活性污泥膜分离技术在畜禽废水处理中的应用

范建伟¹，张杰²
（1.同济大学环境科学与工程学院，上海200092；2.上海同济水处理技术开发中心，上海200092）

　　摘　要：畜禽废水有机物和氨氮浓度高，采用活性污泥膜分离技术处理畜禽废水，在进水CODcr6783～8202mg/L，BOD54260mg/L，SS6960mg/L，NH3-N392～483mg/L的条件下，出水CODcr＜100mg/L，BOD5＜20mg/L，SS＜70mg/L，NH3-N＜15mg/L。
　　关键词：畜禽废水；废水处理；活性污泥；膜分离
　　中图分类号：X703.1；X713
　　文献标识码：B
　　文章编号：1009－2455（2002）03－0039－02

概述

　　畜禽废水的特点是有机物、悬浮物和氨氮浓度高，可生化性好[1-2]。传统的处理畜禽废水工艺为厌氧生物处理加上好氧处理，但畜禽场的操作条件和人员素质往往限制了厌氧处理工艺的应用。
　　膜生物反应器是由膜分离技术与生物反应器相结合的新型生物化学反应系统[3-5]，它用膜取代了传统的二沉池，具有出水稳定、活性污泥浓度高。抗冲击负荷能力强、剩余污泥少、装置结构紧凑。占地少等特点。近年来，已经逐渐应用于各种污水的处理。
　　本实验采用膜生物反应器对上海市郊一畜禽场的排出废水进行处理，通过一段时间的调整，处理系统逐步稳定，出水达到国家一级排放标准。

1 工艺流程

　　工艺流程如图1所示，废水首先经过细筛网隔除废水中的悬浮物和杂物后流入调节池，均衡水质水量，然后用泵打入混凝反应池，加入PAC、PAM搅拌形成絮体后进人沉淀池进行固液分离。对沉淀池出水抽样测定的结果表明，废水经预处理后，CODcr的去除率高于40％，氨氮的去除率更是达到50％左右。沉淀池排出的废水再进入膜生物反应池进行生物降解，同时加碱以补充氨氮硝化所消耗的碱度，处理后的水排放。

　　膜生物反应池中的膜采用的是聚乙烯中空纤维膜，膜的内径100μm，膜孔径0μm，采用管内负压抽吸出水。

2 实验结果和讨论

2.1 工艺设计的考虑
　　进入膜生物工艺的废水首先需经过格栅、筛网、沉砂等构筑物的处理，以去除大颗粒杂物。这样不仅可以防止后续膜分离设备和提升设备（如泵）被堵塞和正常运行遭到破坏，同时，由于这些杂质一旦进入后续膜生物工艺后难以通过排泥去除，加剧污泥在
膜面形成一定的泥饼层，影响膜分离性能，根据以往工程经验，在本项目的预处理阶段放置细筛网对杂质进行去除。
　　根据畜禽废水中胶体、悬浮物浓度较高的特点，在废水进人膜生物反应池前进行混凝沉淀处理，通过混凝沉淀去除了绝大部分的胶体有机物、悬浮性有机物，既降低后续生物池的有机负荷，又保证了后续膜分离性能的充分发挥。另外，从膜分离组件的性 能考虑，使用的膜属于微滤膜，溶解性有机物对膜阻力的影响很小，而废水中的胶体污染物对微滤膜的影响却非常大，如果不进行混凝沉淀而直接进入膜生物反应池，由于胶体污染物分解需要较长时间，在此之前，它们将对膜分离产生较大影响，导致膜面污染的加剧。经过混凝沉淀后，废水中相应的胶体污染物显著减少，可以保持较高的膜水通量。
　　为了避免膜表面泥饼的形成，在膜组件区域下部设置有曝气装置。曝气量的设计既要考虑膜清洗要求，又要考虑废水中有机物氧化的需氧量，一般取两者的高值。当进水有机物浓度过高时，有机物氧化需要的气量往往超过膜清洗的需气量，成为需气量设计的控制因素，造成能耗过大。因此在膜生物工艺前进行混凝沉淀预处理，降低生物池的进水有机物浓度，可以显著降低有机物氧化的需气量，从而降低能耗。
2.2 调试情况
　　试验设计水量为20m³/d，进水水质CODcr9000mg/L、BOD₅3800mg/L、SS4500mg/L。NH₃－N₄50mg/L。实验过程中出水的 CODcr、NH₃－N变化如图2小H变化如图3。

