膜-序批式生物反应器处理生活污水.pdf

膜-序批式生物反应器处理生活污水 ＊ 高玉兰 1,2 冯旭东 1 汪 苹 1 1.北京工商大学化学与环境工程学院, 北京 100037; 2.皖西学院城市建设与环境系, 安徽六安 237012 摘要 采用膜-序批式生物反应器处理生活污水, 在不排泥条件下考察了系统连续运行的稳定性。 结果表明 在气水 比为 35∶ 1、运行周期为 5. 75 h 时, 系统出水稳定, CODCr、氨氮和浊度平均去除率分别为 89. 8、99. 3、99. 6; 膜自身 的平均去除率分别为 10. 2、0. 1、9. 5。 膜分离过程强化了系统处理效果; 膜操作压力 TMP 上升缓慢, 出水水质 优于生活杂用水水质标准。 关键词 膜-序批式生物反应器 生活污水 氨氮 ＊北京市教委科技发展项目 KM200510011006 0 引言 膜-序批式生物反应器是膜分离技术与 SBR工艺 的有机结合 , 它不仅保留了传统 SBR 工艺抗冲击负 荷能力强 、 氧转移效率高 、 工艺简单 、 微生物活性高等 一系列优点 [ 1] ,而且通过膜的截留使世代周期长的硝 化细菌在反应器内积累, 提高了系统的硝化效果。另 外,由于膜的高效截留作用可大大改善传统 SBR 工 艺固液分离效果不好的弊端, 缩短 SBR运行周期 ,提 高系统出水水质 。 试验采用膜-序批式生物反应器处理生活污水, 研究了系统在不排泥条件下, 污染物的去除效果及系 统连续运行的稳定性 ; 通过膜组件在沉降阶段结束时 对反应器上清液进行抽滤, 考察膜操作压力的变化。 研究表明 ,系统出水水质优于建设部颁布的生活杂用 水水质标准。 1 试验装置与方法 1. 1 试验装置 试验采用一体式膜生物反应器 ,试验装置如图 1 所示。生物反应器为有机玻璃长方体, 有效容积为 56 L ,反应器内装有隔板 ,将反应器分成容积大致相 等的两部分 ,膜组件放置在隔板一侧, 另一侧装有搅 拌装置。采用空压机利用砂型曝气头向反应器供氧, 并将曝气头均匀固定在一钢管上, 使其成为一整体放 置在膜组件下方 ,曝气量由转子流量计控制。在曝气 反应阶段, 反应器内一侧将形成上升流 , 另一侧为下 降流, 从而使反应器曝气均匀, 强化传质效果 [ 2] 。为 减缓膜污染引起的压力上升, 对该系统采用恒流操作 和间歇抽吸的方法 [ 3] , 设定抽吸 15 min, 停抽 5 min。 试验膜组件采用国产外压型中空纤维微滤膜 ,材质为 聚偏氟乙烯, 膜孔径 0. 2 μ m , 单片膜组件表面积为 1 m 2 。 图 1 试验装置示意图 1. 2 试验方法 在不排泥条件下, 膜生物反应器采用缺氧-好氧 工艺运行,分为瞬时进水 、缺氧搅拌 、 曝气反应、沉淀 和间歇排水阶段 ,各阶段均由时间继电器控制 。在气 水比为35∶ 1、运行周期为 5. 75 h 下系统连续运行 ,考 察系统对污染物的去除效果。另外 ,在运行期间未对 膜组件进行任何清洗 ,观察膜操作压力变化情况。 试验原水为北京某大学校园中水站生活污水 ,接 种污泥为北京市北小河污水处理厂二沉池回流污泥, 采用试验原水对污泥进行同步驯化 ,经过 1 个月达到 稳定 。原水水质如表 1。 表 1 原水水质 CODCr mgL- 1 BOD5 mgL- 1 氨氮 mgL- 1 pH 浊度 度 SS mgL- 1 水温 ℃ 144 . 5～ 544. 8 62 . 1 ～ 381 . 4 36 . 1～ 110 . 5 7 . 5～ 8 . 5140～ 56055 ～ 26017 ～ 28 2 结果与讨论 2. 1 CODCr去除效果 在48 d 的连续运行期间 , 系统出水和反应器上 清液 CODCr值及其去除率见图 2。 14 环 境 工 程 2006年 4 月第24 卷第2 期 图 2 CODCr去除效果 由图 2 知, 在整个运行期间 , 进水 CODCr浓度在 144. 5～ 544. 8 mg L , 平均为 334. 3 mg L , 系统膜出水 CODCr值在 15. 1～ 39. 1 mg L ,平均为 27. 7 mg L ,CODCr 总去除率在 76. 0～ 97. 1, 平均为 89. 8; 上清液 CODCr浓度在30. 1 ～ 94. 8 mg L , 平均为 55. 5 mg L, 生 物反应器 CODCr去除率在 41. 7～ 93. 8, 平均为 79. 7。膜出水与上清液 CODCr去除率的比较表明 膜出水CODCr去除率与反应器上清液 CODCr去除率变 化趋势基本相同, 但膜出水 CODCr变化较上清液 CODCr变化要平缓的多 , 膜自身 CODCr去除率贡献为 1. 4～ 34. 3,平均为 10. 2,说明膜能有效截留生 物反应器内的有机大分子物质 ,强化了系统对 CODCr 的去除效果,使膜生物反应器具有较强的抗冲击负荷 能力 ,对系统稳定运行发挥着重要作用 。 