生物膜—膜生物反应器处理生活污水的试验研究

生物膜一膜生物反应器处理生活污水的试验研究何圣兵王宝贞王琳提要采用生物膜-膜生物反应器处理生活污水。结果表明：在DO，pH等因素控制得当的情况下，系统对COD，NH3一N和TN的平均去除率分别为92．82％，93．04％和88．93％，同时获得了0．156gSS／gCOD的剩余污泥产率。试验期间还对膜通量的变化情况进行了考察。在小试的基础上提出了延缓膜污染的措施。关键词生物膜一膜生物反应器剩余污泥产率膜污染生活污水膜生物反应器是一种新型高效的污水处理与回用工艺。在污水处理与回用中有良好的应用前景。目前，膜生物反应器已成功地应用于污水回用、粪便污水和垃圾渗滤液等处理中。膜生物反应器的大规模应用将引起污水处理的一场划时代的变革⋯。由于超滤膜的强制截留作用使得膜生物反应器内污泥浓度保持得很高，可以达到10g／L以上。并且因为下述原因，使得膜生物反应器具有常规污水处理工艺无法比拟的优越性_2J：①污泥龄可以随意控制，使得泥龄长、产率低的菌种能够在反应器中停留，如硝化细菌等；②由于反应器中高浓度的污泥有利于在污泥絮体中形成好氧区和厌氧区，从而在一个反应器中可以实现同步硝化和反硝化：③与传统污水处理工艺相比可以获得更为优良的出水水质，而且不需要后处理工序如消毒等；④有利于自动控制和处理设施的一体化。但是膜的大规模生产应用还存在着一些尚未解决的问题，如何延缓膜的污染就是其中问题之一。有人[3-6J采用间歇出水、向反应器中投加粉末活性炭、加大空曝气量、优化膜组件的结构形式等措施来解决膜的污染问题。本文就采用生物膜一膜生物反应器处理生活污水的效能以及膜污染的问题进行了探讨，试图使得整个处理系统在取得高质量出水的同时最大程度地缓解膜的污染状况，延长膜的工作周期和使用寿命。1试验装置考虑采用生物膜一超滤膜组合工艺来处理生活污水。因为对于活性污泥膜生物反应器工艺而言，虽然高浓度的悬浮污泥具有处理效率高、抗冲击负荷能力强等优点，但是也会因此而增加对膜的污染，以及增加膜的堵塞几率和清洗频率等，采用生物膜工艺有利于污泥的附着生长，使得悬浮污泥的浓度较低，从而可以降低对膜的堵塞程度。另外，考虑将超滤膜与生物膜反应池分开设置，在超滤膜的下部附近设置曝气装置，这样一方面可通过曝气延缓污泥对超滤膜的污染，另一方面防止由于长时间运行在超滤膜的膜丝间附着的污泥发生厌氧腐化现象而造成出水水质恶化。将二者分开设置的优点是有利于好氧生物膜反应池中的曝气充氧和对超滤膜的曝气防污染分开控制，以便于根据运行情况来确定各自合适的曝气量。试验装置如图1所示，试验用膜为中空纤维膜组件，膜材质为聚丙烯，膜孔径为0．1rll，膜组件长度为0．3m，膜的表面积为1．2rll。贮水箱与平衡水箱都是用钢板制成，体积分别为300L和50L，生物膜反应器的有效体积为16．3L，生物载体填料的装填密度为反应池容积的30％。反应器的液位由平衡水箱中的浮球阀进行控制，随着出水流量的变化，由浮球阀进行自动控制，可同步保持出水流量与进水流量平衡。试验中对生物膜反应池和超滤膜组件分别采用微孔曝气器和结晶砂曝气头进行曝气，曝气量由空气流量计进行调节，出水动力由净水头压差H提供，污水在生物膜反应池中的停留时间为6h。试验期间，水温一直稳定在20℃左右。2试验用水试验用水采用人工配置，原料为直链淀粉、蔗糖、蛋白胨、NH4Cl、K2HPO4和KH2PO4，用量按C：N：P≈130：10：1投加。试验重点考察DO，pH对工给水排水Vo1．28No．11200221维普资讯http://www.cqvip.com图1试验装置艺去除碳、氮性能的影响以及系统的污泥产率。3DO对系统去除碳、氮性能的影响3．1对COD去除的影响在不同的试验期间将生化池中的pH调节在7．5左右，而将DO分别控制在5mg／L，3mg／L，1mg／I和0．5mg／L左右，系统对COD的去除情况见图2。试验初始将DO设置在5mg／L左右时，COD的平均去除率为95．19％，膜出水中COD基本上维持在20mg／L以下；第二阶段DO在3mg／I左右波动，出水中COD还是维持在一个较低的数值，平均去除率为93．40％；当DO降至1mg／I时，出水中COD与上一阶段基本没有变化，COD平均去除率为92．82％；最后，当反应池中DO降至0．5mg／L左右，膜出水中COD略有上升，大体在40mg／L上下波动。但是总体看来DO对生物膜-超滤膜组合系统去除COD的性能影响不大。5004003002001OOO7131925时间／d65432星10图2DO对COD去除的影响3．2对氨氮去除的影响从图3可以看出，当DO在3mg／L以上时，氨氮的去除基本上不受DO的影响，氨氮的去除率在92％～97％之间；当DO降至1mg／I时，膜出水中氨氮略有升高，一般在2mg／I左右，氨氮