摘要:采用生物膜 膜生物反应器处理生活污水。结果表明 :在DO ,pH等因素控制得当的情况下 ,系统对COD ,NH3 -N和TN的平均去除率分别为 92 82 % ,93 0 4 %和 88 93% ,同时获得了0 15 6 gSS/ gCOD的剩余污泥产率。试验期间还对膜通量的变化情况进行了考察 ,在小试的基础上提出了延缓膜污染的措施
关键词:生物膜─膜生物反应器,剩余污泥产率,膜污染,生活污水
膜生物反应器是膜技术和生物技术有机结合产生的污水处理新工艺,膜的高效截留作用可使反应器内维持较高的污泥浓度,较低的污泥负荷,微生物的生长尚未达到“维持性物质转化水平,”理论上无需排放污泥〔1〕。笔者对一体式膜生物反应器处理生活污水时污泥活性变化情况及系统对有机物与氨氮的去除效果进行了初步研究,探讨了该工艺处理生活污水时应采取的排泥措施。
1 试验装置
考虑采用生物膜O超滤膜组合工艺来处理生活污水。因为对于活性污泥膜生物反应器工艺而言,虽然高浓度的悬浮污泥具有处理效率高、抗冲击负荷能力强等优点, 但是也会因此而增加对膜的污染,以及增加膜的堵塞几率和清洗频率等, 采用生物膜工艺有利于污泥的附着生长, 使得悬浮污泥的浓度较低, 从而可以降低对膜的堵塞程度。另外, 考虑将超滤膜与生物膜反应池分开设置, 在超滤膜的下部附近设置曝气装置, 这样一方面可通过曝气延缓污泥对超滤膜的污染, 另一方面防止由于长时间运行在超滤膜的膜丝间附着的污泥发生厌氧腐化现象而造成出水水质恶化。将二者分开设置的优点是有利于好氧生物膜反应池中的曝气充氧和对超滤膜的曝气防污染分开控制, 以便于根据运行况来确定各自合适的曝气量。
试验装置如图1 所示, 试验用膜为中空纤维膜组件, 膜材质为聚丙烯, 膜孔径为011 Lm, 膜组件长度为013 m, 膜的表面积为112 m2。贮水箱与平衡水箱都是用钢板制成, 体积分别为300 L 和50 L, 生物膜反应器的有效积为1613 L, 生物载体填料的装填密度为反应池容积的30%。反应器的液位由平衡水箱中的浮球阀进行控制, 随着出水流量的变化, 由浮球阀进行自动控制, 可同步保持出水流量与进水流量平衡。试验中对生物膜反应池和超滤膜组件分别采用微孔曝气器和结晶砂曝气头进行曝气,曝气量由空气流量计进行调节, 出水动力由净水头压差H 提供, 污水在生物膜反应池中的停留时间为6 h。试验期间, 水温一直稳定在20 e 左右。
2 试验用水
试验用水采用人工配置, 原料为直链淀粉、蔗糖、蛋白胨、NH4Cl、K2HPO4 和KH2PO4, 用量按CBNBP U130B10B1 投加。试验重点考察DO, pH 对工艺去除碳、氮性能的影响以及系统的污泥产率。
3 DO对系统去除碳、氮性能的影响。
3．1 对COD 去除的影响
在不同的试验期间将生化池中的pH 调节在715 左右, 而将DO 分别控制在5 mg/ L, 3 mg/ L, 1mg/ L 和015 mg/ L 左右, 系统对COD 的去除情况见图2。
试验初始将DO 设置在5 mg/ L 左右时,COD 的平均去除率为95119% , 膜出水中COD 基本上维持在20 mg/ L 以下; 第二阶段DO 在3 mg / L左右波动, 出水中COD 还是维持在一个较低的数值, 平均去除率为93140%; 当DO 降至1 mg/ L 时,出水中COD 与上一阶段基本没有变化, COD 平均去除率为92182% ; 最后, 当反应池中DO 降至015mg/ L 左右, 膜出水中COD 略有上升, 大体在40mg/ L 上下波动。但是总体看来DO 对生物膜O超滤膜组合系统去除COD 的性能影响不大。
3．2 对氨氮去除的影响从图3 可以看出, 当DO 在3 mg/ L 以上时, 氨氮的去除基本上不受DO 的影响, 氨氮的去除率在92%～ 97% 之间; 当DO 降至1 mg / L 时, 膜出水中氨氮略有升高, 一般在2 mg/ L 左右, 氨氮的平均去除率为93104%; DO 继续降至015 mg/ L 时, 硝化过程由于DO的供应不足而受到限制, 从而使氨氮的去除受到较大的影响, 出水中氨氮大幅度升高, 平均去除率只有56132%。
3．3 对总氮去除的影响