从图 2中还可发现 ,在系统运行的第16～ 32 d 时 段内, 反应器上清液 CODCr去除率较低, 且波动较大, 这可能是因为在此期间进水 CODCr浓度较低, 曝气量 充足 ,使得反应器内一部分较难降解有机物进一步降 解为小分子有机物, 不能被膜及膜表面形成的凝胶层 截留 ; 另一方面 ,氧过量使反应器内一些老化微生物 发生自溶 ,加上可溶性微生物代谢产物的积累等导致 反应器上清液 CODCr浓度上升 [ 4] , 去除率明显下降。 随后, 反应器上清液 CODCr去除率又逐渐提高, 这可 能是因为反应器内积累的可溶性微生物代谢产物随 着时间的延长会被进一步降解。刘锐曾在不排泥条 件下对一体式膜生物反应器污染物去除效果及微生 物代谢特性进行的研究中也得出相似的结果 [ 4] 。 2. 2 氨氮去除效果 试验结果见图 3, 在系统运行的前 11 d, 由于进 水氨氮值较高, 在 88. 5 ～ 110. 5 mg L 之间, 反应器内 硝化细菌还未完全适应生长环境, 因此系统出水氨氮 值较不稳定 ,在 0 ～ 4. 7 mg L 之间波动 , 系统氨氮总 去除率在 94. 9 ～ 100. 0,平均为 99. 3, 膜自身氨 氮去除率在 0～ 1. 4; 当运行到 11 d 之后, 随着硝 化细菌对环境的适应及其数量上的增长 ,加之试验期 间由春季过渡到夏季 ,环境温度的升高使系统水温不 断上升 ,更利于硝化细菌的生长与代谢 , 使得系统的 硝化性能良好, 系统出水及反应器上清液的氨氮均未 检出 。这充分说明膜生物反应器对世代周期长的硝 酸菌和亚硝酸菌的截留大大提高了系统的硝化性能。 而膜本身对氨氮的截留作用很小,说明氨氮的去除主 要靠生物的硝化和同化作用来实现 。 图 3 氨氮去除效果 2. 3 浊度去除效果 由图 4可知, 系统膜出水浊度在 0. 3 ～ 2. 0 度, 平 均为 1. 2 度, 浊度总去除率在 99. 1～ 99. 9, 平均 为 99. 6; 上清 液浊度在 9. 3 ～ 79. 0 度 , 平 均为 29. 9 度,生物反应器浊度去除率在 69. 3～ 98. 9, 平均为90. 3; 膜自身浊度去除率在 1. 0～ 29. 5, 平均为 9. 5。这说明膜对反应器内的悬浮物和生 物污泥具有良好的截留作用, 改善了系统出水水质 。 图 4 浊度去除效果 2. 4 膜操作压力变化 在气水比为 35∶ 1 的条件下连续运行了 48 d, 在 此期间未对膜进行任何清洗, 膜操作压力一直在平缓 的上升,从初始的 4 kPa 达到近 9 kPa , 这说明了随着 时间的延长 ,膜污染程度逐渐增大, 但本试验的膜污 染程度要比一般的一体式膜生物反应器轻得多 [ 5] 。 这是因为本试验依据序批式生物反应器 SBR 具有 曝气-沉降-间歇运行的特点, 利用中空纤维微滤膜的 沉降阶段对上清液进行抽滤, 由于上清液中的污泥含 量小, 可以有效降低分离过程中的膜污染 ,较好地保 15 环 境 工 程 2006年 4 月第24 卷第2 期 持膜过滤性能的稳定 。另外, 通过膜分离改善了因污 泥沉降性能不好而导致 SBR固液分离效果不好的弊 端,从而提高了出水水质 。 系统出水水质与生活杂用水水质标准主要项目 比较 [ 6] 见表 2。 表 2 试验系统出水水质与生活杂用水水质标准主要项目比较 项目 CODCr mgL- 1 BOD5 mgL- 1 氨氮 mgL- 1 pH 浊度 度 SS mgL- 1 色度 倍 本系统出水40≤57. 0～ 8 . 0≤220 冲厕、绿化标准≤50≤10≤206. 5～ 9 . 0≤10≤10≤30 扫除、洗车标准≤50≤10≤106. 5～ 9 . 0≤5≤ 5≤30 3 结论 1 应用膜-序批式生物反应器处理生活污水 ,在 不排泥条件下连续运行 48 d, 系统 CODCr、氨氮 、 浊度 的平均去除率分别为 89. 8、99. 3、 99. 6, 其中膜 自身的平均去除率分别为 10. 2、0. 1、9. 5。膜 本身对氨氮几乎无截留 ,但对 CODCr及浊度的强化去 污作用显著,对系统的稳定运行发挥着重要作用。 2 该试验在沉降阶段利用中空纤维微滤膜组件 对上清液进行抽滤, 有效地降低了分离过程中的膜污 染,较好地保持膜过滤性能的稳定 。另外 ,通过膜分 离改善了固液分离效果, 提高了出水水质 ,出水水质 优于生活杂用水水质标准 。 参考文献 [ 1] 张统等. 