie)無(wu)色無(wu)味、無(wu)SS，符合建設部頒布(bu)的(de)(de)生活雜用水(shui)回用標準(zhun)。
②在(zai)膜(mo)—生物反(fan)應器中活(huo)性污泥對COD和(he)LAS的去除起(qi)主(zhu)要作用(yong)，而膜(mo)分離對維持穩定(ding)的系統(tong)出水起(qi)到了重要作用(yong)。
③膜—生(sheng)物反應(ying)器(qi)的(de) 試(shi)驗(yan)容積負(fu)(fu)荷(he)UV為0.50～1.85 k gCOD/(m3·d)，污泥負(fu)(fu) 荷(he)Ua為0.33～2.02 kgCOD/(kgVSS·d)，二者隨進水(shui)(shui)水(shui)(shui)質波(bo)(bo)動(dong)較(jiao)大，但由(you)于(yu)膜—生(sheng)物 反應(ying)器(qi)抗沖擊負(fu)(fu)荷(he)能(neng)力較(jiao)強，這一波(bo)(bo)動(dong)沒(mei)有影響系統出水(shui)(shui)水(shui)(shui)質。
④系統在沒(mei)有對膜進行(xing)任何化學清洗的條件下連續運行(xing)了216 d。
⑤電鏡觀察表(biao)明(ming)，膜外(wai)表(biao)面(mian)污泥層(ceng)的(de)沉積、凝膠層(ceng)的(de)增(zeng)厚和膜內表(biao)面(mian)微生(sheng)物(wu)的(de)滋生(sheng)是造成 膜污染的(de)主要原因。
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