摘要:采用生物膜 膜生物反應(yīng)器處理生活污水。結(jié)果表明 :在DO ,pH等因素控制得當(dāng)?shù)那闆r下 ,系統(tǒng)對(duì)COD ,NH3 -N和TN的平均去除率分別為 92 82 % ,93 0 4 %和 88 93% ,同時(shí)獲得了0 15 6 gSS/ gCOD的剩余污泥產(chǎn)率。試驗(yàn)期間還對(duì)膜通量的變化情況進(jìn)行了考察 ,在小試的基礎(chǔ)上提出了延緩膜污染的措施

關(guān)鍵詞:生物膜─膜生物反應(yīng)器,剩余污泥產(chǎn)率,膜污染,生活污水

膜生物反應(yīng)器是膜技術(shù)和生物技術(shù)有機(jī)結(jié)合產(chǎn)生的污水處理新工藝,膜的高效截留作用可使反應(yīng)器內(nèi)維持較高的污泥濃度,較低的污泥負(fù)荷,微生物的生長尚未達(dá)到“維持性物質(zhì)轉(zhuǎn)化水平,”理論上無需排放污泥〔1〕。筆者對(duì)一體式膜生物反應(yīng)器處理生活污水時(shí)污泥活性變化情況及系統(tǒng)對(duì)有機(jī)物與氨氮的去除效果進(jìn)行了初步研究,探討了該工藝處理生活污水時(shí)應(yīng)采取的排泥措施。

1 試驗(yàn)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?yàn)閷?duì)于活性污泥膜生物反應(yīng)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(fù)荷能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn), 但是也會(huì)因此而增加對(duì)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(duì)膜的堵塞程度。另外, 考慮將超濾膜與生物膜反應(yīng)池分開設(shè)置, 在超濾膜的下部附近設(shè)置曝氣裝置, 這樣一方面可通過曝氣延緩污泥對(duì)超濾膜的污染, 另一方面防止由于長時(shí)間運(yùn)行在超濾膜的膜絲間附著的污泥發(fā)生厭氧腐化現(xiàn)象而造成出水水質(zhì)惡化。將二者分開設(shè)置的優(yōu)點(diǎn)是有利于好氧生物膜反應(yīng)池中的曝氣充氧和對(duì)超濾膜的曝氣防污染分開控制, 以便于根據(jù)運(yùn)行況來確定各自合適的曝氣量。
試驗(yàn)裝置如圖1 所示, 試驗(yàn)用膜為中空纖維膜組件, 膜材質(zhì)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(yīng)器的有效積為1613 L, 生物載體填料的裝填密度為反應(yīng)池容積的30%。反應(yīng)器的液位由平衡水箱中的浮球閥進(jìn)行控制, 隨著出水流量的變化, 由浮球閥進(jìn)行自動(dòng)控制, 可同步保持出水流量與進(jìn)水流量平衡。試驗(yàn)中對(duì)生物膜反應(yīng)池和超濾膜組件分別采用微孔曝氣器和結(jié)晶砂曝氣頭進(jìn)行曝氣,曝氣量由空氣流量計(jì)進(jìn)行調(diào)節(jié), 出水動(dòng)力由凈水頭壓差H 提供, 污水在生物膜反應(yīng)池中的停留時(shí)間為6 h。試驗(yàn)期間, 水溫一直穩(wěn)定在20 e 左右。

2 試驗(yàn)用水
試驗(yàn)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(yàn)重點(diǎn)考察DO, pH 對(duì)工藝去除碳、氮性能的影響以及系統(tǒng)的污泥產(chǎn)率。

3 DO對(duì)系統(tǒng)去除碳、氮性能的影響。
3．1 對(duì)COD 去除的影響
在不同的試驗(yàn)期間將生化池中的pH 調(diào)節(jié)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(tǒng)對(duì)COD 的去除情況見圖2。

試驗(yàn)初始將DO 設(shè)置在5 mg/ L 左右時(shí),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(dòng), 出水中COD 還是維持在一個(gè)較低的數(shù)值, 平均去除率為93140%; 當(dāng)DO 降至1 mg/ L 時(shí),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(dāng)反應(yīng)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(dòng)。但是總體看來DO 對(duì)生物膜O超濾膜組合系統(tǒng)去除COD 的性能影響不大。
3．2 對(duì)氨氮去除的影響從圖3 可以看出, 當(dāng)DO 在3 mg/ L 以上時(shí), 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(dāng)DO 降至1 mg / L 時(shí), 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(xù)降至015 mg/ L 時(shí), 硝化過程由于DO的供應(yīng)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(duì)總氮去除的影響
從圖4 可以看出DO 對(duì)于總氮的去除影響很大。當(dāng)DO 為6 mg/ L 時(shí), TN 的平均去除率只有49131%。總氮包括氨氮、有機(jī)氮和硝態(tài)氮等形態(tài),在好氧生化池內(nèi)氨氮轉(zhuǎn)化為硝態(tài)氮只是氮的形態(tài)發(fā)生了改變, 就總氮數(shù)量而言并沒有減少。只有使硝態(tài)氮在厭氧環(huán)境下進(jìn)行反硝化并最終以氣態(tài)氮的形式從污水中逸出, 才能使系統(tǒng)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(nèi)部也很難形成缺氧區(qū), 因而使得微環(huán)境反硝化過程受到抑制, 總氮的去除并不理想; 當(dāng)DO 降至3mg/ L 時(shí), 總氮的去除率有所升高, 這是由于能夠形成缺氧區(qū)的污泥絮體增加, 反硝化能力得到加強(qiáng)所致, 平均去除率升至68135%; DO 為1 mg / L 時(shí), 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(xù)下降為015 mg / L 時(shí), 生化池中硝化過程受到抑制, 出水中含有大量的氨氮, 導(dǎo)致出水中TN 含量上升, 平均去除率為54136%。

