一體式膜—生物反應器處理洗浴污水
膜—生物反應器是把生物處理與膜分離相結合的一種組合工藝,，它不僅能高效地進行固液分離，得到可以直接回用的穩(wěn)定出水,，而且可在生物反應池內(nèi)維持高濃度的微生物量,，提高處理裝置的容積負荷，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[1],。
洗浴污水大多產(chǎn)生于公共浴室,、賓館等地，一般水量大而有機物含量低,，是污水資源化的重要水源，經(jīng)適當處理后可回用于綠化,、沖洗廁所等,。
1 試驗裝置與方法
1.1工藝流程
一體式中空纖維膜—生物反應器的中試裝置設在清華大學東北浴室附近，用于處理學生浴室的洗浴污水,，其工藝流程如圖1所示,。整個裝置主要由生物反應池和膜組件兩部分組成。生物反應池尺寸為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,，分兩層置于反應池升 流區(qū),。膜組件下設有穿孔管，曝氣量控制在35～50 m3/h,。壓差計用于監(jiān)測在運行過程 中膜過濾壓差的變化,。液位控制器用于控制生物反應池液面使之恒定。電子流量計用于測定膜出水的瞬時流量和累計流量,。
洗浴污水經(jīng)0.9 mm的不銹鋼篩網(wǎng)過濾后進入高位水箱,，再流入生物反應池，有機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)膜過濾后形成處理出水,。出水泵采用間歇方式運行，即開13min,，停4 min,。整個系統(tǒng)的設計處理能力為10 m3 /d，水力停留時間(HRT)為3.15 h,，試驗過程沒有人為排泥,。
1.2試驗用水水質(zhì)
試驗污水水質(zhì)如表1所示。
表1 試驗污水水質(zhì)| 溫度(℃) | 濁度(NTU) | pH | 嗅 | NH3-N(mg/L) | NO2--N( mg/L) |
| 20～25 | 146～185 | 5.8～6.3 | 芳香 | 0.59～1.01 | 0.02～0. 08 |
| NO3--N(mg/L) | COD( mg/L) | TOC(mg/L) | SS(mg/L) | BOD5(mg/L) | LAS(mg/L) |
| 0.03～0.07 | 130～322 | 68～126 | 15～50 | 99～212 | 3.5～8.9 |
1.3測試項目與方法
測試項目包括各種常規(guī)水質(zhì)指標,，均采用國家環(huán)保局《水和廢水監(jiān)測分析方法》中的標準方法進行監(jiān)測,。
2 試驗結果與分析
2.1污染物去除效果
圖2為原水、生物反應池上清液和膜過濾出水的COD變化情況以及系統(tǒng)各部分對COD 的去除效果,。
從圖2可以看出,，整個系統(tǒng)對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OD的去除起到了主要作用，在進水COD為130～322mg/L的情 況下,，生物反應池上清液的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,。膜對系統(tǒng)的穩(wěn)定出水起到了重要作用,，彌補了生物反應池處理性能的不穩(wěn)定，提高了系統(tǒng)整體的抗沖擊負荷能力,，使COD去除效率保持在較高水平,。
圖3為原水、生物反應池上清液和膜過濾出水的陰離子洗滌劑(LAS)濃度變化及系統(tǒng)各部 分對LAS的去除效果,。
由圖3可見,，生物反應池上清液和膜過濾出水中LAS濃度基本相等,，盡管進水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,。整個系統(tǒng)和 生物反應池部分對LAS的去除率均在98%以上。
以上結果說明LAS的去除主要靠生物反應池中微生物的分解作用,，膜對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)定運行后的膜出水水質(zhì)與建設部頒布的生活雜用水回用標準(CJ25.1—19 89)的主要項目比較。大腸菌群在運行前期未檢出,，故在運行后期沒有繼續(xù)檢測,，但發(fā)現(xiàn)膜內(nèi)表面滋生有微生物，可能對出水會造成一定影響,。其余各項出水水質(zhì)指標均滿足雜用水回 用標準,，也就是說，膜出水只需經(jīng)簡單消毒處理就可以安全回用于沖廁,、綠化,、掃除、洗車等場合,。
表2試驗出水水質(zhì)與建設部生活雜用水回用標準主要項目的比較| 項目 | SS(mg/L) |
