二段淹没式膜生物反应器处理城市污水的研究
摘要：用丸保田板式膜，设计了二段淹没式膜生物反应器处理城市生活污水。运行结果显示.二段淹没武膜生物反应器能够增强高能级生物体蠕虫生长与少产污泥的目的。在污泥负荷为0.35-0.65g [COD]/(g[ss]·d)和容积负荷为2—5 g[COD]/(L·d)的条件下，反应器出水COD和NH3-N的质量浓度分别为18.67mg/L和0.24mg/L，污泥产率为 0.1 kg[SS」/kg[COD]。
关键词：城市污水 污水处理 膜生物反应器 污泥产率 中水回用
淹没式膜生物反应器是膜生物反应器的一种。此工艺的特点是直接将膜组件置于生物反应器中，污水中的污染物转化以及污泥的分离发生在同一反应器中，具有结构紧凑，处理能耗低等特点。但由于其属于好氧活性污泥工艺，也具有污泥产率高的缺点。为降低污泥产量，已有学者在人工合成污水和实验室规模基础上，采用二段式膜生物反应器刺激原生动物纤毛虫和鞭毛虫，以及后生动物轮虫和线虫生长，并指出这些高能级原生动物和后生动物可降低污泥产率20%-30%[1-3]。
活性污泥中的后生动物蠕虫也可降低污泥产率[4-5]。此试验采用重力流平板膜设计了适合蠕虫生长的二段式膜生物反应器，主要 研究 了此工艺的出水水质与水量，污泥产率以及膜污染状况。
1 试验装置与 方法
1.1 试验装置
蠕虫属于高等后生动物，主要以微生物为食，有时也以藻类(diatoms algae)和其他脊柱动物为食，适合在好氧，水力扰动强度不大，有毒物质浓度低，食物充足的环境中生长[6-8]。根据蠕虫的这些特点，本试验采用适合蠕虫生存的二段淹没式膜生物反应器，如图1所示。
本装置特点：①将单一的反应区分成污染物转化区和污泥降解区。污水首先进人污染物转化区，在这一段里，污水中有毒物质得到稀释与转化，对第二段污泥降解区中蠕虫起到缓冲与保护作用。②为避免水泵对蠕虫的高强度搅拌，选用搅拌强度小的挤压泵。③通过调节回流污泥量和出水量，控制污泥在转化区和降解区的分配，使得蠕虫集中在污泥降解区里消化污泥。污染物转化区和污泥降解区的有效容积分别为 600 L和 400L。在污泥降解区内设置了10块总有效面积为8m2 的板式膜。处理水和污泥在此进行有效地分离。膜组件为日本九保田生产的耐污染的重力流聚乙烯微滤膜，膜孔径为 0.4 μm。主要设计与控制参数见表1。
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表1 主要设计与控制参数
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| 反应区 | 停留时间/h | 污泥质量 度/ （g·L-1） | 溶解氧/（mg·L-1） | 温度/℃ |
| 转化区 | 降解区的1/3 | 1.8—2.8 | 25土2 | |
| 降解区 | 12.31～2O.94 | 1.8—2.8 | 25土2 | |
1.2 污水特点
污水为荷兰Apeldoom市的城市污水。污水经过0.Imm的筛网，然后进人原水箱，最后进人膜生物反应器系统。试验期间，进人膜生物反应器的原水水质见表2。
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表2 试验用水水质
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mg·L-1
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项目
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ρ（CODcr）
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ρ（NH3－N）
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ρ（NO2- -N）
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ρ（NO3－－N）
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转化区
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679.25
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39.43
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0.0176
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0.755
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2 结果与讨论
2.l 出水水质
运行时，进水泵由污染物转化池内液位控制器控制，采用间断进水，池内有温度和溶解氧调节器，温度控制在25 ± 2℃，溶解氧控制在1.8-2.8 mg/L之间。以 CODcr和 NH3-N评价污水处理效果，淹没式膜生物反应器处理出水效果见表3。
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表3 二段淹没式膜生物反应器出水水质
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出水p（CODcr）/ （mg·L-1）
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COD去除率l％
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出水ρ（NH3－N）/（mg·L-1）
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NH3-N去除率／％
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18.67
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97.31
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0.24
