一体式膜-生物反应器处理生活污水的中试研究
摘要：本中试试验结果表明：一体式好氧中空纤维膜-生物反应器处理生活污水用于回用在技术和 经济 上都是可行的。在不人为排泥的条件下，该系统连续运行110多天没有洗膜。系统出水稳定优质(COD<30mg/L,NH3-N<1.0mg/L,无色无味透明，未检出大肠杆菌);基建费用低，运行费用和传统污水深度处理工艺相差不多。空曝气和在线药洗是进行膜日常维护的有效 方法 ，反应器水力循环条件和启动阶段的运行操作对膜的清洗周期有重要 影响 。
关键词：好氧 膜-生物反应器 膜污染 中水回用
Pilot Plant Study on Integral Membrane Bio-Reactor to Treat Domestic Wastewater
Abstract: The technical and economical feasibility of integral membrane bio-reactor (IMB) to treat domestic wastewater for reuse has been approved by the results of a pilot plant experiment. The pilot plant ran continuously over 110 days without membrane rinsing and no sludge discharge. The output water is quite stable and high quality with COD<30mg/L and NH3-N<1.0mg/L respectively, it seems transparent and free of color and smell, and no coliform was detected. For the IMB facility the investment is lower than and the operation expense is similar to the traditional advanced treatment. Air blow and on-line chemical rinsing is effective for the routine maintenance of the IMB. The membrane rinsing cycle is heavy effected by the condition of water circulating inside the reactor and the operating at the starting stage.
膜-生物反应器工艺是一种新兴工艺，近年来已被逐步 应用 于城市污水和 工业 废水的处理。它用膜分离系统代替普通活性污泥法中的二沉池，取得可直接回用的出水水质;而且有利于增殖缓慢的微生物如硝化细菌的截留和生长，增强硝化作用[1]。按照膜组件的设置位置，可分为分置加压式和一体抽吸式两类[2，3]。一体式膜-生物反应器装置占地省、能耗少，近年来有关它的应用 研究 在国外受到关注[3～5]，而国内有关研究还很少，作者曾在实验室小试条件下对一体式膜-生物反应器工艺用于处理并回用 中国 生活污水的可行性进行了研究，获得了令人满意的效果[6]。为推进这种新型高效工艺在我国污水资源化中的应用，本研究进一步开展了中试试验，证实了处理效果，探讨了系统长期稳定运行的控制条件和装置放大 规律 ，并进行了经济评价，为一体式膜-生物反应器工艺在我国污水处理与回用中的应用提供了技术经济条件。
1 试验装置与试验方法
1.1 试验装置与流程
一体式膜-生物反应器的中试工艺流程如图1所示。
生物反应器容积为2.7m3，内置中空纤维膜组件11个。每个膜面积4m2，组件总面积44m2，膜材料为聚乙烯，膜孔径为0.1μm。为供给微生物分解有机物所需氧气，同时在中空纤维膜面造成一定的循环流速， 膜组件下设有穿孔管曝气， 曝气量为35～50m3/h。进水经0.9mm的不锈钢筛网过滤后进入生物反应池，其中的污染物经活性污泥中微生物分解，混合液在出水泵的抽吸作用下经膜过滤后得到处理出水。出水泵采用间歇抽吸运行，抽吸频率为13min开，2min关。压差计和压力传感器用于测定抽吸泵在工作过程中施加在中空纤维膜上的过滤压力，HP75000用于控制生物反应器液面恒定并监控和自动记录膜组件过滤压力。
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图1 一体式膜-生物反应器中试流程图