NH3-N (以N計,，mg/L ) |
COD (mg/L) |
BOD5 (mg/L) |
LAS(mg/L) |
|
本系統(tǒng)出水沖廁、 綠化掃除,、洗車 |
— ≤10 ≤5 |
0. 22～0.42 ≤20 ≤10 |
＜40 ≤50 ≤50 |
＜5 ≤10 ≤10 |
＜0.2 ≤1.0 ≤0.5 |
| 項目 | 色度(倍) | 濁度(NTU) | pH | 嗅大 | 腸菌群(個/L) |
|
本系統(tǒng)出水沖廁,、 綠化掃除、洗車 |
＜3 ≤30 ≤30 |
＜1 ≤10 ≤5 |
6.5 6.5～9.0 6.5～9.0 |
無異常 無不快感 無不快感 |
運行前期未檢出 ≤3 ≤3 |
2.3容積負荷與污泥負荷
膜—生物反應器中膜的高效截留作用使微生物全部截留于生物反應池中,，不僅維持了較高的 污泥濃度和容積負荷,，而且可以增強反應池的抗沖擊負荷能力。在試驗過程中,，容積負荷和污泥負荷與傳統(tǒng)活性污泥工藝相比波動較大[容積負荷波動于0.50～1.85 kgCOD/(m3· d),，污泥負荷波動于0.33～2.02 kgCOD/(kgVSS·d)]，但這種波動沒有對COD和 LAS的去除效果產(chǎn)生影響,，充分顯示了膜—生物反應器的抗沖擊負荷能力,。此外，試驗 達到的最大容積負荷UV為1.85 kgCOD/(m3·d),，相當于活性污泥法的2～3倍,。
2.4膜通量和膜過濾壓差的變化
為減緩啟動階段的膜污染，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)運行一段時間，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,。運行125 d后，由于膜過濾壓差較高而重新將膜通量降低至11 L/(m2·h)左右,。
試驗運行前期膜過濾壓差增長迅速,，經(jīng)分析可能是由于污泥沉積在膜表面所致，因此分別在運行至第34,、60,、90和100 d時停止進、出水,，只維持曝氣,，企圖去除膜面污泥層，對膜的過濾性能進行恢復,。從膜過濾壓差的變化情況來看,，第34 d和60 d的恢復效果較好，但第90 d以后的恢復效果不太好,，尤其是第100 d,，幾乎無恢復效果。運行至21 6 d,，膜過濾壓差上升到了60kPa,，運行停止。
2.5膜污染分析
為了解造成膜污染的原因,，運行第208 d時剪下一段膜絲進行電鏡觀察(見圖4),。可以看出,， 膜外表面污泥沉積情況很不均勻(圖4a),。在膜絲內(nèi)部負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,，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，而其余菌種周圍都有厚厚的一層分泌物,。這些分泌物不僅對凝結菌膠團起到了重要作用(圖4b),，還附著于膜表面或進入膜的孔道成為膜表面凝膠層的重要組成物質(zhì)(圖4c)。另一方面凝膠層對膜外表面的污染相當普遍,，整體來看形成得相對均勻,，但從小范圍來看厚度差異較大，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重要原因(圖4 d),。在膜的內(nèi)表面均勻生長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。
3 結論
①一體式膜—生物反應器工藝用于處理并回用洗浴污水在技術上是可行的,。試驗表明,，無論進水水質(zhì)如何變化，均能得到優(yōu)質(zhì)而穩(wěn)定的膜過濾出水：COD<40mg/L,、NH3-N< 0.5 mg/L,、LAS<0.2 mg/L，且無色無味,、無SS,，符合建設部頒布的生活雜用水回用標準。
②在膜—生物反應器中活性污泥對COD和LAS的去除起主要作用,，而膜分離對維持穩(wěn)定的系統(tǒng)出水起到了重要作用,。
③膜—生物反應器的 試驗容積負荷UV為0.50～1.85 k gCOD/(m3·d)，污泥負 荷Ua為0.33～2.02 kgCOD/(kgVSS·d),，二者隨進水水質(zhì)波動較大,，但由于膜—生物 反應器抗沖擊負荷能力較強，這一波動沒有影響系統(tǒng)出水水質(zhì),。
④系統(tǒng)在沒有對膜進行任何化學清洗的條件下連續(xù)運行了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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