膜生物反應(yīng)器(MBR)處理生活廢水
摘 要：用間歇式生物暴氣池和超濾膜評價池對MBR的各種操作條件對超濾膜分離性能的影響，膜清洗方法、間歇式工藝對高濃度有機(jī)污水處理進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究。
以超濾或微濾與傳統(tǒng)的活性污泥生化處理技術(shù)相結(jié)合而成的膜生物反應(yīng)器(MBR)，以膜分離過程取代重力沉降過程，不論固體顆粒的沉降性能如何，均可完成固液分離過程，并且可以避免因生物體流失而造成的系統(tǒng)失效。國外對膜生物反應(yīng)器的研究和應(yīng)用均較早，尤其是80年代末以來，膜生物反應(yīng)器不斷被應(yīng)用于實(shí)際污水處理。受嚴(yán)格的污水處理出水水質(zhì)要求，日本憑借其自身膜技術(shù)的優(yōu)勢，在膜生物反應(yīng)器的研究和應(yīng)用方面處于國際領(lǐng)先地位。
對生活廢水的處理，傳統(tǒng)的活性污泥法采用重力沉降，由于顆粒的不固定容易使活性細(xì)菌與生物體流失。超濾膜分離與活性污泥法相結(jié)合的膜生物反應(yīng)器處理有機(jī)含碳物，能使有機(jī)物深度氧化，并且排出物不含固體顆粒，能完全保留生物體，在低溫時亦能維持高處理能力。該復(fù)合過程還可通過維持低F/M比例減少污泥浪費(fèi)。反應(yīng)器能夠維持高含固濃度而使處理工廠規(guī)模縮小。還可采用同時硝化與反硝化作用成功地除氮，污泥保留時間相當(dāng)長，從而完全保留體系中緩慢生長的硝化細(xì)菌。
一、MBR處理生活廢水
采用聚丙烯(PP)中空纖維膜組件，對生活污水(不含糞便污水)進(jìn)行回用處理研究，其工作壓力為0.1MPa，膜面積為1.0m2，生物處理工藝為接觸氧化反應(yīng)器。膜的水通量為25-351/m2hr，最佳反沖洗周期為60分鐘，反沖洗工作壓力為0.1MPa，化學(xué)清洗周期為1個月，化學(xué)清洗藥劑為NaOH(1.5%)和NaOCL(2%)的混合溶液，pH12，清洗工作壓力為0.05MPa。
色度(度) 15-30 10-15 ＜40
臭味 明顯臭味 無味 無不快感
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
大腸菌數(shù)(個/升) 2.38×108 ＜90* ＜3
細(xì)菌總數(shù)(個/ml) 1.8×107 ＜930* ＜100
*：此數(shù)是膜生物反應(yīng)器的出水測定值，未經(jīng)過消毒處理。
研究表明，膜生物反應(yīng)器在投資和運(yùn)行成本上與傳統(tǒng)工藝基本持平，但在占地、維護(hù)管理、處理水質(zhì)、自動化程度等方面具有較大優(yōu)勢。
采用兩個聚丙烯(PE)中空纖維膜組件為分離箱，標(biāo)稱孔徑為0.03um，每一組件的膜面積為0.3m2。通過對不同溫度時膜生物反應(yīng)器性能的研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)溫度從25℃降到5℃時，有機(jī)物的氧化作用不受損害。在溫度為15-25℃時除氮效率最高，但當(dāng)溫度降至10℃以下時除氮性變差。對污泥中醌的成分分析發(fā)現(xiàn)，與Q-8相關(guān)的需氧細(xì)菌分?jǐn)?shù)降低，而與Q-10關(guān)的兼容性細(xì)菌分?jǐn)?shù)上升，表明低溫時氧的傳輸受到限制，這種限制可能是因?yàn)橄趸?xì)菌數(shù)減少抑制了硝化作用。溫度降低不但使混合液的粘度升高，而且總的膜阻發(fā)生變化，從而影響透過流量。
二、MBR處理城市污水
采用一體式好氧中空纖維膜生物反應(yīng)器的實(shí)驗(yàn)裝置。反應(yīng)器容積為90升，內(nèi)部被隔板分成容積相等的2部分。一部分裝有復(fù)旦大學(xué)環(huán)境科學(xué)研究所研制的聚丙烯中空纖維膜(膜孔徑0.03um，膜面積2.0m2，膜平均使用壽命3-5a)。膜下用穿孔管鼓風(fēng)暴氣。中空纖維膜為外部進(jìn)水，內(nèi)部間歇抽吸出水(13min開，2min關(guān))。壓差計(jì)用于測操作壓力。
實(shí)驗(yàn)用水取自城市污水。通過不同操作條件下處理生活污水的實(shí)驗(yàn)研究，結(jié)果表明：在膜通量10.41/m2hr，污泥齡20d，污泥去除負(fù)荷(COD/VSS)為0.22kg/(kgd)的正常穩(wěn)定運(yùn)行條件下，該系統(tǒng)可在整個膜壽命期限內(nèi)(3-5a)不用洗膜并得到優(yōu)質(zhì)出水：COD＜20mg/l，NH3-N＜1.0mg/l，無色無味透明，未檢出大腸桿菌。其中，污泥去除負(fù)荷、系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定狀況和反應(yīng)器流態(tài)是影響膜清洗周期的重要因素。