|
99.48
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我国回用水标准规定冲厕水和洗车水的化学需氧量均为 50 mg/L;冲厕水的氨氮为 20 mg/L;洗车水的氨氮为 10 mg/L《生活杂用水水质指标》CJ 25.l-89)。从表 3中可见，二段淹没式膜生物反应器出水的化学需氧量和氨氮都符合回用水的要求。出水除略带淡黄色外，浊度均接近于零，完全可以作为中水进行回用。化学需氧量和氨氮量去除率均分别为97.31%和99.48%。出水水质稳定，反应器运行状态良好。
2.2 出水水量
图1 所示工艺流程中的膜组件为板式膜，膜的穿透压却由组件上方的水头压提供。膜的最大耐压能力为 17 kPa，因此，其最高可利用水头为1.69 m。在本系统中，通过控制进出污泥降解池的流量，进行出水流量控制。对于某一出水流量，必有相应的水头高度地而且在运行过程中，△P值随时间的增加有所增大，增大的快慢速度反映出膜污染状况。如果膜受污染严重，则一迅速地提高。对于本系统采用的板式膜，其运行结果见表4。
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表4 膜及应器运行时的多数变化
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运行时间／d
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水头变化△p/pa
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膜通量／（L·m-2·h-1·kPa-1）
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污泥质量浓度/（g·L-1）
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233
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784
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15.2
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12.31
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236
|
882
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14.2
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13.75
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247
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1029
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11.7
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15.82
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251
|
1078
|
10.7
|
15.32
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265
|
1127
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11.1
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20.01
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271
|
1274
|
10.3
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20.94
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从表4可见，△p上升速度很慢，运行1个月后，水头压力神才增高 343 Pa，表明此膜组件是一种耐污染的微滤膜，同时也说明，此系统具有较强抗污染能力。主要原因膜污染是由溶解态和胶体态有机物形成，在本系统中，这些有机物在污染物转化区得到了降解，未降解的此类有机物也被污泥降解区高浓度的污泥所吸附，使得这些有机物极少有机会接触到膜介质，这样，就减轻了膜污染。按此污染速度及膜的最大耐压能力，此膜组件在无物理和化学清洗的状态下，其使用寿命为4a。
此系统产水量及流量与时间关系见图2。在运行34 d内，出水水量稳定在100 L/h左右，共产水量 75.53 m3。根据此状况，此工艺可 应用 于生活污水处理与回用。
2.3 污泥产量
图3 显示了重力淹没式膜生物反应器蠕虫数量与污泥产率的关系。当蠕虫数量为 1008条/mL时，污泥产率为 0.32 kg[SS]/kg[COD」，随着蠕虫数量升高至 2 66-3 88条/mL时，污泥产率在0.1-O.15 kg[ss]/kg[COD]范围内变化，并呈下降趋势。值得一提的是，此结果是在常规污泥负荷(0.35-0.65 g[COD」/(g[SS]·d》和高容积负荷(2-5 g(COD)/(L·d)条件下取得的，表明反应器生物降解有机物能力得到了加强，同时也充分表明了蠕虫消化有机污泥的功能。
3 结论
将淹没式膜生物反应器分成污染物转化区和污泥降解区可以刺激高能级后生动物生长，从而达到少产污泥的目的。在低污泥产量情况下，膜生物反应器出水水质良好，其水质可达到中水回用标准。
试验同时表明，二段淹没式膜生物反应器是一种抗污泥性能好的新工艺，污水中溶解态和胶体态有机污染物在污染物转化区得到降解，缓解了对设置在污泥降解区膜组件污染。
以九保田板式膜为污泥分离装置的二段淹没式生物反应器出水稳定，该设备可以实际应用于污水处理与回用。
参考 文献 ：
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