一体式膜生物反应器处理港口污水及回用

鲍建国¹，卢学实²
( 1.中国地质大学 工程学院，湖北武汉 430074；2.株洲工学院环境科学与工程研究所，湖南株洲 412008)

　　摘　要：介绍了一体式膜生物反应器的反应特征、去除机理及其应用于港口污水回用的可行性。试验结果表明，一体式生物膜反应器具有出水水质稳定、占地少、去除效率高等特点，经预处理的港口污水再经其处理后可直接用作中水回用。
　　关键词：港口污水；膜生物反应器；中水回用
　　中图分类号：TU991.64
　　文献标识码：C
　　文章编号：1000-4602(2002)09-0037-02

1 水质

　　试验用水为某港区散货装卸公司所排放的污水(其中职工日常生活污水和地面冲洗水占70%，机修车间的含油废水占30%，机修车间的含油废水经隔油预处理后进入试验系统)。其主要污染物的浓度：COD为120～500mg/L，SS为200～450mg/L，NH₃-N为10～30 mg/L，油类为18～30mg/L，大肠杆菌为10⁴～10⁶个/L。水温为15～26℃。

2 工艺流程及试验装置

　　 一体式膜生物反应器的试验装置及工艺流程如图1所示。

　　进水泵、一体式膜生物反应器和砂滤器共同构成处理系统的主体。其中生物处理单元采用生物膜反应槽，容积为3L，内置聚乙烯中空纤维膜组件3套(膜孔径为0.1μm，膜内外径分别为400μm、460μm)，槽内装填生物球悬浮填料，尺寸为20mm，填充比为20%～30%。采用空气压缩机曝气，膜组件下设置穿孔管布气，曝气量为0.05～0.1m³/h。出水泵采用间歇运行(开13min，关2min)。压差计及压力传感器用于测定出水泵工作过程中施加在膜上的操作压力。

3 结果及分析

3.1 工艺参数
　　试验期间系统运行的主要工艺参数为：膜通量基本稳定在15～20L/(m²·h)，膜生物反应器水力停留时间为4h，气水比为(10～15)∶1，采用人工强制排泥(试验期间排泥一次)。
3.2 对COD的去除
　　图2给出了处理系统进出水、一体式膜生物反应器上清液的COD浓度随时间的变化曲线。

　　由于一体式膜生物反应器内含有大量悬浮、附着性活性污泥，这使反应器内保持了较高的污泥浓度，生物相较传统的活性污泥系统更为丰富，对COD的去除率可提高15%～30% (处理后的COD可达40mg/L以下)，并具有较强的抗冲击负荷能力。
3.3 对油类的去除
　　系统对经预处理后(除油)的港口污水的油类去除率均保持在85%以上，而一体式膜生物反应器对油类去除率基本保持在75%～80%。尽管系统进水的含油量波动幅度较大(15～28.5mg/L)，但处理后的含油量仍可达到5mg/L以下，反映出一体式膜生物反应器用于处理港口含油废水是可行的。
3.4 出水水质
　　系统稳定运行后对出水进行取样分析得出：COD＜40mg/L、NH₃-N＜5mg/L、浊度＜1.5NTU、油＜5mg/L、出水中SS和大肠杆菌均未检测到，且无嗅、无不快感，处理后的出水水质达到《生活杂用水水质标准》(CJ25.1—89)，满足中水回用水水质标准的要求，可直接回用于港口绿化、冲洗车辆及洒水降尘。
　　经测试表明，反应器内的MLSS为2.5～4.5g/L(有的可高达6.0g/L)，使得F/M值较低，剩余污泥量少，SVI值基本维持在85～120mL/g，具有良好的沉降性能。
　　膜生物反应器内高污泥浓度使反应器的容积负荷[1.5～2.2 kgCOD/(m³·d)]是普通活性污泥法的2～4倍，从而可有效减少反应单元的占地面积、节省基建投资，对于现有的港区污水处理设施的改、扩建具有很好的应用前景。

4 讨论

　　试验运行期间膜通量基本维持在15～20 L/(m²·h)，通过系统运行时的膜过滤压差的变化可以反映出膜面污染的程度。连续监测数据表明，系统运行初期(1～30d)的过滤压差上升较快，待一体式膜生物反应器运行稳定后，压差值上升幅度趋缓，运行到260d时膜系统压差上升到45.6kPa。运行期间为保持生物的活性仅进行人工排泥一次。
　　一体式膜生物反应器通过改变系统内生物的存在形式，即在提高污泥浓度的同时减小了悬浮性污泥的比例，有利于减少污泥在膜面的沉积。由于系统中曝气扩散装置安放在中空纤维膜组件的下方，大量气泡穿越中空纤维膜组件使膜面的水、气流处于剧烈紊动状态，使污泥过膜流态为湍流(大量的试验表明，污泥过膜流态为层流时远比湍流时易于堵塞膜面)，加之气体挟带的水流对膜面的冲刷作用降低了凝胶层在膜面的极化速度，减缓了膜面的堵塞。?
　　污泥浓度的增加往往伴随着混合液粘度、溶解性有机物、凝胶层及惰性物质等的变化，进而会对膜通量产生影响。污泥浓度较低时微生物代谢能力减弱，生物降解产生的中间产物增加，这些变化使膜表面凝胶层的形成速度加快，膜阻力系数增大；膜通量达到一定值后，随着反应器内污泥浓度的升高则膜通量不断降低。由此可知，在系统运行过程中保持合适的污泥浓度、加强系统的定期排泥有利于一体式膜生物反应器处理能力的提高和膜通量的增加。
　　适当的预处理将部分溶解性有机物及微细胶体转化成固相，可充分发挥膜分离的作用，混凝法和添加粉末活性炭(PAC)均可有效去除部分有机物。研究结果表明，膜生物反应器内形成凝胶是导致膜通量下降的关键，胞外聚合物、溶解性有机物(非悬浮固体)及微细胶体等对此有重要影响。因PAC可使溶解性有机物及微细胶体转化成固相，并会在有机膜面上形成一层多孔状膜以吸附水中有机物和微细胶体，从而可避免膜面污染，同时该层PAC膜较松软，易于冲洗。另外，添加氧化铁微粒也具有上述作用。保持MBR系统运行条件的稳定，及时维护膜组件以及采取空曝气、在线药洗等一些简单的方法来减慢过滤阻力的增长速度，均有利于生物反应器保持高生物活性和降解速率，也有利于膜分离的长期稳定，延长膜的清洗周期。

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　　收稿日期：2002-03-17