MBR法处理生活污水的应用研究

张立东，李彦文

(1．吉林化工学院资源与环境工程学院，吉林吉林132022;2．吉林化工学院资产管理处，吉林吉林132022)

随着城市化人口的增加，万人以上的社区已经非常普遍，因此，社区成为一个新的人口高度密集地区，其日排放生活污水量相当大，污水量的构成主要来自厨、卫、洗、浴．如果能把这部分废水处理后循环利用，不仅可以节约宝贵的水资源，而且也对在国内小区推广绿色生态小区将具有重要的意义．

膜生物反应器(MBR)是现代膜分离技术与生物技术有机结合的新型废水处理技术．此方法不用另外设置二次沉淀池，可以实现水利停留时间和污泥停留时间的完全分离，可以避免污泥膨胀现象的发生，具有占地面积小、处理效率高、便于自动化控制，运行操作简单的优点，以生活污水作为处理对象，出水水质很好［1］，是目前在高浓度有机废水处理、生活污水处理、中水回用处理等领域最有前途的废水生物处理技术之一．

1 实验原理及方法

1．1 水样

实验用水去自某小区总污水排放口，水质指标和《城市污水再生利用城市杂用水水质》(GB/T18920—2002)标准，见表1．水质指标按照标准测定方法测定．

表1 污水的进水水质和回用水标准

1．2 MBR工艺流程

设计MBR(膜生物反应器)是由接触氧化池与纳滤膜组件构成［2］．

1．2．1 接触氧化池:

接触氧化池容积为78×48×47 cm，池底双排曝气，池中分别悬挂两种纤维填料:中空塑料球和软性纤维球．

1．2．2 纳滤膜:

所用的纳滤膜是由南京工业大学大学膜膜科学技术研究所提供．膜孔径为50 nm，膜面积为0．1 m2，膜件长约50 cm，直径约3 cm．分离动力为压力，所用泵的规格为:Q为4．5 m3/h;H为28 m功率为1 080 W;

本实验装置采用错流过滤，MBR工艺流程如图1所示．

图1 MBR工艺流程图

2 结果与分析

2．1 膜动力学参数测定

操作压力对纳滤膜的影响测试结果见图2．操作温度对纳滤膜的影响测试结果见图3．

图2 纳滤膜不同温度下膜通量与压力变化关系

从图2可看出，纳滤膜膜过滤操作过程中，随着操作压力的升高，渗透通量开始时随压力的升高上升较快，这是由于操作压力是膜过滤过程的推动力，是影响膜通量的主要因素，操作压力变大，使渗透液透过膜的速度加快，渗透通量增加［3］．但当纳滤膜压力分别大于0．28 MPa 和0．22 MPa后，纳滤膜通量随压力的升高基本不再变化，并呈下降的趋势．这是由于操作压力的升高与膜面流速呈相反关系，操作压力升高，膜面流速降低，操作压力降低，膜面流速升高，膜通量随膜表面流速的增加而增加，高的流速具有高的剪切力，可以带走膜面的悬浮颗粒等组分，同时减轻浓差极化的影响．压力加大，膜面流速减小，形成膜面污染和膜孔堵塞，在膜面形成凝胶层．此时，渗透通量达到临界值，此后渗透通量不随操作压力的升高而增大．

图3 纳滤膜不同压力下膜通量与温度变化关系

从图3可以看出，纳滤膜过滤操作过程中，随着操作温度的升高，渗透通量随温度的升高而升高，这是由于提高操作温度，液体的粘稠度下降，溶质扩散系数增大，因而膜通量随温度升高而增大［4-5］．根据资料，温度在25～35℃之间，厌氧菌和好氧菌的生物活性均随温度的升高而增加，因此在本实验的温度范围内，随着温度的升高导致生物膜中微生物的活性增加，使其更有利于降解水中的污染物质．实验结果表明，选择适当的操作温度，并通过控制操作压力可提高出水水质和水量．

