一體式膜——生物反應(yīng)器處理洗浴污水
水處理技術(shù): 膜—生物反應(yīng)器是把生物處理與膜分離相結(jié)合的一種組合工藝，它不僅能高效地進(jìn)行固液分離,，得到可以直接回用的穩(wěn)定出水,，而且可在生物反應(yīng)池內(nèi)維持高濃度的微生物量，提高處理裝置的容積負(fù)荷,，節(jié)省占地面積,。此外，該工藝剩余污泥產(chǎn)量低,，操作管理方便,。
洗浴污水大多產(chǎn)生于公共浴室、賓館等地,，一般水量大而有機(jī)物含量低,，是污水資源化的重要水源，經(jīng)適當(dāng)處理后可回用于綠化,、沖洗廁所等,。
1 試驗(yàn)裝置與方法
1.1工藝流程
一體式中空纖維膜—生物反應(yīng)器的中試裝置設(shè)在清華大學(xué)東北浴室附近，用于處理學(xué)生浴室的洗浴污水,，其工藝流程如圖1所示,。整個(gè)裝置主要由生物反應(yīng)池和膜組件兩部分組成。生物反應(yīng)池尺寸為0.9 m×0.93 m×2 m,，有效容積為1.5 m3,，內(nèi)部被隔板分為升流區(qū)和降 流區(qū)兩部分。聚乙烯中空纖維微濾膜組件共有8塊,，膜總面積32m2,，分兩層置于反應(yīng)池升 流區(qū)。膜組件下設(shè)有穿孔管,，曝氣量控制在35～50 m3/h,。壓差計(jì)用于監(jiān)測(cè)在運(yùn)行過(guò)程 中膜過(guò)濾壓差的變化,。液位控制器用于控制生物反應(yīng)池液面使之恒定。電子流量計(jì)用于測(cè)定膜出水的瞬時(shí)流量和累計(jì)流量,。
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洗浴污水經(jīng)0.9 mm的不銹鋼篩網(wǎng)過(guò)濾后進(jìn)入高位水箱,，再流入生物反應(yīng)池，有機(jī)物被活性污泥中的微生物分解,，混合液在出水泵的抽吸作用下經(jīng)膜過(guò)濾后形成處理出水,。出水泵采用間歇方式運(yùn)行，即開(kāi)13min,，停4 min,。整個(gè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)處理能力為10 m3 /d，水力停留時(shí)間(HRT)為3.15 h,，試驗(yàn)過(guò)程沒(méi)有人為排泥,。
1.2試驗(yàn)用水水質(zhì)
試驗(yàn)污水水質(zhì)如表1所示。
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1.3測(cè)試項(xiàng)目與方法
測(cè)試項(xiàng)目包括各種常規(guī)水質(zhì)指標(biāo),，均采用國(guó)家環(huán)保局《水和廢水監(jiān)測(cè)分析方法》中的標(biāo)準(zhǔn)方法進(jìn)行監(jiān)測(cè),。
2 試驗(yàn)結(jié)果與分析
2.1污染物去除效果
圖2為原水、生物反應(yīng)池上清液和膜過(guò)濾出水的COD變化情況以及系統(tǒng)各部分對(duì)COD 的去除效果,。
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從圖2可以看出,，整個(gè)系統(tǒng)對(duì)COD的去除率為78.5%～100%，出水COD濃度穩(wěn)定在40 m g/L以下,?；钚晕勰鄬?duì)COD的去除起到了主要作用，在進(jìn)水COD為130～322mg/L的情 況下,，生物反應(yīng)池上清液的COD濃度一般都低于100 mg/L,，但其處理性能不夠穩(wěn)定，C OD去除率在42%～85%之間波動(dòng),。膜對(duì)系統(tǒng)的穩(wěn)定出水起到了重要作用,，彌補(bǔ)了生物反應(yīng)池處理性能的不穩(wěn)定，提高了系統(tǒng)整體的抗沖擊負(fù)荷能力,，使COD去除效率保持在較高水平,。
圖3為原水、生物反應(yīng)池上清液和膜過(guò)濾出水的陰離子洗滌劑(LAS)濃度變化及系統(tǒng)各部 分對(duì)LAS的去除效果,。
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由圖3可見(jiàn),，生物反應(yīng)池上清液和膜過(guò)濾出水中LAS濃度基本相等，盡管進(jìn)水LAS濃 度很高,，在3.46～8.90 mg/L之間變化,，但系統(tǒng)出水始終＜0.2 mg/L。整個(gè)系統(tǒng)和 生物反應(yīng)池部分對(duì)LAS的去除率均在98%以上,。
以上結(jié)果說(shuō)明LAS的去除主要靠生物反應(yīng)池中微生物的分解作用,，膜對(duì)LAS的截留作用很小,。
2.2系統(tǒng)出水水質(zhì)
表2匯總了系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行后的膜出水水質(zhì)與建設(shè)部頒布的生活雜用水回用標(biāo)準(zhǔn)(CJ25.1—19 89)的主要項(xiàng)目比較。大腸菌群在運(yùn)行前期未檢出,，故在運(yùn)行后期沒(méi)有繼續(xù)檢測(cè)，但發(fā)現(xiàn)膜內(nèi)表面滋生有微生物,，可能對(duì)出水會(huì)造成一定影響,。其余各項(xiàng)出水水質(zhì)指標(biāo)均滿足雜用水回 用標(biāo)準(zhǔn)，也就是說(shuō),，膜出水只需經(jīng)簡(jiǎn)單消毒處理就可以安全回用于沖廁,、綠化、掃除,、洗車(chē)等場(chǎng)合,。