从图4 可以看出DO 对于总氮的去除影响很大。当DO 为6 mg/ L 时, TN 的平均去除率只有49131%。总氮包括氨氮、有机氮和硝态氮等形态,在好氧生化池内氨氮转化为硝态氮只是氮的形态发生了改变, 就总氮数量而言并没有减少。只有使硝态氮在厌氧环境下进行反硝化并最终以气态氮的形式从污水中逸出, 才能使系统的总氮含量降低。而在高的DO 情况下, 即使在高浓度的附着型污泥絮体内部也很难形成缺氧区, 因而使得微环境反硝化过程受到抑制, 总氮的去除并不理想; 当DO 降至3mg/ L 时, 总氮的去除率有所升高, 这是由于能够形成缺氧区的污泥絮体增加, 反硝化能力得到加强所致, 平均去除率升至68135%; DO 为1 mg / L 时, TN的去除率增至88193% , 出水中TN 含量基本上在315 mg/ L 左右; DO 继续下降为015 mg / L 时, 生化池中硝化过程受到抑制, 出水中含有大量的氨氮, 导致出水中TN 含量上升, 平均去除率为54136%。
4 pH对系统去除碳、氮性能的影响
当生化池中DO 维持在1 mg/ L 左右时, 系统对COD, NH3 - N 和TN 的去除率均很高, 分别为92182%, 93104%和88193%。固定生化池中的DO在1 mg/ L 左右, 改变进水的pH 来考察pH 对系统去除碳、氮性能的影响, 结果见表1。
从表1 看出, 当进水pH 为415 时, COD 的相对去除率较低, 但出水值均在40 mg/ L 以下, 随着进水pH 的升高, COD 的去除率有所上升。从总体来看, 进水pH 对COD 的去除效果影响不大。当进水pH 为415 左右时, 由于混合液的稀释作用以及微生物对小分子脂肪酸的生物降解作用, 实测反应池中的pH 一般均在613 左右, 在此条件下, 硝化效果不是很好, 只达到56132%, 对TN 的去除率为51130%; 随着进水pH 的升高, 反应池中混合液的pH 也有所升高, 进水pH 升高到515 时, 反应池中的pH 在711 左右, 系统的硝化能力和对总氮的去除能力都有较大程度的提高, 当进水pH 升至715时, 反应池中的pH 在7184 附近波动, 由于硝化反应的最适pH 为810～ 814, 而反硝化最适pH 在615～715, 所以反应池中的pH 恰好处于比较适合同时进行硝化反硝化的pH 区间, 此时膜出水中氨氮可以维持在1 mg/ L左右, 平均去除率达到了93129%, 对总氮的去除率也达到了90127%。以上这些数据表明了pH 是影响系统脱氮的较为重要的因素之一。
5 生物膜O膜生物反应器系统的剩余污泥产率
将进水的pH 和生化池中的DO 分别维持在715 和1 mg/ L, 在此基础上, 试验考察了生物膜O膜生物反应器组合系统的剩余污泥产率, 结果见图5。。
因为生物膜上的附着型污泥浓度较难测定, 故认为系统在达到稳态后, 每天从泥斗中排除的剩余污泥就是系统新增的污泥量。从图5 可以看出, 在试验的一个多月期间, 剩余污泥产率基本上均在0112～ 0117 gSS/ gCOD 之间变化, 只是在第19 天时由于填料上脱落的衰亡生物膜数量较大而达到了01374 gSS/ gCOD。试验期间系统的平均剩余污泥产率为01156 g SS/ gCOD, 而在常规污水处理厂的正常运行条件下系统的污泥产率为0140 gSS/gCOD，由此可以看出该工艺较大幅度地降低了剩余污泥的产率。
6 超滤膜通量的变化
在试验期间对超滤膜组件的通量变化进行了考察, 将净水头压差维持在014 m 不变, 结晶砂曝气头的曝气量为0102 m3/ h, 观察膜通量随着运行时间的延长而发生的衰减变化情况。由于前序的生物膜工艺使得进入膜组件的混合液中悬浮型污泥浓度很低, 经测定基本上在400 mg / L 左右, 再加上曝气作用使得污泥�夏言谀ぷ榧嫌薪洗蟪潭鹊亩鸦�, 因而没有出现由于纤维束间污泥累积造成缺氧条件而污染出水水质的现象, 同时也延缓了膜组件的通量衰减。在试验的34 d 时间内, 超滤膜组件连续运行, 没有进行水力反冲和化学清洗, 但是膜通量的下降情况并不太明显, 由3151 L/ ( m2#h) 降至2166L/ ( m2#h) , 通量仅仅下降了2412%( 见图6) 。由此可以看出采用降低悬浮型污泥浓度并辅以曝气的运行方式可以较大程度地缓解膜组件的污染状况。
7 结论
( 1) 采用生物膜O膜生物反应器复合系统处理生活污水, 发现DO 对COD 去除影响不大; 对TN 去除影响很大; 当DO< 015 mg / L 时, 影响氨氮的去除。
( 2) 进水pH 在415～ 715 之间变化对COD 的去除率影响不大, 但是对NH3 - N 和TN 的去除效果影响较大。
( 3) 生物膜O膜生物反应器组合系统大幅度地降低了系统的剩余污泥产率, 在试验的34 d 中获得了01156 gSS/ COD 的平均剩余污泥产率, 与常规工艺相比降低了约60%。
( 4) 利用生物膜工艺中悬浮型污泥浓度较低的特点再辅以对膜组件单独曝气的运行方式可以大大延缓超滤膜的污染状况。在试验的一个多月中, 没有进行化学清洗, 超滤膜的通量衰减仅为2412%。