生物反应器自接种后，开始进水运行。 目前 已运行110余天。在此期间，没有人为排泥。 表1 膜-生物反应器中试试验进水水质 |
| 温度/℃ |
COD/ mg/L |
SCOD*/ mg/L |
氨氮/ mg/L |
SS/ mg/L |
pH |
| 11.3～18 | 61～816 | 50～600 | 20～46 | 28～82 | 7 |
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SCOD*即经过滤纸过滤后的COD。
2 试验结果与分析
2.1 污染物去除效果 |
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图2 膜-生物反应器中试系统中COD浓度及去除效果变化情况
从图2可以看出：(1)系统总COD去除率除开始运行前12天以外，均保持在90%以上，而生物反应器COD去除率波动较大。在开始运行前12天，由于微生物尚未充分生长，生物反应器的COD去除效率较低，在60%以下。之后，随着微生物的增殖，生物反应器的COD去除效率逐步增加，最高达96%。相应地膜分离对COD的去除效率随生物反应器性能的好坏而变化，在3%～35%之间波动。膜分离对部分有机物的截留作用弥补了生物反应器处理性能的不稳定，使系统总的COD去除效率稳定保持在较高水平；(2)活性污泥对COD的去除起到了重要作用。在进水COD变化较大的情况下，生物反应器内活性污泥的效能仍发挥得很好。除个别情况外，生物反应器上清液的COD浓度可维持在80mg/L以下；(3)膜对系统的稳定出水起到了决定性作用。尽管系统进水水质变化极大，COD浓度从100mg/L变化到700mg/L，上清液COD浓度也随之有较大的变化，但膜出水COD浓度始终稳定在30mg/L以下，满足中水回用水质标准的要求。 |
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图3 膜-生物反应器中试系统中氨氮浓度及去除效果的变化情况
从图3可以看出：(1)运行基本稳定后，系统对氨氮的去除率可达98%以上；(2)氨氮的去除主要靠生物反应器中微生物的作用，膜对氨氮的截留作用很小；(3)在开始运行的头一周，系统基本上没有硝化作用发生；运行两周后，系统的氨氮去除率达44%；运行三周后，系统的氨氮去除率达98%。这说明膜的分离作用可使世代时间较长的硝化细菌逐渐在系统中积累，使废水中的氨氮得以发生充分的硝化反应，系统出水氨氮浓度在0.5mg/L以下。 |
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图4 膜-生物反应器中试系统污泥浓度变化情况
生物反应器污泥的VSS/SS的比值在试验期间内基本无变化，在0.7～0.8之间，说明污泥中没有无机物积累。 |
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图5 膜-生物反应器中试系统膜过滤压差与膜通量的时间变化
与小试试验时膜过滤压差的上升情况［6］相比较，发现中试试验条件下膜过滤压差的增长速度较快。初步分析主要是由于以下三个原因造成的： |
3 技术 经济 性评价
将该工艺与传统中水处理工艺(二级生物处理加混凝、沉淀、过滤)进行了技术经济比较，其结果如表2所示。
表2 一体式膜-生物反应器工艺与传统中水处理工艺的比较。
| 项目 | 膜-生物反应器工艺 | 传统中水处理工艺 |
| 基建费 | 较低 | 稍高 |
| 运行费 | 相当 | 相当 |
| 出水水质 | 稳定优质，符合中水回用标准 | 水质稍差 |
| 维护管理 | 易管理、容易实现自动化 | 不易管理、需防止污泥膨胀 |
| 可改造性 | 易从普通活性污泥法改造、易扩建 | 不易改造和扩建 |
| 适用性 | 高低浓度废水皆适用 | 高浓废水需稀释后处理，以防污泥膨胀 |
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4 结论
(1)一体式中空纤维膜-生物反应器工艺用于处理我国生活污水，达到回用水质在技术上是可行的。110天以上的连续试验表明，无论进水水质如何变化，均能得到优质而稳定的膜过滤出水：COD<30mg/L、NH3-N<1mg/L，且无色无味、无SS，并未检出大肠杆菌，完全符合建设部颁布的《生活杂用水水质标准》(CJ25.1-89)。
参考 文献
1 岑运华.膜生物反应器在污水处理中的 应用 .水处理技术，1991，17(4)：23～26 |
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