CMBR处理生活污水的试验研究

天津造纸CMBR处理生活污水的试验研究仇婷王颖2(1山东省淄博市环境保护宣教中心,山东,250302濉坊科技学院建筑工程学院,山东,262700)摘要传统MBR工艺多采用活性污泥法处理污水,但此工艺生物去除氮磷效果差,流程复杂,操作管理麻烦。为此本文采用复合膜生物反应器(CMBR)的方法处理小区生活污水,该实验表明MBR抗冲击负荷能力强,生物脱氮除磷效率高,减缓膜污染,适合污水的分散处理,在小区污水处理回用中具有广阔的应用前景。关键词:复合膜生物反应器污水处理试验研究传统MBR工艺中,生物反应器多采用活性污泥法,但此工艺生物去除氮磷效果差,一般需增设前置反硝化段来处理,工艺流程复杂,操作管理麻烦。为此,一种改良的MBR新工艺——复合膜生物反应器( Composite Membrane bio- Reactor,CMBR)在污水生物处理工艺中,越来越受到人们的重视叫,它具有抗冲击负荷能力强,生物脱氮除磷效率高,减缓膜污染,流程短,占地面积小等诸多优点2,适合污水的分散处理,在小区污水处理回用中具有广阔的应用前景但目前我国的应用实例较少,为推进CMBR的工程化中律应用,本试验在原有MBR的活性污泥池中投加弹性立体填料,形成复合膜生物反应器——生物接触氧化图1试验工艺流程图法和聚偏氟乙烯中空纤维超滤膜组件组合工艺对小12工艺流程区生活污水的处理进行研究。生物接触氧化法和膜生物反应器相结合的复合MBR处理工艺、设计水量0.5m/h,主要包括以下几1废水水质及工艺流程个部分(见图1):(1)进水系统:来水经集水井内格栅1.废水水质处理后进入调节池,由潜污泵提升至膜生物反应器试验原水取自青岛理工大学总排污口处的集水中。(2)反应系统:反应器有效容积3.5m3,前后两格井,污水主要为教职工办公楼及学生宿舍产生的生串联。膜组件置于第二格反应器中,采用天津膜天活污水。水质具体情况如表1所表1试验所用废水水质膜工程技术有限公司生产的浸入式中空纤维膜组件(帘式)FP-AI系列的膜片3片,膜孔径0.2μm,膜测定指标分析方法面积12.5m片;反应器中装有弹性立体填料56CODCr( mg/L) 149.5-540.3HB-1型多功能消解装置根,充填率为60%;采用穿孔曝气。(3)出水系统:通BOD5(mg/L)51.3-246.5仪器法过自吸离心泵抽吸出水,由时间继电器和中间继电395-804过硫酸钾氧化紫外分光光度法器控制出水时间间隔,出水10min,停止3min。NH4-5463.3纳式试剂光度法3279过硫酸钾消解氯化亚锡还原光度法2试验启动收稿日期:2013-8-1釆用接种培驯法,接种污泥取自青岛李村河污天津造纸水处理厂O段曝气池的回流污泥,含水率95%左约一个月以后,经生物镜检,填料表面已生成良好的右,MIS为2000mg,呈土黄色,镜检生物相良好,生物膜,试验进入运行阶段。能看到大量钟虫、轮虫等,比较活跃。投入污泥后向水中投加促进微生物生长的营养物质,依靠人工3试验结果分析培养,使微生物富集在填料上,逐步形成生物膜。大3.1对COD的去除效果分析一进水ner(mg/1)2号反应器上清液 DDer(ng/1膜出水cr(mg/1)00Cr总去除率%xx…。1357911行田2温第团3算源4417运行时间CD图2cOD浓度及去除效果图一进水氨氮(ng/1)2号反应器上清液氨氮ong/1)一膜出水氨氮(ng/1)一氨氮总去除率m入人、人日四1030100量叠1913172223374哲但运行时间图3NH4+N浓度及去除效果图天津造纸0.70.60.B三0.4燃为0.30.20.1取样次数图4出水浊度变化图一进水总氮(nm8/1)一上液总氢(ng/1)一国出水总都(mg/1-解一总去除事135791115171923322333337443447451运行时间(d图5TN浓度及去除效果图系统进水COD浓度变化较大,但出水COD②膜组件的截留作用。随着运行时间的延长,反直较为稳定,出水浓度小于383mg,膜出水COD应器内悬浮污泥在膜组件表面上不断积累、压缩,形浓度平均值183mg/L,平均去除率达94%。系统能成了滤饼层以及凝胶层,对水中可溶性分子有很好很好地去除有机物主要归功于两方面的截留和降解作用,即使上清液COD浓度出现波①反应器内的生物降解作用。由图2可知,系统动,出水COD也保持在一个比较稳定的状态。内的微生物悬浮态微生物和附着态微生物承担了去32对NH+N的去除除有机物的主要作用,平均去除率为84%。从图3可知,出水NH4+N浓度和上清液NH4一进水总磷(g1)一上清液总磷(mg/1)出水总磷(u/1)-总去除率709876就54215西10国01367911131617192122333373414345474951运行时间(d)图6TP浓度及去除效果图15101591317212529运行时间(d图7膜通量的变化N浓度相差不大,这是因为NH4N在水中是以水和满足《城市污水再生利用景观环境用水水质》(GBT氨离子的形式存在,可自由穿过膜的微孔,膜的拦截18921-2002)标准的要求。