膜生物反應(yīng)器是由膜分離與生物處理組合而成的一種新型、高效的污水處理技術(shù)[1 ] 。幾乎能將所有的微生物截留在生物反應(yīng)器內(nèi),使反應(yīng)器內(nèi)的生物濃度提高,理論上污泥泥齡可無限長,出水有機(jī)物含量降到最低,有效地去除氨氮。

　　膜生物反應(yīng)器是一種正在發(fā)展的水處理再生技術(shù)。本實(shí)驗(yàn)?zāi)ど锓磻?yīng)器(MBR) 集合了傳統(tǒng)活性污泥法中的生物處理技術(shù)與膜分離技術(shù)結(jié)合而成的新型的污水處理工藝。它采用膜分離取代傳統(tǒng)的重力沉降過程,實(shí)現(xiàn)了高效的固液分離效果,不論固體顆粒的沉降性能如何,均可完成固液分離過程,并且可以避免因生物體流失而造成的系統(tǒng)失效[2 ] 。膜生物反應(yīng)器能夠完全截留微生物,可以避免由于硝化菌數(shù)量的減少影響硝化作用, 進(jìn)而降低系統(tǒng)的脫氮效率[3 ,4 ] 。該工藝具有出水水質(zhì)好,容積負(fù)荷高,占地面積小,剩余污泥產(chǎn)量低,操作管理方便等優(yōu)點(diǎn)。因此本文以生活污水為研究對象,對MBR 處理生活污水進(jìn)行可行性研究。

　　1 　材料與方法

　　1. 1 　實(shí)驗(yàn)裝置

　　本實(shí)驗(yàn)采用2 套平行的膜生物反應(yīng)器, 實(shí)驗(yàn)裝置由高位水箱、進(jìn)水管路、平衡水箱、生物反應(yīng)器、膜組件、出水管路、曝氣系統(tǒng)、測壓管管路組成。曝氣池中的曝氣量為0. 2 m3/ h。膜組件為聚偏氟乙烯中空纖維簾式膜(PVDF) ,膜孔徑0. 2μm ,纖維內(nèi)徑0. 5μm ,外徑0. 8μm ,膜面積1 m2 。生物反應(yīng)器內(nèi)由砂濾曝氣頭提供微生物所需的溶解氧和產(chǎn)生沖刷膜面的錯(cuò)流流體,由氣體轉(zhuǎn)子流量計(jì)來控制曝氣量。

　　1. 2 　分析項(xiàng)目與方法

　　本實(shí)驗(yàn)分析項(xiàng)目:氨氮(NH3 N) 采用鈉試劑光度法,化學(xué)需氧量(COD) 采用重鉻酸鉀法。測定方法均采用國家環(huán)保局水和廢水監(jiān)測分析標(biāo)準(zhǔn)方法。

　　1. 3 　實(shí)驗(yàn)廢水及運(yùn)行參數(shù)

　　本實(shí)驗(yàn)為配水實(shí)驗(yàn),模擬生活污水,配方按照微生物所需的營養(yǎng)比例BOD5∶N∶P = 100∶5∶1 ,投加少量的氯化鈣、硫酸鎂、硫酸鉀。進(jìn)水水質(zhì)pH 6. 5～7 ,水溫為常溫,COD 260～620 mg/ L ,氨氮1. 259～7. 516 mg/ L。

　　1. 4 　運(yùn)行方式及運(yùn)行參數(shù)

　　實(shí)驗(yàn)采用間歇式運(yùn)行方式,連續(xù)出水間歇曝氣。時(shí)間繼電器控制2 臺(tái)泵間歇曝氣。實(shí)驗(yàn)在曝氣量為0. 2 m3/ h 時(shí),氣水比為40∶1 ,一號(hào)反應(yīng)器曝氣30 min 停5 min ,二號(hào)反應(yīng)器曝氣30 min 停10 min。通過對比找出最優(yōu)間歇時(shí)間,對有機(jī)物和氨氮去除效果最佳,而膜污染速率不會(huì)加快。實(shí)驗(yàn)所用污泥取自北部污水處理廠二沉池回流污泥,在接種污泥培養(yǎng)馴化一段時(shí)間后投加到生物反應(yīng)器中。整個(gè)實(shí)驗(yàn)過程中不特意排泥,只是在監(jiān)測分析及膜清洗時(shí)損失一部分。實(shí)驗(yàn)裝置如圖1 所示,連續(xù)運(yùn)行40 d。

　　2 　結(jié)果與討論

　　2. 1 　有機(jī)污染物的去除

　　運(yùn)行穩(wěn)定后的MBR 對生活污水的處理效果見圖2、圖3。由圖2 可知,在MBR 運(yùn)行穩(wěn)定后, 在不同間歇時(shí)間條件下膜生物反應(yīng)器對有機(jī)物具有良好的去除率, 在各種反應(yīng)條件下不論原水COD 值如何變化, 總的有機(jī)物去除率在91. 48 %～98. 25 %之間,由圖3 可知,出水COD 值不大于30

圖1 　CODcr去除率隨時(shí)間的變化

　　說明MBR 對有機(jī)污染物具有良好的去除率,運(yùn)行方式的不同對有機(jī)物的去除并沒有太大的影響,這主要是通過膜的截流作用,將大分子有機(jī)物完全阻隔在生物池內(nèi),由于膜的截流作用,提高了有機(jī)物的去除率。顧平對抽吸一體式MBR能耗分析表明:曝氣的能耗占總能耗96 %以上[5 ] 。試驗(yàn)所采用的間歇曝氣方式對膜生物反應(yīng)器高耗能的問題有一定的幫助作用。

圖2 　CODcr質(zhì)量濃度隨時(shí)間的變化

圖3 　NH3 N去除率隨時(shí)間的變化

　　2. 2 　氮的去除

實(shí)驗(yàn)過程中連續(xù)監(jiān)測原水、反應(yīng)器上清液、膜出水的NH3 N 值,結(jié)果見圖4、圖5。由圖4、圖5 可知MBR 具有較好的硝化能力。從圖4 可以看出在生物反應(yīng)階段, 1 號(hào)反應(yīng)器氨氮的去除率在86. 27 %～93. 42 % , 平均去除率為90. 11 %;2 號(hào)反應(yīng)器氨氮去除率在80. 2 %～95. 7 % , 平均去除率為88. 37 %; 總的NH3 N 去除率1 號(hào)反應(yīng)器88. 49 %～95. 82 % , 平均去除率為92. 24 % , 2 號(hào)反應(yīng)器在83. 8 %～94. 8 % ,平均去除率為89. 33 %。由圖5 可知1 號(hào)反應(yīng)器出水NH3 N 最大為0. 741 mg/ L ,最小為0. 211 mg/ L ;2 號(hào)反應(yīng)器出NH3 N 最大為1. 11 mg/ L ,最小為0. 26 mg/ L。