4 pH對(duì)系統(tǒng)去除碳、氮性能的影響
當(dāng)生化池中DO 維持在1 mg/ L 左右時(shí), 系統(tǒng)對(duì)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(jìn)水的pH 來考察pH 對(duì)系統(tǒng)去除碳、氮性能的影響, 結(jié)果見表1。

從表1 看出, 當(dāng)進(jìn)水pH 為415 時(shí), COD 的相對(duì)去除率較低, 但出水值均在40 mg/ L 以下, 隨著進(jìn)水pH 的升高, COD 的去除率有所上升。從總體來看, 進(jìn)水pH 對(duì)COD 的去除效果影響不大。當(dāng)進(jìn)水pH 為415 左右時(shí), 由于混合液的稀釋作用以及微生物對(duì)小分子脂肪酸的生物降解作用, 實(shí)測反應(yīng)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(dá)到56132%, 對(duì)TN 的去除率為51130%; 隨著進(jìn)水pH 的升高, 反應(yīng)池中混合液的pH 也有所升高, 進(jìn)水pH 升高到515 時(shí), 反應(yīng)池中的pH 在711 左右, 系統(tǒng)的硝化能力和對(duì)總氮的去除能力都有較大程度的提高, 當(dāng)進(jìn)水pH 升至715時(shí), 反應(yīng)池中的pH 在7184 附近波動(dòng), 由于硝化反應(yīng)的最適pH 為810~ 814, 而反硝化最適pH 在615~715, 所以反應(yīng)池中的pH 恰好處于比較適合同時(shí)進(jìn)行硝化反硝化的pH 區(qū)間, 此時(shí)膜出水中氨氮可以維持在1 mg/ L左右, 平均去除率達(dá)到了93129%, 對(duì)總氮的去除率也達(dá)到了90127%。以上這些數(shù)據(jù)表明了pH 是影響系統(tǒng)脫氮的較為重要的因素之一。

5 生物膜O膜生物反應(yīng)器系統(tǒng)的剩余污泥產(chǎn)率
將進(jìn)水的pH 和生化池中的DO 分別維持在715 和1 mg/ L, 在此基礎(chǔ)上, 試驗(yàn)考察了生物膜O膜生物反應(yīng)器組合系統(tǒng)的剩余污泥產(chǎn)率, 結(jié)果見圖5。具體參見http://www.xhxdt.com更多相關(guān)技術(shù)文檔。

因?yàn)樯�物膜上的附著型污泥濃度較難測定, 故認(rèn)為系統(tǒng)在達(dá)到穩(wěn)態(tài)后, 每天從泥斗中排除的剩余污泥就是系統(tǒng)新增的污泥量。從圖5 可以看出, 在試驗(yàn)的一個(gè)多月期間, 剩余污泥產(chǎn)率基本上均在0112~ 0117 gSS/ gCOD 之間變化, 只是在第19 天時(shí)由于填料上脫落的衰亡生物膜數(shù)量較大而達(dá)到了01374 gSS/ gCOD。試驗(yàn)期間系統(tǒng)的平均剩余污泥產(chǎn)率為01156 g SS/ gCOD, 而在常規(guī)污水處理廠的正常運(yùn)行條件下系統(tǒng)的污泥產(chǎn)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(chǎn)率。

6 超濾膜通量的變化
在試驗(yàn)期間對(duì)超濾膜組件的通量變化進(jìn)行了考察, 將凈水頭壓差維持在014 m 不變, 結(jié)晶砂曝氣頭的曝氣量為0102 m3/ h, 觀察膜通量隨著運(yùn)行時(shí)間的延長而發(fā)生的衰減變化情況。由于前序的生物膜工藝使得進(jìn)入膜組件的混合液中懸浮型污泥濃度很低, 經(jīng)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(xiàn)由于纖維束間污泥累積造成缺氧條件而污染出水水質(zhì)的現(xiàn)象, 同時(shí)也延緩了膜組件的通量衰減。在試驗(yàn)的34 d 時(shí)間內(nèi), 超濾膜組件連續(xù)運(yùn)行, 沒有進(jìn)行水力反沖和化學(xué)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(yùn)行方式可以較大程度地緩解膜組件的污染狀況。

7 結(jié)論
( 1) 采用生物膜O膜生物反應(yīng)器復(fù)合系統(tǒng)處理生活污水, 發(fā)現(xiàn)DO 對(duì)COD 去除影響不大; 對(duì)TN 去除影響很大; 當(dāng)DO< 015 mg / L 時(shí), 影響氨氮的去除。
( 2) 進(jìn)水pH 在415~ 715 之間變化對(duì)COD 的去除率影響不大, 但是對(duì)NH3 - N 和TN 的去除效果影響較大。
( 3) 生物膜O膜生物反應(yīng)器組合系統(tǒng)大幅度地降低了系統(tǒng)的剩余污泥產(chǎn)率, 在試驗(yàn)的34 d 中獲得了01156 gSS/ COD 的平均剩余污泥產(chǎn)率, 與常規(guī)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(diǎn)再輔以對(duì)膜組件單獨(dú)曝氣的運(yùn)行方式可以大大延緩超濾膜的污染狀況。在試驗(yàn)的一個(gè)多月中, 沒有進(jìn)行化學(xué)清洗, 超濾膜的通量衰減僅為2412%。