膜生物反應器是由膜分離與生物處理組合而成的一種新型、高效的污水處理技術[1 ] 。幾乎能將所有的微生物截留在生物反應器內,使反應器內的生物濃度提高,理論上污泥泥齡可無限長,出水有機物含量降到最低,有效地去除氨氮。

　　膜生物反應器是一種正在發展的水處理再生技術。本實驗膜生物反應器(MBR) 集合了傳統活性污泥法中的生物處理技術與膜分離技術結合而成的新型的污水處理工藝。它采用膜分離取代傳統的重力沉降過程,實現了高效的固液分離效果,不論固體顆粒的沉降性能如何,均可完成固液分離過程,并且可以避免因生物體流失而造成的系統失效[2 ] 。膜生物反應器能夠完全截留微生物,可以避免由于硝化菌數量的減少影響硝化作用, 進而降低系統的脫氮效率[3 ,4 ] 。該工藝具有出水水質好,容積負荷高,占地面積小,剩余污泥產量低,操作管理方便等優點。因此本文以生活污水為研究對象,對MBR 處理生活污水進行可行性研究。

　　1 　材料與方法

　　1. 1 　實驗裝置

　　本實驗采用2 套平行的膜生物反應器, 實驗裝置由高位水箱、進水管路、平衡水箱、生物反應器、膜組件、出水管路、曝氣系統、測壓管管路組成。曝氣池中的曝氣量為0. 2 m3/ h。膜組件為聚偏氟乙烯中空纖維簾式膜(PVDF) ,膜孔徑0. 2μm ,纖維內徑0. 5μm ,外徑0. 8μm ,膜面積1 m2 。生物反應器內由砂濾曝氣頭提供微生物所需的溶解氧和產生沖刷膜面的錯流流體,由氣體轉子流量計來控制曝氣量。

　　1. 2 　分析項目與方法

　　本實驗分析項目:氨氮(NH3 N) 采用鈉試劑光度法,化學需氧量(COD) 采用重鉻酸鉀法。測定方法均采用國家環保局水和廢水監測分析標準方法。

　　1. 3 　實驗廢水及運行參數

　　本實驗為配水實驗,模擬生活污水,配方按照微生物所需的營養比例BOD5∶N∶P = 100∶5∶1 ,投加少量的氯化鈣、硫酸鎂、硫酸鉀。進水水質pH 6. 5～7 ,水溫為常溫,COD 260～620 mg/ L ,氨氮1. 259～7. 516 mg/ L。

　　1. 4 　運行方式及運行參數

　　實驗采用間歇式運行方式,連續出水間歇曝氣。時間繼電器控制2 臺泵間歇曝氣。實驗在曝氣量為0. 2 m3/ h 時,氣水比為40∶1 ,一號反應器曝氣30 min 停5 min ,二號反應器曝氣30 min 停10 min。通過對比找出最優間歇時間,對有機物和氨氮去除效果最佳,而膜污染速率不會加快。實驗所用污泥取自北部污水處理廠二沉池回流污泥,在接種污泥培養馴化一段時間后投加到生物反應器中。整個實驗過程中不特意排泥,只是在監測分析及膜清洗時損失一部分。實驗裝置如圖1 所示,連續運行40 d。

　　2 　結果與討論

　　2. 1 　有機污染物的去除

　　運行穩定后的MBR 對生活污水的處理效果見圖2、圖3。由圖2 可知,在MBR 運行穩定后, 在不同間歇時間條件下膜生物反應器對有機物具有良好的去除率, 在各種反應條件下不論原水COD 值如何變化, 總的有機物去除率在91. 48 %～98. 25 %之間,由圖3 可知,出水COD 值不大于30

圖1 　CODcr去除率隨時間的變化

　　說明MBR 對有機污染物具有良好的去除率,運行方式的不同對有機物的去除并沒有太大的影響,這主要是通過膜的截流作用,將大分子有機物完全阻隔在生物池內,由于膜的截流作用,提高了有機物的去除率。顧平對抽吸一體式MBR能耗分析表明:曝氣的能耗占總能耗96 %以上[5 ] 。試驗所采用的間歇曝氣方式對膜生物反應器高耗能的問題有一定的幫助作用。

圖2 　CODcr質量濃度隨時間的變化

圖3 　NH3 N去除率隨時間的變化

　　2. 2 　氮的去除

實驗過程中連續監測原水、反應器上清液、膜出水的NH3 N 值,結果見圖4、圖5。由圖4、圖5 可知MBR 具有較好的硝化能力。從圖4 可以看出在生物反應階段, 1 號反應器氨氮的去除率在86. 27 %～93. 42 % , 平均去除率為90. 11 %;2 號反應器氨氮去除率在80. 2 %～95. 7 % , 平均去除率為88. 37 %; 總的NH3 N 去除率1 號反應器88. 49 %～95. 82 % , 平均去除率為92. 24 % , 2 號反應器在83. 8 %～94. 8 % ,平均去除率為89. 33 %。由圖5 可知1 號反應器出水NH3 N 最大為0. 741 mg/ L ,最小為0. 211 mg/ L ;2 號反應器出NH3 N 最大為1. 11 mg/ L ,最小為0. 26 mg/ L。