摘要:采用生物膜 膜生物反應器處理生活污水。結果表明 :在DO ,pH等因素控制得當的情況下 ,系統對COD ,NH3 -N和TN的平均去除率分別為 92 82 % ,93 0 4 %和 88 93% ,同時獲得了0 15 6 gSS/ gCOD的剩余污泥產率。試驗期間還對膜通量的變化情況進行了考察 ,在小試的基礎上提出了延緩膜污染的措施

關鍵詞:生物膜─膜生物反應器,剩余污泥產率,膜污染,生活污水

膜生物反應器是膜技術和生物技術有機結合產生的污水處理新工藝,膜的高效截留作用可使反應器內維持較高的污泥濃度,較低的污泥負荷,微生物的生長尚未達到“維持性物質轉化水平,”理論上無需排放污泥〔1〕。筆者對一體式膜生物反應器處理生活污水時污泥活性變化情況及系統對有機物與氨氮的去除效果進行了初步研究,探討了該工藝處理生活污水時應采取的排泥措施。

1 試驗裝置
考慮采用生物膜O超濾膜組合工藝來處理生活污水。因為對于活性污泥膜生物反應器工藝而言,雖然高濃度的懸浮污泥具有處理效率高、抗沖擊負荷能力強等優點, 但是也會因此而增加對膜的污染,以及增加膜的堵塞幾率和清洗頻率等, 采用生物膜工藝有利于污泥的附著生長, 使得懸浮污泥的濃度較低, 從而可以降低對膜的堵塞程度。另外, 考慮將超濾膜與生物膜反應池分開設置, 在超濾膜的下部附近設置曝氣裝置, 這樣一方面可通過曝氣延緩污泥對超濾膜的污染, 另一方面防止由于長時間運行在超濾膜的膜絲間附著的污泥發生厭氧腐化現象而造成出水水質惡化。將二者分開設置的優點是有利于好氧生物膜反應池中的曝氣充氧和對超濾膜的曝氣防污染分開控制, 以便于根據運行況來確定各自合適的曝氣量。
試驗裝置如圖1 所示, 試驗用膜為中空纖維膜組件, 膜材質為聚丙烯, 膜孔徑為011 Lm, 膜組件長度為013 m, 膜的表面積為112 m2。貯水箱與平衡水箱都是用鋼板制成, 體積分別為300 L 和50 L, 生物膜反應器的有效積為1613 L, 生物載體填料的裝填密度為反應池容積的30%。反應器的液位由平衡水箱中的浮球閥進行控制, 隨著出水流量的變化, 由浮球閥進行自動控制, 可同步保持出水流量與進水流量平衡。試驗中對生物膜反應池和超濾膜組件分別采用微孔曝氣器和結晶砂曝氣頭進行曝氣,曝氣量由空氣流量計進行調節, 出水動力由凈水頭壓差H 提供, 污水在生物膜反應池中的停留時間為6 h。試驗期間, 水溫一直穩定在20 e 左右。

2 試驗用水
試驗用水采用人工配置, 原料為直鏈淀粉、蔗糖、蛋白胨、NH4Cl、K2HPO4 和KH2PO4, 用量按CBNBP U130B10B1 投加。試驗重點考察DO, pH 對工藝去除碳、氮性能的影響以及系統的污泥產率。

3 DO對系統去除碳、氮性能的影響。
3．1 對COD 去除的影響
在不同的試驗期間將生化池中的pH 調節在715 左右, 而將DO 分別控制在5 mg/ L, 3 mg/ L, 1mg/ L 和015 mg/ L 左右, 系統對COD 的去除情況見圖2。

試驗初始將DO 設置在5 mg/ L 左右時,COD 的平均去除率為95119% , 膜出水中COD 基本上維持在20 mg/ L 以下; 第二階段DO 在3 mg / L左右波動, 出水中COD 還是維持在一個較低的數值, 平均去除率為93140%; 當DO 降至1 mg/ L 時,出水中COD 與上一階段基本沒有變化, COD 平均去除率為92182% ; 最后, 當反應池中DO 降至015mg/ L 左右, 膜出水中COD 略有上升, 大體在40mg/ L 上下波動。但是總體看來DO 對生物膜O超濾膜組合系統去除COD 的性能影響不大。
3．2 對氨氮去除的影響從圖3 可以看出, 當DO 在3 mg/ L 以上時, 氨氮的去除基本上不受DO 的影響, 氨氮的去除率在92%~ 97% 之間; 當DO 降至1 mg / L 時, 膜出水中氨氮略有升高, 一般在2 mg/ L 左右, 氨氮的平均去除率為93104%; DO 繼續降至015 mg/ L 時, 硝化過程由于DO的供應不足而受到限制, 從而使氨氮的去除受到較大的影響, 出水中氨氮大幅度升高, 平均去除率只有56132%。

