高污泥負(fù)荷膜生物反應(yīng)器處理生活污水研究

胡明成

(成都大學(xué)城鄉(xiāng)建設(shè)學(xué)院，四川成都 610106)

高污泥負(fù)荷膜生物反應(yīng)器處理生活污水研究

胡明成

(成都大學(xué)城鄉(xiāng)建設(shè)學(xué)院，四川成都 610106)

對高污泥負(fù)荷條件下的膜分離生物反應(yīng)器進(jìn)行了研究.試驗結(jié)果表明，在污泥負(fù)荷低于0.6 kgCOD/kgMLVSS?d的情況下，膜污染出現(xiàn)前的穩(wěn)定運(yùn)行時段較長，比通量下降速率增加緩慢且出水水質(zhì)較好.

污泥負(fù)荷；膜污染；溶解性代謝產(chǎn)物；污泥齡；膜生物反應(yīng)器

0 引 言

傳統(tǒng)活性污泥法是一種采用重力沉降的方式進(jìn)行生物量分離的方法，因此在污泥負(fù)荷的確定時要充分考慮污泥沉降性能和污泥負(fù)荷之間的關(guān)系.而膜分離生物反應(yīng)器(MBR)是以截留的形式達(dá)到生物量分離的目的，因此在MBR系統(tǒng)的設(shè)計過程中套用傳統(tǒng)活性污泥法設(shè)計理論是不合適的[1-4].在保證出水水質(zhì)要求的基礎(chǔ)上，盡最大可能降低工程的總投資以及運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用才是MBR系統(tǒng)設(shè)計的最佳方法.在眾多有關(guān)MBR系統(tǒng)的設(shè)計參數(shù)中，污泥負(fù)荷是十分重要的參數(shù).為了減少剩余污泥產(chǎn)量，MBR系統(tǒng)的污泥負(fù)荷一般控制在0.12 kgCOD/kgMLVSS?d以下[5].對于中等以上規(guī)模的MBR處理系統(tǒng)而言，污泥負(fù)荷較低就意味著要采用較大容積的反應(yīng)器.因此，在MBR系統(tǒng)的設(shè)計過程中對污泥負(fù)荷的取值必須慎重.目前，對高污泥負(fù)荷MBR系統(tǒng)的研究尚不多見[5-7].在本研究的相關(guān)試驗中，對在高污泥負(fù)荷(≥0.12 kgCOD/kgMLVSS?d)條件下運(yùn)行的MBR系統(tǒng)進(jìn)行了分析，試驗結(jié)果可為中等以上規(guī)模的MBR系統(tǒng)的設(shè)計提供參考依據(jù).

1 試驗裝置與運(yùn)行控制

本試驗裝置如圖1所示，其總的有效容積為2.5 m3，裝置內(nèi)部采用空間分隔，使理論水力停留時間更接近于實際水力停留時間.在試驗過程中，對污泥負(fù)荷的提高是通過增加進(jìn)水流量來實現(xiàn)的，同時組件的實際過濾面積也要進(jìn)行相應(yīng)的增加，以保證在不同污泥負(fù)荷條件下膜通量基本保持在20 L?m-2?h-1左右.試驗中，回流量保持在300%，反應(yīng)區(qū)污泥濃度保持在5±0.5 g/L的范圍內(nèi)，分離區(qū)污泥濃度保持在7.5±0.5 g/L范圍內(nèi).

圖1 試驗裝置簡圖

另外，分離區(qū)底部采用特殊配置給混合液濃縮留下空間，其目的是在降低分離區(qū)污泥濃度的情況下盡量減少污泥回流量，剩余污泥通過設(shè)在分離區(qū)底部的排泥管道排出.反應(yīng)區(qū)采用微孔曝氣，溶解氧濃度控制在2 mg/L左右.分離區(qū)采用大氣泡壓縮空氣對膜纖維進(jìn)行吹掃，每隔5 min開啟一次，每次吹掃時間為30 s.每次試驗開始前，反應(yīng)器應(yīng)在相應(yīng)的負(fù)荷條件下運(yùn)行一周以上，而后用次氯酸鈉溶液對膜纖維進(jìn)行一次化學(xué)清洗，所采用的次氯酸鈉溶液濃度為1 000 mg/L.

2 原水水質(zhì)

反應(yīng)器進(jìn)水水質(zhì)的各項指標(biāo)如表1所示.

表1 反應(yīng)器進(jìn)水水質(zhì)

反應(yīng)器的運(yùn)行控制與出水水質(zhì)各項指標(biāo)如表2所示.

表2 反應(yīng)器的運(yùn)行控制與出水水質(zhì)

污泥負(fù)荷與比通量變化情況如圖2所示.

圖2 污泥負(fù)荷與比通量變化情況

3 結(jié)果與討論

3.1 反應(yīng)器的整體運(yùn)行

不同污泥負(fù)荷條件下的反應(yīng)器出水COD和氨氮2項主要指標(biāo)的平均值如表2所示.

