二段淹沒式膜生物反應器處理城市生活污水
淹沒式膜生物反應器是膜生物反應器的一種。此工藝的特點是直接將膜組件置于生物反應器中，污水中的污染物轉化以及污泥的分離發生在同一反應器中，具有結構緊湊，處理能耗低等特點。但由于其屬于好氧活性污泥工藝，也具有污泥產率高的缺點。為降低污泥產量，已有學者在人工合成污水和實驗室規模基礎上，采用二段式膜生物反應器刺激原生動物纖毛蟲和鞭毛蟲，以及后生動物輪蟲和線蟲生長，并指出這些高能級原生動物和后生動物可降低污泥產率20%-30%。
活性污泥中的后生動物蠕蟲也可降低污泥產率。此試驗采用重力流平板膜設計了適合蠕蟲生長的二段式膜生物反應器，主要 研究 了此工藝的出水水質與水量，污泥產率以及膜污染狀況。
1 試驗裝置與 方法
1.1 試驗裝置
蠕蟲屬于高等后生動物，主要以微生物為食，有時也以藻類(diatoms algae)和其他脊柱動物為食，適合在好氧，水力擾動強度不大，有毒物質濃度低，食物充足的環境中生長。根據蠕蟲的這些特點，本試驗采用適合蠕蟲生存的二段淹沒式膜生物反應器，如圖1所示。
本裝置特點：①將單一的反應區分成污染物轉化區和污泥降解區。污水首先進人污染物轉化區，在這一段里，污水中有毒物質得到稀釋與轉化，對第二段污泥降解區中蠕蟲起到緩沖與保護作用。②為避免水泵對蠕蟲的高強度攪拌，選用攪拌強度小的擠壓泵。③通過調節回流污泥量和出水量，控制污泥在轉化區和降解區的分配，使得蠕蟲集中在污泥降解區里消化污泥。污染物轉化區和污泥降解區的有效容積分別為 600 L和 400L。在污泥降解區內設置了10塊總有效面積為8m2 的板式膜。處理水和污泥在此進行有效地分離。膜組件為日本九保田生產的耐污染的重力流聚乙烯微濾膜，膜孔徑為 0.4 μm。主要設計與控制參數見表1。
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表1 主要設計與控制參數
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| 反應區 | 停留時間/h | 污泥質量 度/ （g·L-1） | 溶解氧/（mg·L-1） | 溫度/℃ |
| 轉化區 | 降解區的1/3 | 1.8—2.8 | 25土2 | |
| 降解區 | 12.31～2O.94 | 1.8—2.8 | 25土2 | |
1.2 污水特點
污水為荷蘭Apeldoom市的城市污水。污水經過0.Imm的篩網，然后進人原水箱，最后進人膜生物反應器系統。試驗期間，進人膜生物反應器的原水水質見表2。
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表2 試驗用水水質
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mg·L-1
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項目
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ρ（CODcr）
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ρ（NH3－N）
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ρ（NO2- -N）
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ρ（NO3－－N）
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轉化區
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679.25
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39.43
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0.0176
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0.755
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2 結果與討論
2.l 出水水質
運行時，進水泵由污染物轉化池內液位控制器控制，采用間斷進水，池內有溫度和溶解氧調節器，溫度控制在25 ± 2℃，溶解氧控制在1.8-2.8 mg/L之間。以 CODcr和 NH3-N評價污水處理效果，淹沒式膜生物反應器處理出水效果見表3。
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表3 二段淹沒式膜生物反應器出水水質
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出水p（CODcr）/ （mg·L-1）
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COD去除率l％
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出水ρ（NH3－N）/（mg·L-1）
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NH3-N去除率／％
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18.67
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97.31
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0.24
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99.48
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我國回用水標準規定沖廁水和洗車水的化學需氧量均為 50 mg/L;沖廁水的氨氮為 20 mg/L;洗車水的氨氮為 10 mg/L《生活雜用水水質指標》CJ 25.l-89)。從表 3中可見，二段淹沒式膜生物反應器出水的化學需氧量和氨氮都符合回用水的要求。出水除略帶淡黃色外，濁度均接近于零，完全可以作為中水進行回用。化學需氧量和氨氮量去除率均分別為97.31%和99.48%。出水水質穩定，反應器運行狀態良好。
2.2 出水水量
圖1 所示工藝流程中的膜組件為板式膜，膜的穿透壓卻由組件上方的水頭壓提供。膜的最大耐壓能力為 17 kPa，因此，其最高可利用水頭為1.69 m。在本系統中，通過控制進出污泥降解池的流量，進行出水流量控制。對于某一出水流量，必有相應的水頭高度地而且在運行過程中，△P值隨時間的增加有所增大，增大的快慢速度反映出膜污染狀況。如果膜受污染嚴重，則一迅速地提高。對于本系統采用的板式膜，其運行結果見表4。
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表4 膜及應器運行時的多數變化
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運行時間／d
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水頭變化△p/pa
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膜通量／（L·m-2·h-1·kPa-1）
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污泥質量濃度/（g·L-1）
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233
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784
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15.2
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12.31
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236
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882
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14.2
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13.75
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247
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1029
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11.7
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15.82
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251
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1078
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10.7
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15.32
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265
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1127
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11.1
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20.01
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271
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1274
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10.3
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20.94
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從表4可見，△p上升速度很慢，運行1個月后，水頭壓力神才增高 343 Pa，表明此膜組件是一種耐污染的微濾膜，同時也說明，此系統具有較強抗污染能力。主要原因膜污染是由溶解態和膠體態有機物形成，在本系統中，這些有機物在污染物轉化區得到了降解，未降解的此類有機物也被污泥降解區高濃度的污泥所吸附，使得這些有機物極少有機會接觸到膜介質，這樣，就減輕了膜污染。按此污染速度及膜的最大耐壓能力，此膜組件在無物理和化學清洗的狀態下，其使用壽命為4a。
此系統產水量及流量與時間關系見圖2。在運行34 d內，出水水量穩定在100 L/h左右，共產水量 75.53 m3。根據此狀況，此工藝可 應用 于生活污水處理與回用。
2.3 污泥產量
圖3 顯示了重力淹沒式膜生物反應器蠕蟲數量與污泥產率的關系。當蠕蟲數量為1008條/mL時，污泥產率為 0.32 kg[SS]/kg[COD」，隨著蠕蟲數量升高至266-388條/mL時，污泥產率在0.1-O.15kg[ss]/kg[COD]范圍內變化，并呈下降趨勢。值得一提的是，此結果是在常規污泥負荷(0.35-0.65 g[COD」/(g[SS]·d》和高容積負荷(2-5g(COD)/(L·d)條件下取得的，表明反應器生物降解有機物能力得到了加強，同時也充分表明了蠕蟲消化有機污泥的功能。
3 結論
將淹沒式膜生物反應器分成污染物轉化區和污泥降解區可以刺激高能級后生動物生長，從而達到少產污泥的目的。在低污泥產量情況下，膜生物反應器出水水質良好，其水質可達到中水回用標準。
試驗同時表明，二段淹沒式膜生物反應器是一種抗污泥性能好的新工藝，污水中溶解態和膠體態有機污染物在污染物轉化區得到降解，緩解了對設置在污泥降解區膜組件污染。
以九保田板式膜為污泥分離裝置的二段淹沒式生物反應器出水穩定，該設備可以實際應用于污水處理與回用。
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