一体式膜—生物反应器处理洗浴污水

刘锐，黄霞，陈吕军，汪诚文，钱易
(清华大学环境科学与工程系，北京100084)

　　摘要：采用规模为10 m3/d的一体式膜—生物反应器对洗浴污水 的处理进行了中试研究，整个系统在没有进行任何化学清洗的条件下连续运行了216 d。 试验结果表明：出水稳定，水质良好(COD＜40 mg/L、NH3-N＜0.5 mg/L、LAS＜0 .2 mg/L，且无色无味、无SS)，符合建设部颁布的生活杂用水回用水质标准。在一体式膜—生物反应器中，活性污泥对污染物的去除起主要作用，而膜分离对维持稳定的系统出水 起重要作用。整个系统具有较强的抗冲击负荷能力，容积负荷为0.50～1.85 kgCOD/(m3· d)，污泥负荷为0.33～2.02 kgCOD/(kgVSS·d)。膜外表面污泥层的沉积、凝胶层的增厚(0 ～5 μm之间)和膜内表面微生物的滋生是膜污染的主要原因。
　　关键词：膜—生物反应器；洗浴污水；污水资源化
　　中图分类号：X799.3
　　文献标识码：A
　　文章编号： 1000-4602(2001)01-0005-04

Treatment of Bathing Wastewater with Submerged Membrane Bioreactor
LIU Rui，HUANG Xia，CHEN Lu-jun，WANG Cheng-wen，QIA N Yi
(Depart.of Environ.Sci.and Eng.,Qinghua Univ.,Beijing 100084,China)

　　Abstract：A pilot-scale submerged membrane bioreactor with capacity of 10 m3/d was cont inuously operated for 216 days to treat bathing wastewater without any chemical cleaning.The effluent obtained was stable and excellent with COD＜40 mg/L,NH 3-N＜0.5 mg/L,LAS＜0.2 mg/L,no color,no odor and free of SS,and could meet the quality standard for reused wastewater issued by the Ministry of Constr uction.Most pollutants were biologically removed by activated sludge while the s tability of the effluent was ensured by the membrane separation.The membrane bio logical process was resistant to shock loading.Volumetric and sludge loading wer e 0.50～1.85 kgCOD/(m3·d) and 0.33～2.02 kgCOD/(kgVSS·d),respectively.The ma in contributors to the membrane fouling in this study were sludge adhesion on th e some part of the outer membrane surface,gel layer formation with depth of 0～5 μm and growth of microorganisms inside the membrane.
　　Keywords:membrane bioreactor;bathing wastewater;wastewater reclamation

　　膜—生物反应器是把生物处理与膜分离相结合的一种组合工艺，它不仅能高效地进行固液分离，得到可以直接回用的稳定出水，而且可在生物反应池内维持高浓度的微生物量，提高处理装置的容积负荷，节省占地面积。此外，该工艺剩余污泥产量低，操作管理方便^［1］。
　　洗浴污水大多产生于公共浴室、宾馆等地，一般水量大而有机物含量低，是污水资源化的重 要水源，经适当处理后可回用于绿化、冲洗厕所等。

　　1　试验装置与方法

　　1.1工艺流程
　　一体式中空纤维膜—生物反应器的中试装置设在清华大学东北浴室附近，用于处理学生浴 室的洗浴污水，其工艺流程如图1所示。整个装置主要由生物反应池和膜组件两部分组成。生物反应池尺寸为0.9 m×0.93 m×2 m，有效容积为1.5 m3，内部被隔板分为升流区和降 流区两部分。聚乙烯中空纤维微滤膜组件共有8块，膜总面积32m2，分两层置于反应池升 流区。膜组件下设有穿孔管，曝气量控制在35～50 m3/h。压差计用于监测在运行过程 中膜过滤压差的变化。液位控制器用于控制生物反应池液面使之恒定。电子流量计用于测定膜出水的瞬时流量和累计流量。

图1膜—生物反应器中试工艺流程图

　　洗浴污水经0.9 mm的不锈钢筛网过滤后进入高位水箱，再流入生物反应池，有机物被活性污泥中的微生物分解，混合液在出水泵的抽吸作用下经膜过滤后形成处理出水。出水泵采用间歇方式运行，即开13min，停4 min。整个系统的设计处理能力为10 m3 /d，水力停留时间(HRT)为3.15 h，试验过程没有人为排泥。
　　1.2试验用水水质
　　试验污水水质如表1所示。

　　1.3测试项目与方法
　　测试项目包括各种常规水质指标，均采用国家环保局《水和废水监测分析方法》中的标准方法进行监测。

　　2　试验结果与分析

　　2.1污染物去除效果
　　图2为原水、生物反应池上清液和膜过滤出水的COD变化情况以及系统各部分对COD 的去除效果。

图2  COD去除效果

　　从图2可以看出，整个系统对COD的去除率为78.5%～100%，出水COD浓度稳定在40 m g/L以下。活性污泥对COD的去除起到了主要作用，在进水COD为130～322mg/L的情 况下，生物反应池上清液的COD浓度一般都低于100 mg/L，但其处理性能不够稳定，C OD去除率在42%～85%之间波动。膜对系统的稳定出水起到了重要作用，弥补了生物反应池处理性能的不稳定，提高了系统整体的抗冲击负荷能力，使COD去除效率保持在较高水平。