2．2 挂膜实验

污泥来自于吉化污水处理厂，采用接种污泥快速挂膜法［6-7］，运行30 d左右实现挂膜．

经挂膜实验后，对生物膜进行显微镜检测微生物菌群．结果如图4所示，水中出现了轮虫，轮虫的出现是出水水质稳定的指标微生物．

图4 镜检微生物

2．3 MBR系统处理效果

表2为主要污染物的去除效果．

表2 主要污染物去除效果

图5为COD去除效果，图6是氨氮去除效果．

图5 MBR工艺对COD去除效果

水样COD浓度为388．08 mg/L，经过混凝沉淀后COD值为327．2 mg/L，生物接触氧化池出水COD为117．6 mg/L，最后经过纳滤后COD值为39．2 mg/L．整个MBR工艺COD去除率为93%．水样氨氮浓度为 12．2 mg/L，氨氮去除率为81．7%．全达到我国《城市污水再生利用 城市杂用水水质》(GB/T18920—2002)标准，达到一类杂用水标准．

图6 MBR工艺对氨氮去除效果

3 问题与讨论

3．1 污泥的颜色气味

接种污泥来自吉化污水厂二沉池的浓缩污泥，此活性污泥呈乌黑颜色，有很重的臭味，在污泥驯化期间，起初的时候滋生池蝇，但数量不多．经实验处理后，臭味变的很淡，填料上表层出现了淡黄色生物膜，里层生物膜发黑．由此可判断，经本实验可以出去污水中部分气味较大的有机污染物(主要是含氮化合物)．

3．2 挂膜脱落

挂膜初期，生物膜易脱落，不易形成生物膜．分析原因，主要有两方面:一方面挂膜初期实验中曝气量大，水力冲刷比较强，导致生物膜易脱落;另一方面，废水的pH值不稳定变化较大(主要由于受学生做实验等因素影响，ph值变化范围在5．5～8．5之间)，使得生物膜不容易在填料上生长［8-10］．

(1)调整曝气时间，采用间歇式曝气方式以达到减小曝气量的目的．将接触池曝气时间由24 h减少至22 h．

(2)向接触池中投加药品，调节pH值在6．8～7．0之间．

挂膜后期，将曝气时间改为24 h，接触氧化池中水样pH值稳定在6．8～7．5，由于水中微生物的氨化作用，使得无需再投加药品来调解pH．此时的生物膜长势良好，水体颜色也有原来的黄色，逐渐变成想在的灰黑色．

3．3 泡沫问题

生物接触氧化运行时，池中会出现大量的泡沫．究其原因是，进水负荷高，导致污泥中某些丝状菌或放线菌的过度增殖［9］．通过适当减少进水负荷或增大曝气量等措施可以有效减少池内泡沫的产生．

4 结 论

(1)生活污水具有排放量小，浊度低，CODcr含量低，pH值变化范围大等特点．

(2)本研究采用MBR工艺处理生活污水的方法，进水 CODcr为 388．08 mg/L，出水 CODcr、NH3-N、SS去除率分别达到 93%、78%、95．7%;纳滤出水含细菌个数少于3个/L．可回用于浇洒绿地和冲洗车辆，提高了水资源的利用率．

［1］ 陈华．复合式膜生物反应器处理校园污水中试研究［D］．西安:西安建筑科技大学．2013．

［2］ 张 萍．MBR技术及应用［J］．给水排水动态，2012，4(1):17-19．

［3］ 张正林，张振家．乔向利．纳滤膜在饮用水处理中操作压力的确定研究［J］．供水技术，2010，4(5):27-33．

［4］ 刘国强，王驿，王立国，等．膜技术处理含油废水的研究［J］．膜科学与技术，2007，27(1):68-72．

［5］ 潘世英，万吉昌，高宝玉，等．混凝实验条件下混凝剂最佳投加量的选择方法研究［J］．工业水处理，2011，31(10):25-27．

［6］ Philipp Meier，Farhad Salehi，Christian Kazner，et al．Ultrafiltration with pre-coagulation in drinking water production-Literature review［J］．TECHNEAU，2006，06:15-27．

［7］ 李信仕．不同挂膜方式对移动床生物膜反应器启动的影响［J］．沈阳建筑大学学报:自然科学版，2012，28(5):921-926．

［8］ 石锐，魏琪，刘和平．臭氧-生物活性炭深度处理饮用水挂膜试验研究［J］．供水技术，2012，6(1):10-12．

［9］ Javid，A．H．，Hassani，A．H．，Ghanbari，B，et al．Feasibility of Utilizing Moving Bed Biofilm［Z］

［10］ Reactor to Upgrade and Retrofit Municipal Wastewater Treatment Plants［J］．Int．J．Environ．Res．2013，7(4):963-972．