二段淹沒式膜生物反應(yīng)器處理城市污水的應(yīng)用
淹沒式膜生物反應(yīng)器是膜生物反應(yīng)器的一種。此工藝的特點是直接將膜組件置于生物反應(yīng)器中，污水中的污染物轉(zhuǎn)化以及污泥的分離發(fā)生在同一反應(yīng)器中，具有結(jié)構(gòu)緊湊，處理能耗低等特點。但由于其屬于好氧活性污泥工藝，也具有污泥產(chǎn)率高的缺點。為降低污泥產(chǎn)量，已有學(xué)者在人工合成污水和實驗室規(guī)模基礎(chǔ)上，采用二段式膜生物反應(yīng)器刺激原生動物纖毛蟲和鞭毛蟲，以及后生動物輪蟲和線蟲生長，并指出這些高能級原生動物和后生動物可降低污泥產(chǎn)率20%－30%〔1-3〕。
活性污泥中的后生動物蠕蟲也可降低污泥產(chǎn)率[4-5]。此試驗采用重力流平板膜設(shè)計了適合蠕蟲生長的二段式膜生物反應(yīng)器，主要研究了此工藝的出水水質(zhì)與水量，污泥產(chǎn)率以及膜污染狀況。
1 試驗裝置與方法
1.1 試驗裝置
蠕蟲屬于高等后生動物，主要以微生物為食，有時也以藻類（diatoms algae）和其他脊柱動物為食，適合在好氧，水力擾動強(qiáng)度不大，有毒物質(zhì)濃度低，食物充足的環(huán)境中生長[6-8]。根據(jù)蠕蟲的這些特點，本試驗采用適合蠕蟲生存的二段淹沒式膜生物反應(yīng)器，如圖1所示。
本裝置特點：①將單一的反應(yīng)區(qū)分成污染物轉(zhuǎn)化區(qū)和污泥降解區(qū)。污水首先進(jìn)人污染物轉(zhuǎn)化區(qū)，在這一段里，污水中有毒物質(zhì)得到稀釋與轉(zhuǎn)化，對第二段污泥降解區(qū)中蠕蟲起到緩沖與保護(hù)作用。②為避免水泵對蠕蟲的高強(qiáng)度攪拌，選用攪拌強(qiáng)度小的擠壓泵。③通過調(diào)節(jié)回流污泥量和出水量，控制污泥在轉(zhuǎn)化區(qū)和降解區(qū)的分配，使得蠕蟲集中在污泥降解區(qū)里消化污泥。污染物轉(zhuǎn)化區(qū)和污泥降解區(qū)的有效容積分別為 600 L和 400L。在污泥降解區(qū)內(nèi)設(shè)置了10塊總有效面積為8m2 的板式膜。處理水和污泥在此進(jìn)行有效地分離。膜組件為日本九保田生產(chǎn)的耐污染的重力流聚乙烯微濾膜，膜孔徑為 0.4 μm。主要設(shè)計與控制參數(shù)見表1。
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1.2 污水特點
污水為荷蘭Apeldoom市的城市污水。污水經(jīng)過0.Imm的篩網(wǎng)，然后進(jìn)人原水箱，最后進(jìn)人膜生物反應(yīng)器系統(tǒng)。試驗期間，進(jìn)人膜生物反應(yīng)器的原水水質(zhì)見表2。
2 結(jié)果與討論
2.l 出水水質(zhì)
運行時，進(jìn)水泵由污染物轉(zhuǎn)化池內(nèi)液位控制器控制，采用間斷進(jìn)水，池內(nèi)有溫度和溶解氧調(diào)節(jié)器，溫度控制在25 ± 2℃，溶解氧控制在1.8－2.8 mg／L之間。以 CODcr和 NH3－N評價污水處理效果，淹沒式膜生物反應(yīng)器處理出水效果見表3。
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我國回用水標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定沖廁水和洗車水的化學(xué)需氧量均為 50 mg／L；沖廁水的氨氮為 20 mg／L；洗車水的氨氮為 10 mg／L《生活雜用水水質(zhì)指標(biāo)》CJ 25.l－89）。從表 3中可見，二段淹沒式膜生物反應(yīng)器出水的化學(xué)需氧量和氨氮都符合回用水的要求。出水除略帶淡黃色外，濁度均接近于零，完全可以作為中水進(jìn)行回用。化學(xué)需氧量和氨氮量去除率均分別為97.31%和99.48%。出水水質(zhì)穩(wěn)定，反應(yīng)器運行狀態(tài)良好。
