膜生物反应器(MBR)处理生活废水
摘 要：用间歇式生物暴气池和超滤膜评价池对MBR的各种操作条件对超滤膜分离性能的影响，膜清洗方法、间歇式工艺对高浓度有机污水处理进行了实验研究。
以超滤或微滤与传统的活性污泥生化处理技术相结合而成的膜生物反应器(MBR)，以膜分离过程取代重力沉降过程，不论固体颗粒的沉降性能如何，均可完成固液分离过程，并且可以避免因生物体流失而造成的系统失效。国外对膜生物反应器的研究和应用均较早，尤其是80年代末以来，膜生物反应器不断被应用于实际污水处理。受严格的污水处理出水水质要求，日本凭借其自身膜技术的优势，在膜生物反应器的研究和应用方面处于国际领先地位。
对生活废水的处理，传统的活性污泥法采用重力沉降，由于颗粒的不固定容易使活性细菌与生物体流失。超滤膜分离与活性污泥法相结合的膜生物反应器处理有机含碳物，能使有机物深度氧化，并且排出物不含固体颗粒，能完全保留生物体，在低温时亦能维持高处理能力。该复合过程还可通过维持低F/M比例减少污泥浪费。反应器能够维持高含固浓度而使处理工厂规模缩小。还可采用同时硝化与反硝化作用成功地除氮，污泥保留时间相当长，从而完全保留体系中缓慢生长的硝化细菌。
一、MBR处理生活废水
采用聚丙烯(PP)中空纤维膜组件，对生活污水(不含粪便污水)进行回用处理研究，其工作压力为0.1MPa，膜面积为1.0m2，生物处理工艺为接触氧化反应器。膜的水通量为25-351/m2hr，最佳反冲洗周期为60分钟，反冲洗工作压力为0.1MPa，化学清洗周期为1个月，化学清洗药剂为NaOH(1.5%)和NaOCL(2%)的混合溶液，pH12，清洗工作压力为0.05MPa。
色度(度) 15-30 10-15 ＜40
臭味 明显臭味 无味 无不快感
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
大肠菌数(个/升) 2.38×108 ＜90* ＜3
细菌总数(个/ml) 1.8×107 ＜930* ＜100
*：此数是膜生物反应器的出水测定值，未经过消毒处理。
研究表明，膜生物反应器在投资和运行成本上与传统工艺基本持平，但在占地、维护管理、处理水质、自动化程度等方面具有较大优势。
采用两个聚丙烯(PE)中空纤维膜组件为分离箱，标称孔径为0.03um，每一组件的膜面积为0.3m2。通过对不同温度时膜生物反应器性能的研究发现，当温度从25℃降到5℃时，有机物的氧化作用不受损害。在温度为15-25℃时除氮效率最高，但当温度降至10℃以下时除氮性变差。对污泥中醌的成分分析发现，与Q-8相关的需氧细菌分数降低，而与Q-10关的兼容性细菌分数上升，表明低温时氧的传输受到限制，这种限制可能是因为硝化细菌数减少抑制了硝化作用。温度降低不但使混合液的粘度升高，而且总的膜阻发生变化，从而影响透过流量。
二、MBR处理城市污水
采用一体式好氧中空纤维膜生物反应器的实验装置。反应器容积为90升，内部被隔板分成容积相等的2部分。一部分装有复旦大学环境科学研究所研制的聚丙烯中空纤维膜(膜孔径0.03um，膜面积2.0m2，膜平均使用寿命3-5a)。膜下用穿孔管鼓风暴气。中空纤维膜为外部进水，内部间歇抽吸出水(13min开，2min关)。压差计用于测操作压力。
实验用水取自城市污水。通过不同操作条件下处理生活污水的实验研究，结果表明：在膜通量10.41/m2hr，污泥龄20d，污泥去除负荷(COD/VSS)为0.22kg/(kgd)的正常稳定运行条件下，该系统可在整个膜寿命期限内(3-5a)不用洗膜并得到优质出水：COD＜20mg/l，NH3-N＜1.0mg/l，无色无味透明，未检出大肠杆菌。其中，污泥去除负荷、系统运行稳定状况和反应器流态是影响膜清洗周期的重要因素。
