MBR膜生物反应器中水回用处理的研究

核心提示：膜对COD明显的拦截作用为获得优良的出水水质做出了重要贡献。
MBR膜生物反应器是结合膜分离技术与生物处理法的高效技术工艺，可有效地进行泥水分离，而且具有传统污水处理工艺不可比拟的优点：
1、可以实现反应器水力停留时间HRT和SRT的充分分离、
2.占地面积小。
3、系统硝化良好，难降解有机物得到了进一步充分的降解。
4、剩余污泥产量极低，理论上可实现零污泥排放等。
在水资源日益紧张、水污染日趋严重的今天，MBR中水回用具有巨大的社会、环境和经济效益。
洗浴污水是优质的中水回用水源，产量大，在宾馆、饭店等地占总用水量的71%～79%，且有机物的含量低，经MBR膜处理，可实现城市污水处理的资源化，经过MBR中水回用处理以后完全可用于绿化、冲洗以及景观水补。
改进后的MBR膜生物反应器，针对洗浴污水处理进行了试验。结果表明：污水的出水水质良好，COD<40mg/L，LAS<0.2mg/L，符合国家建设部颁布的生活杂用水回用水质标准。
一、传统MBR膜生物反应器与改进型MBR膜生物反应器
传统MBR膜生物反应器分为分置式和一体式两种，在对普通的MBR膜生物反应器进行改进的基础上，改进型MBR膜生物反应器的主要部件有MBR膜组件和生物反应器。
由导流板分成生物降解区和膜滤出水区两部分，由于导流板的作用，进入膜滤出水区的活性污泥浓度很低，在提高生物降解区污泥浓度的同时，大大减轻了膜污染，可明显延长膜的清洗周期;
生物降解区为复合式，即兼有固定培养(生物膜)和悬浮培养(活性污泥)生物反应器的特点，研究表明，相比单纯的活性污泥法MBR和生物膜MBR污水处理，复合式MBR膜生物反应器的性能更佳。
微滤膜，孔径0.05μm，直接悬挂于膜滤出水区。原污水经毛发过滤器过滤后，进入高位水箱，再经流量计进入生物降解区，有机物在这里被微生物分解，混合液经导流板进入膜滤出水区，在真空泵的抽吸作用下经膜过滤后进入出水槽，浓缩液可经底部连通管返回生物降解区，形成回流，底部采用曝气器曝气。
与传统MBR相比，改进型MBR在结构上具有如下特点：
1、与一体式MBR相比，MBR膜组件相对独立于MBR膜生物反应器，位于膜滤出水区，而一体式MBR膜组件直接悬挂于MBR膜生物反应器中，相同之处在于水均通过负压抽吸从膜单元外表进入中空纤维引出，底部曝气以减轻膜污染;
2、与分置式MBR相比，MBR膜组件与MBR膜生物反应器之间无需泵和管线连接，相同之处在于MBR膜组件相对独立于生物反应器，MBR膜污染减轻。
改进型MBR膜生物反应器的主要优点是：
1、较一体式MBR膜污染大为减轻，而较分置式MBR的结构紧凑，体积小，工作压力小，无水循环，节能;
2、处理对象不同。一体式MBR和分置式MBR的膜组件处理的是生物反应器中经生物降解的完全混合液，而改进型MBR膜组件处理的是经导流板预澄清的料液，SS浓度降低，有利于在不增加能耗的情况下减轻膜污染。除生物降解区外，膜滤出水区也需少量曝气(前者是为微生物提供好氧环境，后者是为了减轻膜污染)，因此该设备的具体能耗需进一步的试验研究。
二、试验用水和试验方法
试验采用的洗浴污水原水水质pH值：6.5～7.0；CODCr：93～350mg/L;LAS：1.0～10mg/L;NH3-N：0.6～1.0mg/L；浊度：85～160NTU;SS：15～50mg/L；颜色灰白。
本次试验用水水质为CODCr为129.0mg/L，LAS为6.4mg/L，浊度93NTU，具有芳香气味。整个环保设备系统运行一定时间稳定后，进行试验，每次试验结束后均用清水冲洗膜组件。监测项目采用国家环保局标准分析方法。
三、试验结果与分析
1、操作压力与MBR膜通量的关系
