一體式膜—生物反應器處理洗浴污水
膜—生物反應器是把生物處理與膜分離相結合的一種組合工藝，它不僅能高效地進行固液分離，得到可以直接回用的穩定出水，而且可在生物反應池內維持高濃度的微生物量，提高處理裝置的容積負荷，節省占地面積。此外，該工藝剩余污泥產量低，操作管理方便[1]。
洗浴污水大多產生于公共浴室、賓館等地，一般水量大而有機物含量低，是污水資源化的重要水源，經適當處理后可回用于綠化、沖洗廁所等。
1 試驗裝置與方法
1.1工藝流程
一體式中空纖維膜—生物反應器的中試裝置設在清華大學東北浴室附近，用于處理學生浴室的洗浴污水，其工藝流程如圖1所示。整個裝置主要由生物反應池和膜組件兩部分組成。生物反應池尺寸為0.9 m×0.93 m×2 m，有效容積為1.5 m3，內部被隔板分為升流區和降 流區兩部分。聚乙烯中空纖維微濾膜組件共有8塊，膜總面積32m2，分兩層置于反應池升 流區。膜組件下設有穿孔管，曝氣量控制在35～50 m3/h。壓差計用于監測在運行過程 中膜過濾壓差的變化。液位控制器用于控制生物反應池液面使之恒定。電子流量計用于測定膜出水的瞬時流量和累計流量。
洗浴污水經0.9 mm的不銹鋼篩網過濾后進入高位水箱，再流入生物反應池，有機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經膜過濾后形成處理出水。出水泵采用間歇方式運行，即開13min，停4 min。整個系統的設計處理能力為10 m3 /d，水力停留時間(HRT)為3.15 h，試驗過程沒有人為排泥。
1.2試驗用水水質
試驗污水水質如表1所示。
表1 試驗污水水質| 溫度(℃) | 濁度(NTU) | pH | 嗅 | NH3-N(mg/L) | NO2--N( mg/L) |
| 20～25 | 146～185 | 5.8～6.3 | 芳香 | 0.59～1.01 | 0.02～0. 08 |
| NO3--N(mg/L) | COD( mg/L) | TOC(mg/L) | SS(mg/L) | BOD5(mg/L) | LAS(mg/L) |
| 0.03～0.07 | 130～322 | 68～126 | 15～50 | 99～212 | 3.5～8.9 |
1.3測試項目與方法
測試項目包括各種常規水質指標，均采用國家環保局《水和廢水監測分析方法》中的標準方法進行監測。
2 試驗結果與分析
2.1污染物去除效果
圖2為原水、生物反應池上清液和膜過濾出水的COD變化情況以及系統各部分對COD 的去除效果。
從圖2可以看出，整個系統對COD的去除率為78.5%～100%，出水COD濃度穩定在40 m g/L以下。活性污泥對COD的去除起到了主要作用，在進水COD為130～322mg/L的情 況下，生物反應池上清液的COD濃度一般都低于100 mg/L，但其處理性能不夠穩定，C OD去除率在42%～85%之間波動。膜對系統的穩定出水起到了重要作用，彌補了生物反應池處理性能的不穩定，提高了系統整體的抗沖擊負荷能力，使COD去除效率保持在較高水平。
圖3為原水、生物反應池上清液和膜過濾出水的陰離子洗滌劑(LAS)濃度變化及系統各部 分對LAS的去除效果。
由圖3可見，生物反應池上清液和膜過濾出水中LAS濃度基本相等，盡管進水LAS濃 度很高，在3.46～8.90 mg/L之間變化，但系統出水始終<0.2 mg/L。整個系統和 生物反應池部分對LAS的去除率均在98%以上。
以上結果說明LAS的去除主要靠生物反應池中微生物的分解作用，膜對LAS的截留作用很小。
2.2系統出水水質
表2匯總了系統穩定運行后的膜出水水質與建設部頒布的生活雜用水回用標準(CJ25.1—19 89)的主要項目比較。大腸菌群在運行前期未檢出，故在運行后期沒有繼續檢測，但發現膜內表面滋生有微生物，可能對出水會造成一定影響。其余各項出水水質指標均滿足雜用水回 用標準，也就是說，膜出水只需經簡單消毒處理就可以安全回用于沖廁、綠化、掃除、洗車等場合。
表2試驗出水水質與建設部生活雜用水回用標準主要項目的比較| 項目 | SS(mg/L) |
NH3-N (以N計，mg/L ) |
COD (mg/L) |