三、MBR处理食品废水
采用间歇式生物暴气池和超滤膜评价池对MBR的各种操作条件对超滤膜分离性能的影响，膜清洗方法、间歇式工艺对高浓度有机污水处理进行了实验研究。采用复旦大学环境科学研究所研制的外压型聚丙烯(PP)中空纤维超滤膜组件对某食品厂废水进行了中试处理，CODcr与BOD5的去除率均在95%以上。该MBR系统是在反应槽中浸入外压型中空纤维超滤膜，中空纤维超滤膜管壁从外侧受到液压的作用，所以管内侧就形成微小的负压，通过这个微小的负压作用，就能够得到透过液即处理水。由于负压很小，所以膜面的清洗只能靠暴气水流来进行，同时也能防止膜孔堵塞。
四、MBR处理粪便污水
整个处理系统包括储存箱，预处理箱，生物反硝化单元，污泥回流箱，一级超滤，混凝，二级超滤，颗粒活性炭滤池，消毒池和污泥处理设备。经过预处理后的粪便污水的BOD为6300-6800mg/l，CODMn为130-250mg/l，TN为25-41mg/l。生物反硝化单元中可以保持高达12000mg/l的MLSS，同时，生物反应器中污泥的停留时间很长，以致引起超滤出水的COD主要是低分子量的物质，该系统最显著的特点是出水不含悬浮固体或细菌。对聚丙烯腈，聚烯烃和聚砜膜的实验表明，聚砜的水通量最小。实验采用的超滤膜的截留分子量一般在20000-50000。他们也采用生物反硝化与超滤相结合的工艺对粪便污水处理的实验研究。在常规的粪便污水处理中，高效生物反硝化过程是在极高的MLSS浓度下进行的，因此，固液分离过程的进行，即使采用离心机也常常发生活性污泥膨胀或浮沫。在这种情况下生物反硝化过程的出水中，悬浮物浓度就很高，由混凝，过滤，臭氧氧化和颗粒活性炭组成的三级或高级处理过程就容易超负荷，使最终出水恶化而不能达到出水排放标准。而采用超滤来代替重力或机械分离过程，再加上三级处理，可使整个系统的组合达到最优化。
采用超滤后，悬浮固体，胶体和高分子量有机物(根据所使用的膜能拦截的分子量而定)都可望得到彻底分离；同时，系统的设计和运行也得到优化，从膜过滤过程中连续回流到生物反硝化反应器中的高浓度活性污泥起到了稳定反应器中污泥浓度及产生高质量出水的作用。三级处理进水中少了大胶体和悬浮固体还有其他好处，诸如臭氧氧化效率高及颗粒活性炭滤器的冲洗频率降低等。超滤器的设计水通量在驱动压力为0.15-0.3MPa时为1.0-1.5m/day。清洗方法为采用浓度为100-200mgCl2/l的次氯酸钠溶液在超滤膜组件中每二周循环流动1-2小时。实验证明，这种清洗方法适合于日常操作。该系统的出水中，BOD，SS，CODMn，Tn和Tp分别可望达到5mg/l，0mg/l,35mg/l,20mg/l和小于0.3mg/l。其投资和运行费用少于或等于传统生物反硝化厂，此外，该系统的占地小，操作人员少。
五、MBR将废水净化回用
该技术包括一个在0.3MPa压力下进行的加压生物反应器，一个截留活性污泥的超滤设备和一个纳滤设备。纳滤浓缩液回流到生物反应器，以提高生物降解能力和出水水质，超滤膜的水通量在100-200L/m2hr之间，纳滤膜的水通量为0.05L/m2hr。在生物反应器中，微生物浓度极高(20-40kgMLSS/m3)，但剩余污泥的产生量相当小，为进水COD的0.7-1.0%。采用该工艺对棉纺废水处理的中试研究表明，进水COD浓度为2778mg/l时，加压生物-超滤的出水COD浓度为119mg/l，纳滤出水的COD浓度为15mg/l，在该废水处理中，由于纳滤膜对氯离子有高渗透性，没有出现氯离子累积现象。
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