作用对氨氮的去除无贡献,而NH4+N的去除主要34对总氮的去除依靠生物反应器中微生物的硝化作用。系统对由图5可以看出:系统取得了较高的TN去除NH4-N有很好的去除效果,平均去除率达956%,效果,去除率可达63.1%以上,而膜对TN的去除作出水浓度小于55mg/,这主要是膜组件将硝化细用很小,总氮的去除主要依靠生物同化作用。CMBR菌拦截在曝气池内,较长的泥龄使世代时间较长的中填料上附着生长的生物膜,其表面和污水不断接硝化细菌的数量逐渐增加,硝化反应进行彻底触,从中获得足够的溶解氧,处于好氧状态,膜表面33对浊度的去除生长的硝化细菌,可将水中的NH4N转化为NO从图4可以看出,系统出水浊度平均值为0.54mg/,N,而生物膜内部则因为氧供应不足而形成缺氧或天佛纸厌氧区,创造了适合反硝化细菌生长的环境,反硝化剩余污泥量减少;世代时间较长的微生物,如硝细菌利用膜表面硝化细菌的产物NO、-N,将其还原化菌、氨化菌、反硝化菌优先固着在生物膜上为N2,从而达到脱氮提高了系统的脱氮能力;微生物构成了一个由3.5对总磷的去除细菌、真菌、藻类、原生动物、后生动物等多个营从图6中可以看出:系统对磷的去除可达55.4%养级组成的复合生态系统,提高了CMBR对水以上,最高可达64.3%。系统中填料内部存在厌氧环质水量的适应能力;随着生物膜厚度的增加,填境,聚磷菌的放磷和吸磷过程同时存在,控制好反应料内部存在厌氧环境,形成生物膜外层为好氧器内的条件在一定程度上达到强化除磷作用。系统层而内层为缺/厌氧层的微环境,一方面聚磷菌出水最小为1.3mg/,不能够满足《城市污水再生利的释磷和吸磷作用同时存在,另一方面缺氧层用景观环境用水水质》(GBT18921-2002)标准的的形成有利于加强生物反硝化能力,可在好氧要求。反应器内利用附着微生物同时进行硝化和反硝3.6膜通量的变化化过程,强化系统的脱氮除磷试验中膜两侧压差为0.02Mpa,膜通量随时间的衰减变化见图7。在0018Mpa的压差下,膜片的5结论清水通量为20.35L/m2·h。膜通量的变化可大致分(1)CMBR在处理生活污水过程中,对 CODNH+N为两个阶段:投人运行的前11天属于快速下降阶和浊度均有着较高地去除效果,出水COD小于38.3段,膜通量由20.35L/m2h降至13.211/m2h,下mg、NHN低于5.5mg/,浊度在0.6mg/以下,满降为初始通量的65%;自第11天开始逐渐进入缓足城市杂用水水质标准慢下降阶段。在过滤初期由于泵的抽吸作用,污染物(2)系统脱氮除磷效果好,TN和TP去除率可达在膜面迅速积累,膜孔被小分子物质堵塞而导致膜到63.1%、554%以上。过滤性能快速下降;运行后期随着膜表面污染物质(3)膜组件运行过程中,过滤初期膜通量快速下浓度的升高,由膜面向主流方向的扩散作用增强,两降,运行后期逐渐进入缓慢下降阶段;运行到51天,种作用力达到平衡,形成较为稳定的膜污染层,即进膜通量已下降为初始通量的392%。入膜过滤阻力缓慢增长期。运行到51天,膜通量下降为初始通量的39.2%。此时需要对膜组件采取参考文献措施恢复通量,采用自来水洗——NaCO碱洗1艾翠玲,贺廷齡,董良飞,周孝德.复合膜生物反HCl酸洗后,膜通量恢复至96%左右。应器处理生活污水的特性团长安大学学报(建4CMBR系统的特点分析筑与环境科学版),2004,21:56-57,62 Till Sw, Judd S and McLoughin B. Reduction of与活性污泥法—MBR工艺比较.CMBR具有faecal coliform bacteria in sewage effluents using a自身的独特优势,能更好地去除有机物、氮磷,更强microporous polymeric membranes []. Wat Rws的抗神击负荷能力,减少污泥膨胀和剩余污泥等H51998,32:1417-1422这与系统中复合微生物——悬浮态和附着态微生物B3] Ueda T. and horan n. J Fate of indigenous bacter有着密切关系。iophage in a membrane bioreactor U. Wat ResCMBR系统中,填料的介入为微生物提供了2000,342151-2159更加有利的生存环境。丝状菌优先生长在生物4]李军,夏定国,赵琦,聂梅生。淹没复合式膜生物膜上,可有效改善活性污泥中因丝状菌的大量反应器技术囚城市环境与城市生态,2001,14:繁殖而导致的污泥膨胀问题,同时还可以利用丝状菌较强的分解能力,提高复合生物反应器阿5白昊阳,邢国平,徐斌,田宝义,王晓华.复合的处理效果;在生物膜中生长着高次营养水平MBR处理洗浴废水并回用囚中国給水排水生物,特别是在生物膜底部厌氧层的厌氧菌能2004,20:90-92够降解耗氧过程合成的剩余污泥,从而使总的