三、MBR處理食品廢水
采用間歇式生物暴氣池和超濾膜評價池對MBR的各種操作條件對超濾膜分離性能的影響，膜清洗方法、間歇式工藝對高濃度有機(jī)污水處理進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究。采用復(fù)旦大學(xué)環(huán)境科學(xué)研究所研制的外壓型聚丙烯(PP)中空纖維超濾膜組件對某食品廠廢水進(jìn)行了中試處理，CODcr與BOD5的去除率均在95%以上。該MBR系統(tǒng)是在反應(yīng)槽中浸入外壓型中空纖維超濾膜，中空纖維超濾膜管壁從外側(cè)受到液壓的作用，所以管內(nèi)側(cè)就形成微小的負(fù)壓，通過這個微小的負(fù)壓作用，就能夠得到透過液即處理水。由于負(fù)壓很小，所以膜面的清洗只能靠暴氣水流來進(jìn)行，同時也能防止膜孔堵塞。
四、MBR處理糞便污水
整個處理系統(tǒng)包括儲存箱，預(yù)處理箱，生物反硝化單元，污泥回流箱，一級超濾，混凝，二級超濾，顆粒活性炭濾池，消毒池和污泥處理設(shè)備。經(jīng)過預(yù)處理后的糞便污水的BOD為6300-6800mg/l，CODMn為130-250mg/l，TN為25-41mg/l。生物反硝化單元中可以保持高達(dá)12000mg/l的MLSS，同時，生物反應(yīng)器中污泥的停留時間很長，以致引起超濾出水的COD主要是低分子量的物質(zhì)，該系統(tǒng)最顯著的特點(diǎn)是出水不含懸浮固體或細(xì)菌。對聚丙烯腈，聚烯烴和聚砜膜的實(shí)驗(yàn)表明，聚砜的水通量最小。實(shí)驗(yàn)采用的超濾膜的截留分子量一般在20000-50000。他們也采用生物反硝化與超濾相結(jié)合的工藝對糞便污水處理的實(shí)驗(yàn)研究。在常規(guī)的糞便污水處理中，高效生物反硝化過程是在極高的MLSS濃度下進(jìn)行的，因此，固液分離過程的進(jìn)行，即使采用離心機(jī)也常常發(fā)生活性污泥膨脹或浮沫。在這種情況下生物反硝化過程的出水中，懸浮物濃度就很高，由混凝，過濾，臭氧氧化和顆粒活性炭組成的三級或高級處理過程就容易超負(fù)荷，使最終出水惡化而不能達(dá)到出水排放標(biāo)準(zhǔn)。而采用超濾來代替重力或機(jī)械分離過程，再加上三級處理，可使整個系統(tǒng)的組合達(dá)到最優(yōu)化。
采用超濾后，懸浮固體，膠體和高分子量有機(jī)物(根據(jù)所使用的膜能攔截的分子量而定)都可望得到徹底分離；同時，系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和運(yùn)行也得到優(yōu)化，從膜過濾過程中連續(xù)回流到生物反硝化反應(yīng)器中的高濃度活性污泥起到了穩(wěn)定反應(yīng)器中污泥濃度及產(chǎn)生高質(zhì)量出水的作用。三級處理進(jìn)水中少了大膠體和懸浮固體還有其他好處，諸如臭氧氧化效率高及顆粒活性炭濾器的沖洗頻率降低等。超濾器的設(shè)計(jì)水通量在驅(qū)動壓力為0.15-0.3MPa時為1.0-1.5m/day。清洗方法為采用濃度為100-200mgCl2/l的次氯酸鈉溶液在超濾膜組件中每二周循環(huán)流動1-2小時。實(shí)驗(yàn)證明，這種清洗方法適合于日常操作。該系統(tǒng)的出水中，BOD，SS，CODMn，Tn和Tp分別可望達(dá)到5mg/l，0mg/l,35mg/l,20mg/l和小于0.3mg/l。其投資和運(yùn)行費(fèi)用少于或等于傳統(tǒng)生物反硝化廠，此外，該系統(tǒng)的占地小，操作人員少。
五、MBR將廢水凈化回用
該技術(shù)包括一個在0.3MPa壓力下進(jìn)行的加壓生物反應(yīng)器，一個截留活性污泥的超濾設(shè)備和一個納濾設(shè)備。納濾濃縮液回流到生物反應(yīng)器，以提高生物降解能力和出水水質(zhì)，超濾膜的水通量在100-200L/m2hr之間，納濾膜的水通量為0.05L/m2hr。在生物反應(yīng)器中，微生物濃度極高(20-40kgMLSS/m3)，但剩余污泥的產(chǎn)生量相當(dāng)小，為進(jìn)水COD的0.7-1.0%。采用該工藝對棉紡廢水處理的中試研究表明，進(jìn)水COD濃度為2778mg/l時，加壓生物-超濾的出水COD濃度為119mg/l，納濾出水的COD濃度為15mg/l，在該廢水處理中，由于納濾膜對氯離子有高滲透性，沒有出現(xiàn)氯離子累積現(xiàn)象。
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