高污泥负荷膜生物反应器处理生活污水研究

胡明成

(成都大学城乡建设学院，四川成都 610106)

高污泥负荷膜生物反应器处理生活污水研究

胡明成

(成都大学城乡建设学院，四川成都 610106)

对高污泥负荷条件下的膜分离生物反应器进行了研究.试验结果表明，在污泥负荷低于0.6 kgCOD/kgMLVSS◦d的情况下，膜污染出现前的稳定运行时段较长，比通量下降速率增加缓慢且出水水质较好.

污泥负荷；膜污染；溶解性代谢产物；污泥龄；膜生物反应器

0 引 言

传统活性污泥法是一种采用重力沉降的方式进行生物量分离的方法，因此在污泥负荷的确定时要充分考虑污泥沉降性能和污泥负荷之间的关系.而膜分离生物反应器(MBR)是以截留的形式达到生物量分离的目的，因此在MBR系统的设计过程中套用传统活性污泥法设计理论是不合适的[1-4].在保证出水水质要求的基础上，尽最大可能降低工程的总投资以及运行维护费用才是MBR系统设计的最佳方法.在众多有关MBR系统的设计参数中，污泥负荷是十分重要的参数.为了减少剩余污泥产量，MBR系统的污泥负荷一般控制在0.12 kgCOD/kgMLVSS◦d以下[5].对于中等以上规模的MBR处理系统而言，污泥负荷较低就意味着要采用较大容积的反应器.因此，在MBR系统的设计过程中对污泥负荷的取值必须慎重.目前，对高污泥负荷MBR系统的研究尚不多见[5-7].在本研究的相关试验中，对在高污泥负荷(≥0.12 kgCOD/kgMLVSS◦d)条件下运行的MBR系统进行了分析，试验结果可为中等以上规模的MBR系统的设计提供参考依据.

1 试验装置与运行控制

本试验装置如图1所示，其总的有效容积为2.5 m3，装置内部采用空间分隔，使理论水力停留时间更接近于实际水力停留时间.在试验过程中，对污泥负荷的提高是通过增加进水流量来实现的，同时组件的实际过滤面积也要进行相应的增加，以保证在不同污泥负荷条件下膜通量基本保持在20 L◦m-2◦h-1左右.试验中，回流量保持在300%，反应区污泥浓度保持在5±0.5 g/L的范围内，分离区污泥浓度保持在7.5±0.5 g/L范围内.

图1 试验装置简图

另外，分离区底部采用特殊配置给混合液浓缩留下空间，其目的是在降低分离区污泥浓度的情况下尽量减少污泥回流量，剩余污泥通过设在分离区底部的排泥管道排出.反应区采用微孔曝气，溶解氧浓度控制在2 mg/L左右.分离区采用大气泡压缩空气对膜纤维进行吹扫，每隔5 min开启一次，每次吹扫时间为30 s.每次试验开始前，反应器应在相应的负荷条件下运行一周以上，而后用次氯酸钠溶液对膜纤维进行一次化学清洗，所采用的次氯酸钠溶液浓度为1 000 mg/L.

2 原水水质

反应器进水水质的各项指标如表1所示.

表1 反应器进水水质

反应器的运行控制与出水水质各项指标如表2所示.

表2 反应器的运行控制与出水水质

污泥负荷与比通量变化情况如图2所示.

图2 污泥负荷与比通量变化情况

3 结果与讨论

3.1 反应器的整体运行

不同污泥负荷条件下的反应器出水COD和氨氮2项主要指标的平均值如表2所示.

从表2中可以看出，污泥负荷在0.1～0.6 kg-COD/kgMLVSS◦d时，出水中含氨氮和COD 2项指标都比较理想，而当污泥负荷大于0.6 kgCOD/kgMLVSS◦d时，出水质量指标明显降低.这表明MBR系统在适当高的污泥负荷状态下运行是可行的，而通过适当提高污泥负荷可以减小反应器的有效容积，从而降低工程造价.

值得说明的是，过高的污泥负荷就意味着较大的进水水量.因此，在高负荷运行的情况下必须对反应器的实际水力停留时间给予特别的关注，避免污染物得不到彻底降解而使出水水质降低的情况发生.一般而言，为保证总氮的去除率，混合液的回流量通常控制在200%～300%之间，为降低分离区的污泥浓度以及维持膜表面的错流状态，回流量要控制在400%-700%之间[6-7].在上述2个方面情况的共同约束下，设计人员一般都倾向满足后者而采用较高的回流量.通过图4可以看出，回流量大就意味着反应器的有效容积的增大.可见在采用前置反硝化配置的MBR系统中，设法降低混合液回流量也是设计人员应特别关注一个问题.本研究在试验装置的分离区的设计过程中，底部留下了一定的空间，拟将分离区混合液浓缩并回流到反应区以降低膜材料表面的污泥浓度.试验结果表明，在混合液回流量控制在300%的情况下膜材料能够稳定运行.虽然我们不能因此断言该方法在工程实践上具有可行性，但是这种降低混合液的回流量的方法在总体方向是正确的.

图4 前置反硝化MBR系统的设计流量与混合液回流量

3.2 比通量下降与污泥负荷

通常，随着反应器运行时间的延长透膜阻力会有所提高，这种阻力的变化会表现在真空表的数值和出水通量的变化上.因此，在整个试验过程中可以膜通量与透膜阻力的比值(以下称之为比通量)作为衡量膜污染的变化趋势指标.图2所示为不同污泥负荷条件下的比通量变化，从中可以发现在污泥负荷在0.1 kgCOD/kgMLVSS◦d的情况下，经过10d的稳定运行以后比通量值开始下降.随着污泥负荷的升高和稳定运行的时段逐渐缩短，当污泥负荷大于0.6 kgCOD/kgMLVSS◦d时，系统稳定运行的时间不到3 d.此外，不同污泥负荷情况下比通量下降的幅度也有所不同.图3所示为比通量下降速率随污泥负荷的变化.从中可见，在污泥负荷低于0.6 kg-COD/kgMLVSS◦d时，比通量下降速率升高缓慢，而当污泥负荷大于0.6 kgCOD/kgMLVSS◦d时，比通量下降速率急剧升高.由此可见，将反应器控制在低于0.6 kgCOD/kgMLVSS◦d高污泥负荷条件下运行是可行的.

4 总 结

图3 比通量下降速率与污泥负荷

对高污泥负荷MBR系统处理生活污水的试验结果表明:在MBR系统的设计过程中，将污泥负荷的取值扩展到适当的高负荷区间范围内是可行的，可以达到减小反应器的有效容积、降低工程造价目的.

需要说明的是，污泥负荷的提高就意味着单位反应器容积上的进水量增加.在此情况下，水力停留时间(HRT)就有可能是出水水质的限制性因素，因为回流量的增加会使MBR系统的水力停留时间缩短.因此，在保证膜分离工况的前提下应采取相应的措施来降低混合液的回流量.

:

[1]Melina T，Jeffersonb B，Bixioc D，et al.Membrane bioreactor technology for waste water treatment and reuse[J].Desalination，2006，187(1):271-282.

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[5]Jud S.Principles and applicationsof membrane bioreactorsinwater and wastewater treatment[M].British:Oxford University Press，2006.

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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，从事工业废水处理技术研究.