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2.3容積負(fù)荷與污泥負(fù)荷
膜—生物反應(yīng)器中膜的高效截留作用使微生物全部截留于生物反應(yīng)池中，不僅維持了較高的 污泥濃度和容積負(fù)荷,，而且可以增強(qiáng)反應(yīng)池的抗沖擊負(fù)荷能力,。在試驗(yàn)過(guò)程中，容積負(fù)荷和污泥負(fù)荷與傳統(tǒng)活性污泥工藝相比波動(dòng)較大［容積負(fù)荷波動(dòng)于0.50～1.85 kgCOD/(m3· d),，污泥負(fù)荷波動(dòng)于0.33～2.02 kgCOD/(kgVSS·d)］,，但這種波動(dòng)沒(méi)有對(duì)COD和 LAS的去除效果產(chǎn)生影響，充分顯示了膜—生物反應(yīng)器的抗沖擊負(fù)荷能力,。此外,，試驗(yàn) 達(dá)到的最大容積負(fù)荷UV為1.85 kgCOD/(m3·d)，相當(dāng)于活性污泥法的2～3倍,。
2.4膜通量和膜過(guò)濾壓差的變化
為減緩啟動(dòng)階段的膜污染,，須分階段由小到大控制膜通量。首先將膜通量控制在6.25 L/( m2·h)運(yùn)行一段時(shí)間,，然后逐步增大至9.4L/(m2·h),、13.125 L/(m2·h) ，最后穩(wěn)定于13.75 L/(m2·h)不變,。運(yùn)行125 d后,，由于膜過(guò)濾壓差較高而重新將膜通量降低至11 L/(m2·h)左右。
試驗(yàn)運(yùn)行前期膜過(guò)濾壓差增長(zhǎng)迅速,，經(jīng)分析可能是由于污泥沉積在膜表面所致,，因此分別在運(yùn)行至第34、60,、90和100 d時(shí)停止進(jìn),、出水，只維持曝氣,，企圖去除膜面污泥層,，對(duì)膜的過(guò)濾性能進(jìn)行恢復(fù),。從膜過(guò)濾壓差的變化情況來(lái)看，第34 d和60 d的恢復(fù)效果較好,，但第90 d以后的恢復(fù)效果不太好,，尤其是第100 d，幾乎無(wú)恢復(fù)效果,。運(yùn)行至21 6 d,，膜過(guò)濾壓差上升到了60kPa，運(yùn)行停止,。
2.5膜污染分析
為了解造成膜污染的原因,，運(yùn)行第208 d時(shí)剪下一段膜絲進(jìn)行電鏡觀察(見(jiàn)圖4)?？梢钥闯?， 膜外表面污泥沉積情況很不均勻(圖4a)。在膜絲內(nèi)部負(fù)壓和膜面紊流形成的剪切力等雙重作用下,，有些污泥在膜外表面的局部沉積下來(lái),，這些沉積污泥由絲狀真菌、放線菌,、球菌和桿菌組成,。絲狀真菌表面輪廊清晰，產(chǎn)生的分泌物較少,，而其余菌種周?chē)加泻窈竦囊粚臃置谖?。這些分泌物不僅對(duì)凝結(jié)菌膠團(tuán)起到了重要作用(圖4b)，還附著于膜表面或進(jìn)入膜的孔道成為膜表面凝膠層的重要組成物質(zhì)(圖4c),。另一方面凝膠層對(duì)膜外表面的污染相當(dāng)普遍,，整體來(lái)看形成得相對(duì)均勻，但從小范圍來(lái)看厚度差異較大,，變化于0～5μm之間(圖4c),。
膜內(nèi)表面微生物的滋生也是膜污染的一個(gè)重要原因(圖4 d)。在膜的內(nèi)表面均勻生長(zhǎng)了一層以絲狀真菌為骨架,、球菌和桿菌相附著的薄薄的微生物層,，這些微生物也分泌出一些代謝產(chǎn)物，但比膜外表面少得多,。膜內(nèi)表面污染主要以微生物層為主,。
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3 結(jié)論
①一體式膜—生物反應(yīng)器工藝用于處理并回用洗浴污水在技術(shù)上是可行的。試驗(yàn)表明,，無(wú)論進(jìn)水水質(zhì)如何變化,，均能得到優(yōu)質(zhì)而穩(wěn)定的膜過(guò)濾出水：COD＜40mg/L、NH3-N＜ 0.5 mg/L、LAS＜0.2 mg/L,，且無(wú)色無(wú)味,、無(wú)SS，符合建設(shè)部頒布的生活雜用水回用標(biāo)準(zhǔn),。
②在膜—生物反應(yīng)器中活性污泥對(duì)COD和LAS的去除起主要作用,，而膜分離對(duì)維持穩(wěn)定的系統(tǒng)出水起到了重要作用。
③膜—生物反應(yīng)器的 試驗(yàn)容積負(fù)荷UV為0.50～1.85 k gCOD/(m3·d),，污泥負(fù) 荷Ua為0.33～2.02 kgCOD/(kgVSS·d),，二者隨進(jìn)水水質(zhì)波動(dòng)較大，但由于膜—生物 反應(yīng)器抗沖擊負(fù)荷能力較強(qiáng),，這一波動(dòng)沒(méi)有影響系統(tǒng)出水水質(zhì)。
④系統(tǒng)在沒(méi)有對(duì)膜進(jìn)行任何化學(xué)清洗的條件下連續(xù)運(yùn)行了216 d,。
⑤電鏡觀察表明,，膜外表面污泥層的沉積、凝膠層的增厚和膜內(nèi)表面微生物的滋生是造成 膜污染的主要原因,。
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