中空膜生物床处理生活污水的中试

中空膜生物床处理生活污水的中试研究顾平摘要：采用国产中空纤维膜研究了膜生物反应器（MBR）处理生活污水。试验结果表明：MBR工艺出水悬浮物为零，细菌总数优于饮用水标准，COD和氨氮去除率高于95%，出水可以直接回用。对MBR工艺进行的经济分析表明：与传统的三级处理相比，MBR工艺的基建费用低，但运行费用较高(目前MBR工艺的电耗为1.0kW·h/m3)。关键词：生活污水中空膜生物床出水水质经济分析中图分类号：X703.1文献标识码：A文章编号：1000-4602(2000)03-0005-04Pilot-ScaleStudyonTreatmentofDomesticWastewaterwithMembraneBioreactor(MBR)ProcessGUPing,JIANGLiqun,YANGZaoyan(SchoolofConstructionEng.,TianjinUniv.,Tianjin300072,China)Abstract：Astudyontreatmentofdomesticwastewaterwithmembranebioreactor(MBR)processwascarriedoutusingdomestichollowfibermembrane.TheresultsshowedthatsuspendedsolidsinMBReffluentwaszero;thetotalcountofbacteriawaslowerthantherequirementofdrinkingwaterstandard;theremovalsofCODandammoniawerehigherthan95%.Theeffluentcouldbereuseddirectly.EconomicanalysisonMBRprocessindicatedthattheconstructioncostofMBRprocesswaslowerthanthatoftraditionaltertiaryprocess,buttheoperationcostwashigherduetothecostofmembraneandthepowerconsumptionofMBR(1.0kW·h/m3).Keywords:domesticwastewater;MBR;effluentquality;economicanalysis膜生物反应器是将膜分离技术和生物处理技术直接相结合，几乎能将所有的微生物截留在生物反应器中，这使反应器中的生物污泥浓度极高，理论上污泥泥龄可以无限长，使出水的有机污染物含量降到最低，极有效地去除氨氮，对难降解的工业废水也非常有效。膜过滤作用使出水清澈透明，无悬浮物，可直接回用。尤其是将中空纤维膜直接淹没在生物反应器水下而构成的淹没式中空膜生物床，能耗较低、体积较小、构造简单、运行方便。一体化的中空膜生物床可取代混凝、沉淀、过滤、吸附、消毒等多项处理工艺，同样获得高质量出水水质，因此它的研究更受重视。膜生物反应器的开发除了涉及生物处理理论和膜过滤理论问题外，真正能开发成产品的关键是如何克服膜的污染和堵塞，使膜能长时间维持较大的通量，即在保持正常通量的情况下，尽量能延长膜的寿命；同时要降低曝气量，以减少工艺的电力消耗［1］。本研究拟检验国产膜的可应用性，同时省去传统的出水抽吸泵［2］，采用位差驱动出水，省去复杂的气或水反冲洗设备，低水头间断工作，尽量降低曝气量和动力消耗，以使开发的设备尽快投入实际应用。1试验方法和材料1.1中试设备设备如图1所示。反应器为聚氯乙烯塑料制造，矩形截面柱体(截面积为0.3m2)，有效水深H=3.6～3.9m，有效容积V=1.08～1.17m3(浮球阀液位控制器控制反应器的最高和最低水位，高低水位差为0.3m)，反应器内置6只中空纤维膜膜组件。膜出水靠水位差驱动，集水管统一收集出水，出水流量由流量计调节控制。1.2中空纤维膜组件和装置的运行试验中采用的中空纤维膜组件及其特性如表1所示。冷表桶1蓄试验中采锋用的中空纤维责膜组件渣膜材质樱膜孔直径慧（废μ轨m)元组件表面积晓（险m旅2符）饿制造商技聚偏氟乙烯肯（亚PVD们F拜）勺0.22猪2.0关天津纺织工学酷院中空膜生物床处理生活污水试验在1998年6月至1998年11月期间共采集数据约150d。设计出水流量200L/h，采用间歇运行方式，运行期间无反洗，无人工及化学药剂清洗。原水采用人工配制模拟生活污水(见表2)。讨表组2汪压人工配水的组展成耻mg/L休成分非C讯C敲O葡（烛NH务3迈）骤KH2PO鹰4呜CaCl钉2说MgCl