图3为原水、生物反应池上清液和膜过滤出水的阴离子洗涤剂(LAS)浓度变化及系统各部 分对LAS的去除效果。

图3LAS去除效果

   　　由图3可见，生物反应池上清液和膜过滤出水中LAS浓度基本相等，尽管进水LAS浓 度很高，在3.46～8.90 mg/L之间变化，但系统出水始终＜0.2 mg/L。整个系统和 生物反应池部分对LAS的去除率均在98%以上。
　　以上结果说明LAS的去除主要靠生物反应池中微生物的分解作用，膜对LAS的 截留作用很小。
　　2.2系统出水水质
　　表2汇总了系统稳定运行后的膜出水水质与建设部颁布的生活杂用水回用标准(CJ25.1—19 89)的主要项目比较。大肠菌群在运行前期未检出，故在运行后期没有继续检测，但发现膜内表面滋生有微生物，可能对出水会造成一定影响。其余各项出水水质指标均满足杂用水回 用标准，也就是说，膜出水只需经简单消毒处理就可以安全回用于冲厕、绿化、扫除、洗车等场合。

　　2.3容积负荷与污泥负荷
　　膜—生物反应器中膜的高效截留作用使微生物全部截留于生物反应池中，不仅维持了较高的 污泥浓度和容积负荷，而且可以增强反应池的抗冲击负荷能力。在试验过程中，容积负荷和污泥负荷与传统活性污泥工艺相比波动较大［容积负荷波动于0.50～1.85 kgCOD/(m3· d)，污泥负荷波动于0.33～2.02 kgCOD/(kgVSS·d)］，但这种波动没有对COD和 LAS的去除效果产生影响，充分显示了膜—生物反应器的抗冲击负荷能力。此外，试验 达到的最大容积负荷UV为1.85 kgCOD/(m3·d)，相当于活性污泥法的2～3倍。
　　2.4膜通量和膜过滤压差的变化
　　为减缓启动阶段的膜污染，须分阶段由小到大控制膜通量。首先将膜通量控制在6.25 L/( m2·h)运行一段时间，然后逐步增大至9.4L/(m2·h)、13.125 L/(m2·h) ，最后稳定于13.75 L/(m2·h)不变。运行125 d后，由于膜过滤压差较高而重新将膜通量降低至11 L/(m2·h)左右。
　　试验运行前期膜过滤压差增长迅速，经分析可能是由于污泥沉积在膜表面所致，因此分别在运行至第34、60、90和100 d时停止进、出水，只维持曝气，企图去除膜面污泥层，对膜的过滤性能进行恢复。从膜过滤压差的变化情况来看，第34 d和60 d的恢复效果较好，但第90 d以后的恢复效果不太好，尤其是第100 d，几乎无恢复效果。运行至21 6 d，膜过滤压差上升到了60kPa，运行停止。
　　2.5膜污染分析
　　为了解造成膜污染的原因，运行第208 d时剪下一段膜丝进行电镜观察(见图4)。可以看出， 膜外表面污泥沉积情况很不均匀(图4a)。在膜丝内部负压和膜面紊流形成的剪切力等双重作用下，有些污泥在膜外表面的局部沉积下来，这些沉积污泥由丝状真菌、放线菌、球菌和杆菌组成。丝状真菌表面轮廊清晰，产生的分泌物较少，而其余菌种周围都有厚厚的一层分泌物。这些分泌物不仅对凝结菌胶团起到了重要作用(图4b)，还附着于膜表面或进入膜的孔道成为膜表面凝胶层的重要组成物质(图4c)。另一方面凝胶层对膜外表面的污染相当普遍，整体来看形成得相对均匀，但从小范围来看厚度差异较大，变化于0～5μm之间(图4c)。
　　膜内表面微生物的滋生也是膜污染的一个重要原因(图4 d)。在膜的内表面均匀生长了一层以丝状真菌为骨架、球菌和杆菌相附着的薄薄的微生物层，这些微生物也分泌出一些代谢产物，但比膜外表面少得多。膜内表面污染主要以微生物层为主。

图4 运行第208 d的膜外、内 表面电镜照片

　　3　结论

　　①一体式膜—生物反应器工艺用于处理并回用洗浴污水在技术上是可行的。试验表明，无论进水水质如何变化，均能得到优质而稳定的膜过滤出水：COD＜40mg/L、NH3-N＜ 0.5 mg/L、LAS＜0.2 mg/L，且无色无味、无SS，符合建设部颁布的生活杂用水回用标准。
　　②在膜—生物反应器中活性污泥对COD和LAS的去除起主要作用，而膜分离对维持稳定的系统出水起到了重要作用。
　　③膜—生物反应器的 试验容积负荷UV为0.50～1.85 k gCOD/(m3·d)，污泥负 荷Ua为0.33～2.02 kgCOD/(kgVSS·d)，二者随进水水质波动较大，但由于膜—生物 反应器抗冲击负荷能力较强，这一波动没有影响系统出水水质。
　　④系统在没有对膜进行任何化学清洗的条件下连续运行了216 d。
　　⑤电镜观察表明，膜外表面污泥层的沉积、凝胶层的增厚和膜内表面微生物的滋生是造成 膜污染的主要原因。

　　参考文献：
　　［1］岑运华.膜生物反应器在污水处理中的应用［J］.水处理技术，1991，17(4) ：23-26.

　　作者简介：刘锐(1973-)，女，吉林人，清华大学在读博 士生，研究方向：污水的微生物处理。
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　　收稿日期：2000-07-02