2.2 出水水量
圖1 所示工藝流程中的膜組件為板式膜，膜的穿透壓卻由組件上方的水頭壓提供。膜的最大耐壓能力為 17 kPa，因此，其最高可利用水頭為1.69 m。在本系統(tǒng)中，通過控制進(jìn)出污泥降解池的流量，進(jìn)行出水流量控制。對于某一出水流量，必有相應(yīng)的水頭高度地而且在運行過程中，△P值隨時間的增加有所增大，增大的快慢速度反映出膜污染狀況。如果膜受污染嚴(yán)重，則一迅速地提高。對于本系統(tǒng)采用的板式膜，其運行結(jié)果見表4。
從表4可見，△p上升速度很慢，運行1個月后，水頭壓力神才增高 343 Pa，表明此膜組件是一種耐污染的微濾膜，同時也說明，此系統(tǒng)具有較強(qiáng)抗污染能力。主要原因膜污染是由溶解態(tài)和膠體態(tài)有機(jī)物形成，在本系統(tǒng)中，這些有機(jī)物在污染物轉(zhuǎn)化區(qū)得到了降解，未降解的此類有機(jī)物也被污泥降解區(qū)高濃度的污泥所吸附，使得這些有機(jī)物極少有機(jī)會接觸到膜介質(zhì)，這樣，就減輕了膜污染。按此污染速度及膜的最大耐壓能力，此膜組件在無物理和化學(xué)清洗的狀態(tài)下，其使用壽命為4a。
此系統(tǒng)產(chǎn)水量及流量與時間關(guān)系見圖2。在運行34 d內(nèi)，出水水量穩(wěn)定在100 L／h左右，共產(chǎn)水量 75.53 m3。根據(jù)此狀況，此工藝可應(yīng)用于生活污水處理與回用。
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2.3 污泥產(chǎn)量
圖3 顯示了重力淹沒式膜生物反應(yīng)器蠕蟲數(shù)量與污泥產(chǎn)率的關(guān)系。當(dāng)蠕蟲數(shù)量為 1008條／mL時，污泥產(chǎn)率為 0.32 kg[SS]／kg〔COD”，隨著蠕蟲數(shù)量升高至 2 66－3 88條／mL時，污泥產(chǎn)率在0.1－O.15 kg[ss]／kg[COD]范圍內(nèi)變化，并呈下降趨勢。值得一提的是，此結(jié)果是在常規(guī)污泥負(fù)荷（0.35－0.65 g〔COD”／（g[SS]·d》和高容積負(fù)荷（2－5 g（COD）／（L·d）條件下取得的，表明反應(yīng)器生物降解有機(jī)物能力得到了加強(qiáng)，同時也充分表明了蠕蟲消化有機(jī)污泥的功能。
3 結(jié)論
將淹沒式膜生物反應(yīng)器分成污染物轉(zhuǎn)化區(qū)和污泥降解區(qū)可以刺激高能級后生動物生長，從而達(dá)到少產(chǎn)污泥的目的。在低污泥產(chǎn)量情況下，膜生物反應(yīng)器出水水質(zhì)良好，其水質(zhì)可達(dá)到中水回用標(biāo)準(zhǔn)。
試驗同時表明，二段淹沒式膜生物反應(yīng)器是一種抗污泥性能好的新工藝，污水中溶解態(tài)和膠體態(tài)有機(jī)污染物在污染物轉(zhuǎn)化區(qū)得到降解，緩解了對設(shè)置在污泥降解區(qū)膜組件污染。
以九保田板式膜為污泥分離裝置的二段淹沒式生物反應(yīng)器出水穩(wěn)定，該設(shè)備可以實際應(yīng)用于污水處理與回用。
參考文獻(xiàn)：
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作者簡介：張紹國(1966-)，男，江西宜春人，博士，研究方向為水污染控制工程，現(xiàn)在美國杜蘭大學(xué)土木與環(huán)境工程系工作。
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