3．3 對總氮去除的影響
從圖4 可以看出DO 對于總氮的去除影響很大。當DO 為6 mg/ L 時, TN 的平均去除率只有49131%。總氮包括氨氮、有機氮和硝態氮等形態,在好氧生化池內氨氮轉化為硝態氮只是氮的形態發生了改變, 就總氮數量而言并沒有減少。只有使硝態氮在厭氧環境下進行反硝化并最終以氣態氮的形式從污水中逸出, 才能使系統的總氮含量降低。而在高的DO 情況下, 即使在高濃度的附著型污泥絮體內部也很難形成缺氧區, 因而使得微環境反硝化過程受到抑制, 總氮的去除并不理想; 當DO 降至3mg/ L 時, 總氮的去除率有所升高, 這是由于能夠形成缺氧區的污泥絮體增加, 反硝化能力得到加強所致, 平均去除率升至68135%; DO 為1 mg / L 時, TN的去除率增至88193% , 出水中TN 含量基本上在315 mg/ L 左右; DO 繼續下降為015 mg / L 時, 生化池中硝化過程受到抑制, 出水中含有大量的氨氮, 導致出水中TN 含量上升, 平均去除率為54136%。

4 pH對系統去除碳、氮性能的影響
當生化池中DO 維持在1 mg/ L 左右時, 系統對COD, NH3 - N 和TN 的去除率均很高, 分別為92182%, 93104%和88193%。固定生化池中的DO在1 mg/ L 左右, 改變進水的pH 來考察pH 對系統去除碳、氮性能的影響, 結果見表1。

從表1 看出, 當進水pH 為415 時, COD 的相對去除率較低, 但出水值均在40 mg/ L 以下, 隨著進水pH 的升高, COD 的去除率有所上升。從總體來看, 進水pH 對COD 的去除效果影響不大。當進水pH 為415 左右時, 由于混合液的稀釋作用以及微生物對小分子脂肪酸的生物降解作用, 實測反應池中的pH 一般均在613 左右, 在此條件下, 硝化效果不是很好, 只達到56132%, 對TN 的去除率為51130%; 隨著進水pH 的升高, 反應池中混合液的pH 也有所升高, 進水pH 升高到515 時, 反應池中的pH 在711 左右, 系統的硝化能力和對總氮的去除能力都有較大程度的提高, 當進水pH 升至715時, 反應池中的pH 在7184 附近波動, 由于硝化反應的最適pH 為810~ 814, 而反硝化最適pH 在615~715, 所以反應池中的pH 恰好處于比較適合同時進行硝化反硝化的pH 區間, 此時膜出水中氨氮可以維持在1 mg/ L左右, 平均去除率達到了93129%, 對總氮的去除率也達到了90127%。以上這些數據表明了pH 是影響系統脫氮的較為重要的因素之一。

5 生物膜O膜生物反應器系統的剩余污泥產率
將進水的pH 和生化池中的DO 分別維持在715 和1 mg/ L, 在此基礎上, 試驗考察了生物膜O膜生物反應器組合系統的剩余污泥產率, 結果見圖5。具體參見http://www.jianfeilema.cn更多相關技術文檔。

因為生物膜上的附著型污泥濃度較難測定, 故認為系統在達到穩態后, 每天從泥斗中排除的剩余污泥就是系統新增的污泥量。從圖5 可以看出, 在試驗的一個多月期間, 剩余污泥產率基本上均在0112~ 0117 gSS/ gCOD 之間變化, 只是在第19 天時由于填料上脫落的衰亡生物膜數量較大而達到了01374 gSS/ gCOD。試驗期間系統的平均剩余污泥產率為01156 g SS/ gCOD, 而在常規污水處理廠的正常運行條件下系統的污泥產率為0140 gSS/gCOD，由此可以看出該工藝較大幅度地降低了剩余污泥的產率。

6 超濾膜通量的變化
在試驗期間對超濾膜組件的通量變化進行了考察, 將凈水頭壓差維持在014 m 不變, 結晶砂曝氣頭的曝氣量為0102 m3/ h, 觀察膜通量隨著運行時間的延長而發生的衰減變化情況。由于前序的生物膜工藝使得進入膜組件的混合液中懸浮型污泥濃度很低, 經測定基本上在400 mg / L 左右, 再加上曝氣作用使得污泥較難在膜組件上有較大程度的堆積, 因而沒有出現由于纖維束間污泥累積造成缺氧條件而污染出水水質的現象, 同時也延緩了膜組件的通量衰減。在試驗的34 d 時間內, 超濾膜組件連續運行, 沒有進行水力反沖和化學清洗, 但是膜通量的下降情況并不太明顯, 由3151 L/ ( m2#h) 降至2166L/ ( m2#h) , 通量僅僅下降了2412%( 見圖6) 。由此可以看出采用降低懸浮型污泥濃度并輔以曝氣的運行方式可以較大程度地緩解膜組件的污染狀況。

7 結論
( 1) 采用生物膜O膜生物反應器復合系統處理生活污水, 發現DO 對COD 去除影響不大; 對TN 去除影響很大; 當DO< 015 mg / L 時, 影響氨氮的去除。
( 2) 進水pH 在415~ 715 之間變化對COD 的去除率影響不大, 但是對NH3 - N 和TN 的去除效果影響較大。
( 3) 生物膜O膜生物反應器組合系統大幅度地降低了系統的剩余污泥產率, 在試驗的34 d 中獲得了01156 gSS/ COD 的平均剩余污泥產率, 與常規工藝相比降低了約60%。
( 4) 利用生物膜工藝中懸浮型污泥濃度較低的特點再輔以對膜組件單獨曝氣的運行方式可以大大延緩超濾膜的污染狀況。在試驗的一個多月中, 沒有進行化學清洗, 超濾膜的通量衰減僅為2412%。