留2珠CuSO支4

姓浓度灭300庸22.5症7.32汪0.8爸1.0

张0.002试验装置运行的其他条件：①曝气紊流：运行出水期间曝气气水比35∶1。②低压出水：出水流量采用阀门、流量计控制恒定，人为降低了出水水头。③间歇运行：7min出水，3min停止出水空曝。1.3水质分析方法COD分析采用重铬酸钾法，氨氮分析采用纳氏试剂比色法，溶解氧分析采用JPB-607便携式溶解氧分析仪，pH值分析采用PHS-2C精密级酸度计，浊度分析采用GDS-3B光电浊度计，细菌分析采用平板计数法。2试验结果与讨论2.1中空纤维膜的透水特性为了解国产膜的透水特性，用清水研究了出水水位差与膜出水量间的关系。在清水试验中，出水水位差与膜通量间呈直线关系，直线的斜率称为膜的比通量，即单位水位差、单位面积、单位时间的出水量。国产膜与国外膜的比通量比较见表3。从表中可见，该膜比通量较大，但机械强度较低，易于折断。贸表翠3归妖不同来源膜组农件的清水试验常膜来源巾国产聚偏氟乙价烯膜奶加拿大膜急日本膜呼膜比通而量懒[L绒/摇（凭h.m俗2怖.证m垒）属]蝴27.28颈15.36句12.79

2.2COD的降解和反应器中的MLSS变化运行期间进水COD的平均值为366.4mg/L，最大值为780.9mg/L，最小值为228.0mg/L。出水COD的平均值为13.1mg/L，最大值为25.2mg/L，最小值为4.4mg/L，COD的平均去除率为96.0%；冲击负荷对出水COD去除没有影响，这说明系统的稳定性和可靠性。试验结果如图2所示。从运行结果看，国产膜分离性能良好，运行过程中无剩余污泥排放，MLSS变化如图3所示。2.3出水细菌总数平板记数法检测出水细菌总数共三次(前期、中期、后期)，细菌总数均＜10个/mL，见表4.试验结果表明，采用膜生物反应器后，出水不需消毒，可直接回用。孩表认4助广不同运行时间伍的细菌分析结季果

公运行时间联（艇d暑）增2量51盐106港出水细菌总数泪（话个溉/mL)擦8师0

望32.4出水浊度出水浊度的分布如表5所示。95%的出水浊度＜1.0NTU。试验中浊度＞1.0NTU的情况都与装置调整有关：重新启动真空系统或调整浮球阀等。网表麻5燥雁出水浊度分布陈浊度范围归（罩NT辅U膊）困0熊0-1束1-2避＞祝2酸频率黄（具%捉）樱69络26您2元3

2.5膜通量变化与COD冲击负荷在正常运转的情况下，采用出水控制阀控制出水流量衡定，此时出水流量为200L/h,折合膜通量16.7L/(m2·h)。在出水控制阀全开的情况下，出水流量可以达到350L/h，折合膜通量29.2L/(m2·h)。考虑到工作水头，国产膜的性质与加拿大Zenon膜类似，而劣于日本Kubota板式膜［3］。研究COD冲击负荷时，短时间全开阀门，以观察最大流量的变化，从而了解膜阻力的变化，如图4所示。在正常负荷条件下，最大出水量非常缓慢地下降。从装置开始运行到第83d，每天平均降低幅度约为0.6L/d；而当冲击负荷出现后，最大出水量呈现下降趋势，大约2d之后，出现大幅度下降，每天平均降低幅度高达7L/d；当进水负荷正常之后，最大出水量逐步回升。图5中给出冲击负荷出现之后反应器内MLSS的变化情况。反应器内MLSS的变化规律与最大出水量的降低有类似之处，2d之后开始大幅度增加。当进水负荷正常之后，MLSS又恢复正常值。关于膜通量降低的原因可分析如下：COD冲击负荷使反应器内活性污泥浓度迅速增加，微生物进入生命活动旺盛的对数增长期，细胞繁殖速度加快，MLSS迅速增大说明了这一点。污泥浓度的提高增加了混合液的粘度，从而使液—固分离困难；同时处于对数增长期的污泥活高、有大量细胞外聚合物存在［4］，增加了膜过滤阻力，也是膜最大出水量降低的原因。2.6氨氮的去除在膜生物反应器中，由于污泥泥龄长，而且溶解氧充足，有利于硝化菌生长，因此氨氮去除良好。试验期间内，进水氨氮浓度为10～20mg/L，其平均值为16mg/L，出水氨氮浓度＜1mg/L，氨氮去除率在97%以上。站3妨怖膜生物反应器令的经济分析喂膜生物反绘应器技术具有坊出水水质良好贿、运行管理简岛单、占地面积敢小等优点，是伪污水回用的适泥用技术。本研软究对一个规模辨为军806m粱3扇/吴d最居住区污水回烧用工程分别采亮用厌茄氧兼→倍好狐氧生→误絮主凝程→享沉帆淀钞→极过腰滤关→候消毒工艺（以葛下简称工款艺钳1御）和中空膜生社物床工艺（以嫂下简称工雅艺加2渠）进行了初步籍设计，同时进功行了经济分析吩和比较。经济闷分析和比较依轨照有关手册进悲行竭[5]渔。就出水水质怒而言，工劝艺玩2拒出水的浊度筑、自S油S所、亮CO荡D末和雹NH叠3泊-房N芳优于工星艺仁1标，但是出水中冲的恼NO买3恭-益-蓄N终会劣于工怒艺竿1鼻。经济分析比倒较的主要结论位见柿表飞6变。习表铺6野耍两种污水处理吨工艺的经济比椒较