　　从图2和图3可以看出，整个过程可以大致分为4个阶段。开始的50d是第一个阶段，这一阶段的CODcr和NH₃－N浓度下降速度很明显，中间有一段回升是因为这段时间停止了混凝沉淀。 随后的30d是第二阶段，尽管一直在投加NaOH，但pH仍迅速下降，第75d时甚至降到了5.5，CODcr和NH₃－N一直维持在较高的浓度。对水中的NO₂-N的浓度进行测定，发现此时的NO₂--N浓度竟高达123mg/L，表明硝化反应的第M步受到抑制，NO₂^-－N就是出水CODcr居高不下的主要原因。
　　第80d到第100d的第三阶段，在投加NaOH的影响下小H逐渐回升，CODcr和NH₃-N的浓度也逐步下降。
　　100d后是第四个阶段，整个系统表现良好，出水水质稳定，CODcr降到50mg/L附近，而氨氮浓度降到5mg/L以下，出水达到国家一级排放标准。
　　中空纤维膜在使用过程中的一个突出问题是膜表面截留的污染物造成的膜性能的衰减，为了减缓膜水通量的衰减，我们采用曝气的方式在膜反应池内形成良好的水力条件，使得中空纤维膜膜丝在气水混合流的作用下振荡摆动，将中空纤维外壁上附着的沉积物摩擦脱落。在使用该工艺时我们发现，如果设定的曝气量不足，在运行一段时间后，中空纤维膜常常被黏性截留物黏结成一簇一簇的，大大减小了超滤作用的有效面积，影响了中空纤维膜的产水量。本次实验对比了几组不同曝气量下膜的表现，发现当曝气量控制在50m³/（m².h）以上时，中空纤维外壁不容易附着污染物。
　　此外，若定期对中空纤维进行清洗，膜的出水通量相对能维持在一个更高的水平，为此专门设置了一个水槽，膜组件定期从生物池内取出浸泡清洗，清洗槽内放置了一定浓度的消毒液，以控制膜组件内部的微生物生长。
　　工程中膜出水管原先采用镀锌钢管，一段时间运行后发现膜出水中会定期出现一些不明絮体，经研究发现是钢管内表面生长了不明垢，影响了膜出水水质，后来，全部改用工程塑料管，解决了该问题。

3 结语

　　实验证明，采用膜生物反应器来处理畜禽废水，当工艺设计合理时，出水可达到国家一级排放标准。处理过程中pH的控制对出水水质的好坏尤为重要，最好pH能维持在8.0附近；为了控制中空纤维膜的污染，废水的充分预处理、足够的曝气量、定期清洗尤为重要。

参考文献：

　　[1] 徐亚同.废水中氮磷的处理［M］.上海：华东师范大学出版社，1996.
　　[2] 朱淑琴，韩梅，张萍.间歇式活性污泥法硝化和反硝化的试验研究［J］.环境工程，1999，17（2）：11－13.
　　[3] 彭跃莲，刘忠洲.膜生物反应器在废水处理中的应用[J].水处理技术，1999，25（4）：63－69.
　　[4] 何义亮，顾国维.膜生物反应器技术的研究和应用展望[J].上海环境科学，1998，17（7）：17－19.
　　[5] 刘锐，汪诚文，钱易.影响一体式好氧膜生物反应器清洗周期的几个因素［J］.环境科学，1998，19（7）：26－28.

　　作者简介：范建伟（1968－），男，上海人，同济大学环境科学与工程学院讲师，在职硕士，主要从事污染控制研究。