膜通量随操作压力的变化而变化，操作压力分别为：0.01、0.02、0.03、0.04、0.05MPa;相应地MBR膜通量：0.72、3.34、4.85、5.44、6.58mL/(m2?s)。可见，MBR膜通量随操作压力的增加而增加，即提高操作压力可有效提高膜通量，考虑到操作压力越大，所需动力消耗越高，本试验采用0.01Mpa为操作压力。
2、HRT与COD及LAS的关系
由于改进型MBR膜对活性污泥的高效拦截作用，使生物降解区的污泥浓度增高，对COD的去除效果很好，同时系统COD及LAS的去除与HRT有密切关系。
试验结果表明，系统对COD的去除率随HRT的增加而增大，2h时为74.99%，6h时为87.52%，但无论HRT为2h、4h、还是6h，出水COD均小于40mg/L。由于HRT为2h时膜滤出水过多，至使填料露出水面，因此补加了部分原洗浴污水，使4h时COD的去除率降为71.86%，产生波动，但出水COD为36.3mg/L，仍小于40mg/L，这是悬浮污泥和附着污泥共同作用的结果，也是改进型MBR生物降解区污泥浓度高，处理效果好的综合体现，即具有良好的抗冲击负荷能力，出水水质稳定可靠，另外，HRT越大，出水中LAS浓度越低，2h时小于0.2mg/L，满足生活杂用水水质对LAS的要求。
3、膜对COD的拦截作用
通过对MBR出水水质和膜滤出水区上清液水质的同步监测，可明显观察到膜对系统COD去除率的贡献，监测结果如表1所示。结果表明，在整个试验过程中，上清液COD始终高于膜滤出水COD，充分证明膜具有对可溶性COD拦截的作用。
整个系统对COD的去除率由生物降解区微生物对有机物的分解和膜滤出水区膜对COD的拦截两部分组成，而膜滤出水区膜的拦截作用弥补了生物降解区处理性能的不稳定，保证优良的出水水质，膜对溶解性大分子有机物的拦截作用是由膜本身和傅学起，等改进型膜生物反应器处理洗浴污水的试验研究其表面形成的凝胶层共同完成的。
4、容积负荷
改进型MBR的高效截留作用使活性污泥几乎全部截留在生物降解区，不仅维持了很高的污泥浓度，而且可大大提高其容积负荷。系统的COD容积负荷为1.16kg/(m3?d)，较传统的活性污泥法高1.5～2.5倍，同时有很好的污物去除效果和较强的抗冲击负荷能力。
5.膜的污染与清洗
MBR虽具有诸多优点而成为当今水处理技术的研究热点，但膜污染引起的通量持续降低却始终是其推广应用的主要障碍。
本试验自行设计的MBR可减轻膜污染的原因在于：
(1)生物降解区为复合式，MBR中的膜污染主要由膜表面对溶解性有机物的吸附及悬浮固体污泥的沉积引起。反应器中悬浮污泥浓度越高，膜面沉积污泥量越大，而膜面沉积污泥可阻挡通过膜面的混合液中溶解性有机物直接在膜面的吸附，从而使膜面吸附有机物量降低，相反，反应器中污泥浓度越低，膜面沉积污泥量越小，而膜面吸附有机物量越多。复合式反应器的污泥量居中，因此，其综合效果较好，膜通透量能维持在较高水平;
(2)导流板将装置分为两个区，导流板的作用使膜滤出水区的污泥浓度较低，从而有效减轻膜污染。膜清洗采用自来水冲洗，通量基本完全回复，试验期间未采用其它清洗方法。需指出的是，由于该装置结构的特殊性，其膜污染是以固体污泥吸附为主，还是以溶解性有机物的吸附为主，或两者同时作用，尚需进一步的试验研究。同时可以查看中国污水处理工程网更多技术文档。
四、试验结论
1、运用改进型MBR处理洗浴污水的结果表明，对COD和LAS的去除效果明显，出水COD<40mg/L，LAS<0.2mg/L，无色、无味，出水水质稳定可靠，考虑到进水水质的波动，为保证优良的出水水质，系统的HRT应控制在3h左右。
2、膜对COD明显的拦截作用为获得优良的出水水质做出了重要贡献。
3、由于对常规MBR进行了适当改进，降低了膜滤出水区悬浮污泥浓度，从而有效减轻了膜污染，试验期间采用自来水清洗即可回复膜通量，但固体污泥和溶解性有机物吸附污染何者是主要形式，尚需进一步的研究和探讨。

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