從表2中可以看出，污泥負(fù)荷在0.1～0.6 kg-COD/kgMLVSS?d時，出水中含氨氮和COD 2項指標(biāo)都比較理想，而當(dāng)污泥負(fù)荷大于0.6 kgCOD/kgMLVSS?d時，出水質(zhì)量指標(biāo)明顯降低.這表明MBR系統(tǒng)在適當(dāng)高的污泥負(fù)荷狀態(tài)下運(yùn)行是可行的，而通過適當(dāng)提高污泥負(fù)荷可以減小反應(yīng)器的有效容積，從而降低工程造價.

值得說明的是，過高的污泥負(fù)荷就意味著較大的進(jìn)水水量.因此，在高負(fù)荷運(yùn)行的情況下必須對反應(yīng)器的實際水力停留時間給予特別的關(guān)注，避免污染物得不到徹底降解而使出水水質(zhì)降低的情況發(fā)生.一般而言，為保證總氮的去除率，混合液的回流量通常控制在200%～300%之間，為降低分離區(qū)的污泥濃度以及維持膜表面的錯流狀態(tài)，回流量要控制在400%-700%之間[6-7].在上述2個方面情況的共同約束下，設(shè)計人員一般都傾向滿足后者而采用較高的回流量.通過圖4可以看出，回流量大就意味著反應(yīng)器的有效容積的增大.可見在采用前置反硝化配置的MBR系統(tǒng)中，設(shè)法降低混合液回流量也是設(shè)計人員應(yīng)特別關(guān)注一個問題.本研究在試驗裝置的分離區(qū)的設(shè)計過程中，底部留下了一定的空間，擬將分離區(qū)混合液濃縮并回流到反應(yīng)區(qū)以降低膜材料表面的污泥濃度.試驗結(jié)果表明，在混合液回流量控制在300%的情況下膜材料能夠穩(wěn)定運(yùn)行.雖然我們不能因此斷言該方法在工程實踐上具有可行性，但是這種降低混合液的回流量的方法在總體方向是正確的.

圖4 前置反硝化MBR系統(tǒng)的設(shè)計流量與混合液回流量

3.2 比通量下降與污泥負(fù)荷

通常，隨著反應(yīng)器運(yùn)行時間的延長透膜阻力會有所提高，這種阻力的變化會表現(xiàn)在真空表的數(shù)值和出水通量的變化上.因此，在整個試驗過程中可以膜通量與透膜阻力的比值(以下稱之為比通量)作為衡量膜污染的變化趨勢指標(biāo).圖2所示為不同污泥負(fù)荷條件下的比通量變化，從中可以發(fā)現(xiàn)在污泥負(fù)荷在0.1 kgCOD/kgMLVSS?d的情況下，經(jīng)過10d的穩(wěn)定運(yùn)行以后比通量值開始下降.隨著污泥負(fù)荷的升高和穩(wěn)定運(yùn)行的時段逐漸縮短，當(dāng)污泥負(fù)荷大于0.6 kgCOD/kgMLVSS?d時，系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的時間不到3 d.此外，不同污泥負(fù)荷情況下比通量下降的幅度也有所不同.圖3所示為比通量下降速率隨污泥負(fù)荷的變化.從中可見，在污泥負(fù)荷低于0.6 kg-COD/kgMLVSS?d時，比通量下降速率升高緩慢，而當(dāng)污泥負(fù)荷大于0.6 kgCOD/kgMLVSS?d時，比通量下降速率急劇升高.由此可見，將反應(yīng)器控制在低于0.6 kgCOD/kgMLVSS?d高污泥負(fù)荷條件下運(yùn)行是可行的.

4 總 結(jié)

圖3 比通量下降速率與污泥負(fù)荷

對高污泥負(fù)荷MBR系統(tǒng)處理生活污水的試驗結(jié)果表明:在MBR系統(tǒng)的設(shè)計過程中，將污泥負(fù)荷的取值擴(kuò)展到適當(dāng)?shù)母哓?fù)荷區(qū)間范圍內(nèi)是可行的，可以達(dá)到減小反應(yīng)器的有效容積、降低工程造價目的.

需要說明的是，污泥負(fù)荷的提高就意味著單位反應(yīng)器容積上的進(jìn)水量增加.在此情況下，水力停留時間(HRT)就有可能是出水水質(zhì)的限制性因素，因為回流量的增加會使MBR系統(tǒng)的水力停留時間縮短.因此，在保證膜分離工況的前提下應(yīng)采取相應(yīng)的措施來降低混合液的回流量.

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Study on Domestic Wastewater Treatment by Membrane Bioreactor of High Sludge Load

HU Mingcheng

(School of Urban and Rural Construction，Chengdu University，Chengdu 610106，China)

The results of small scale study on membrane bioreactor operating under high sludge load show that，under sludge load below 0.6 kgCOD/kgMLVSS?d，the bioreactor has longer stable operation period before the emergence of membrane fouling，and the decrease rate of specific flux increases slowly and the stable effluent quality is satisfactory.

sludge load ；membrane fouling ；soluble microbial products；sludge age ；membrane bioreactor

X131.2

A

1004-5422(2013)01-0105-04

2012-12-25.

胡明成(1963—)，男，博士，副教授，從事工業(yè)廢水處理技術(shù)研究.