BOD5 (mg/L) |
LAS(mg/L) |
|
本系統出水沖廁、 綠化掃除、洗車 |
— ≤10 ≤5 |
0. 22～0.42 ≤20 ≤10 |
＜40 ≤50 ≤50 |
＜5 ≤10 ≤10 |
＜0.2 ≤1.0 ≤0.5 |
| 項目 | 色度(倍) | 濁度(NTU) | pH | 嗅大 | 腸菌群(個/L) |
|
本系統出水沖廁、 綠化掃除、洗車 |
＜3 ≤30 ≤30 |
＜1 ≤10 ≤5 |
6.5 6.5～9.0 6.5～9.0 |
無異常 無不快感 無不快感 |
運行前期未檢出 ≤3 ≤3 |
2.3容積負荷與污泥負荷
膜—生物反應器中膜的高效截留作用使微生物全部截留于生物反應池中，不僅維持了較高的 污泥濃度和容積負荷，而且可以增強反應池的抗沖擊負荷能力。在試驗過程中，容積負荷和污泥負荷與傳統活性污泥工藝相比波動較大[容積負荷波動于0.50～1.85 kgCOD/(m3· d)，污泥負荷波動于0.33～2.02 kgCOD/(kgVSS·d)]，但這種波動沒有對COD和 LAS的去除效果產生影響，充分顯示了膜—生物反應器的抗沖擊負荷能力。此外，試驗 達到的最大容積負荷UV為1.85 kgCOD/(m3·d)，相當于活性污泥法的2～3倍。
2.4膜通量和膜過濾壓差的變化
為減緩啟動階段的膜污染，須分階段由小到大控制膜通量。首先將膜通量控制在6.25 L/( m2·h)運行一段時間，然后逐步增大至9.4L/(m2·h)、13.125 L/(m2·h) ，最后穩定于13.75 L/(m2·h)不變。運行125 d后，由于膜過濾壓差較高而重新將膜通量降低至11 L/(m2·h)左右。
試驗運行前期膜過濾壓差增長迅速，經分析可能是由于污泥沉積在膜表面所致，因此分別在運行至第34、60、90和100 d時停止進、出水，只維持曝氣，企圖去除膜面污泥層，對膜的過濾性能進行恢復。從膜過濾壓差的變化情況來看，第34 d和60 d的恢復效果較好，但第90 d以后的恢復效果不太好，尤其是第100 d，幾乎無恢復效果。運行至21 6 d，膜過濾壓差上升到了60kPa，運行停止。
2.5膜污染分析
為了解造成膜污染的原因，運行第208 d時剪下一段膜絲進行電鏡觀察(見圖4)。可以看出， 膜外表面污泥沉積情況很不均勻(圖4a)。在膜絲內部負壓和膜面紊流形成的剪切力等雙重作用下，有些污泥在膜外表面的局部沉積下來，這些沉積污泥由絲狀真菌、放線菌、球菌和桿菌組成。絲狀真菌表面輪廊清晰，產生的分泌物較少，而其余菌種周圍都有厚厚的一層分泌物。這些分泌物不僅對凝結菌膠團起到了重要作用(圖4b)，還附著于膜表面或進入膜的孔道成為膜表面凝膠層的重要組成物質(圖4c)。另一方面凝膠層對膜外表面的污染相當普遍，整體來看形成得相對均勻，但從小范圍來看厚度差異較大，變化于0～5μm之間(圖4c)。
膜內表面微生物的滋生也是膜污染的一個重要原因(圖4 d)。在膜的內表面均勻生長了一層以絲狀真菌為骨架、球菌和桿菌相附著的薄薄的微生物層，這些微生物也分泌出一些代謝產物，但比膜外表面少得多。膜內表面污染主要以微生物層為主。
3 結論
①一體式膜—生物反應器工藝用于處理并回用洗浴污水在技術上是可行的。試驗表明，無論進水水質如何變化，均能得到優質而穩定的膜過濾出水：COD<40mg/L、NH3-N< 0.5 mg/L、LAS<0.2 mg/L，且無色無味、無SS，符合建設部頒布的生活雜用水回用標準。
②在膜—生物反應器中活性污泥對COD和LAS的去除起主要作用，而膜分離對維持穩定的系統出水起到了重要作用。
③膜—生物反應器的 試驗容積負荷UV為0.50～1.85 k gCOD/(m3·d)，污泥負 荷Ua為0.33～2.02 kgCOD/(kgVSS·d)，二者隨進水水質波動較大，但由于膜—生物 反應器抗沖擊負荷能力較強，這一波動沒有影響系統出水水質。
④系統在沒有對膜進行任何化學清洗的條件下連續運行了216 d。
⑤電鏡觀察表明，膜外表面污泥層的沉積、凝膠層的增厚和膜內表面微生物的滋生是造成 膜污染的主要原因。
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