毕比较项目的工陆艺捡1纯工开艺傅2献主要构筑物的降基建投资（万舍元）青110.68

畅39.72亮主要设备、材笛料的基建投资弱（万元）总76.60

它7.30串总基建投资（银万元）栗187.28

皂47.02掘单位处理水量钞的基建投弄资堪[刃元晋/瓦（聚m袋3末.d)]志2325慈583询单位处理水量素的电力消耗趣（猎kW.h/m漏3献)美0.631

娱0.988腰单位处理水量轿的运行费用（啊元普/m膜3许）下1.08盆1.50蓝注东逮*攻膜的费用计入相运行费窑用毕我。系根据以上川分析可以看出损，工妥艺柳1洲的总基建投资招是工奋艺纤2火的校2.7骤8沃倍。由于目前螺国产膜组件的错成本较高且工约作寿命较低，寺更换膜组件的京费用占了运行拥费用的脾约室50驰%始，如果膜组件跪的费用可以减务低败20五%烘，工若艺查2殃的运行费用与执工钻艺糕1晨的基本持平。问由于工抬艺底2棚的基建费用低体，它的企业内顶部收益率高于危工权艺烈1冈。闸4结论搏①窜中空膜生物床割处理技术与传腥统的处理工艺种比较，取代了角二次沉淀池和嘴三级处理工艺阀，设备体积小奶，运行管理简僚单，膜生物反谢应器出水悬浮近物、浊度为零嚷，细菌总数优那于饮用水标准嘴，汽CO浮D思和氨氮的去除树率高蹲达混95鹊%点以上，出水可洁以直接回用。反财忧②艳国蛾产盾PVD江F难膜透水性能良绒好，能够有效啦地截留悬浮物荐以及细菌，运蹦转功150晌d善后未见通量显梨著降低。在膜这生物反应器中腥透水通量与加陕拿大萝的魂Zeno荒n妨膜类似，但低鲜于日陆本汉Kubot弃a马板式膜，此外杂膜的机械强度馒仍需要改进。该忌湖③嫌采用位差驱动矩出水和低水头拍间断工作，可瞧省去复杂的气财或水反冲洗设治备，运行可靠恢，维护简单值。营做④陆中空膜生物床圾处理工艺的基言建投资低于传狐统工艺。但由熄于膜的造价较侮高，需要的曝狼气量较大，目锻前运行费用仍自较高。在本试延验中，单位处尾理水量的电力玻消耗约染为都1.0kW·饮h/m焦3忧，进一步研究仆是必要的赔。刮客参考文献士：祥哈［怠1浩］克UedaT戚,Hata梢K,Ki鼓kuoka产Y纸纤楼eta虽l震虽.Effe台ctof肝aerati虽onon之suctio甩npres拳surei采nasu终bmerge皇dmemb风raneb刮ioreac洁to赠r昼［长J幼］疫.Wat余SciTe厌c歪h塘，吴199症7耽，仆31(3)扰:489-4武94.粉［尸2梅］雀Yasuto促shiSh昆imizu,帜Y冰u桑哲ichiO端kuno,稍Katsus而hiUry朽ueta述l.Fil蛛tratio怀n智粘chara嫁cteris会tic装s拌滤o泰f磨鸡hollo谢w灾播fibe火r鞋辟microf落iltra独tio煮n尿丧memb庄raneu岔sedin锣membr袋anebi碍oreact拾orfor衫domes焰ticwa永stewat揭ertre爽atmen洋t桐［逢J臂］纠.Wat瓜Re乔s惑，颤199片6能，舱30(10)里:2385-韵2392.宪［飞3虏］凉Bertho里ldGun煤de见r枝，愚Ka