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The optimum operating conditionssuch as air -to -water flow ratio of 50 and HRT of 5 hours are found. In addition, the average removal rates of CODCrand NH 4-N are respectively higher than 75 and 98. The treatment results of the effluent CODCr50 mg L and NH 4-N10mg L, which are satisfactory. Keywords ammonia nitrogen, bio -treatment, multiple airlift loop reactor and low ratio of height to diameter ANALYSIS OF PHOSPHOROUS AND NITROGEN REMOVAL BY IMPROVED DE OXIDATION DITCH PROCESSTang Minkang XuJianhong Zeng Yan9 Abstract Based on the good effect of Xindou Wastewater Treatment Plant for selecting improved DE oxidation ditch process, it is analysed the improved process and the improved DE oxidation ditch itself. Finally the improved experiments for strengthening phosphorous and nitrogen removal are summarized. Keywords DE oxidation ditch, phosphorous and nitrogen removal, process flow andwastewater treatment TREATMENT OF LEACHATE FROM MUNICIPAL SOLID WASTE IN INCINERATOR WITH UASB Deng Daiqing Xia Fengyi Li Guangming et al 11 Abstract Leachate from solidwaste store -tank in municipal solid waste incinerators factory has the character of high organic contamination and low pH. The start -up perance of commercial -scale UASB reactors to treat leachate at ambient temperature was investigated. The experiment was also designed to investigate the effects of CODCrdegrading efficient on HRT and VLD. The resultsindicate that at a HRT of 6 d and the VLD of 5 kg m3d, the CODCrdegrading efficiency is above 85, and the gas produced from the organic contamination of each raw leachate is 22. 5 L. Keywords UASB, municipal solidwaste, incinerator and leachate EXPERIMENTALSTUDYONRESIDENTIALSEWAGETREATMENTBYMEMBRANE- SEQUENCING BIOREACTORGao Yulan Feng Xudong Wang Ping 14 Abstract Membrane -sequencing bioreactor was used to treat residential sewage. The stability of system was investigated without sludge discharge. The result shows that the average removal efficiency of CODCr, ammonia nitrogen and turbidity has reached 89. 8, 99. 3 and 99. 6 respectively under the conditions of air -water ratio 35∶ 1, operation period 5. 75 h. The membrane has a contribution to the removal efficiency of CODCr, ammonia nitrogenand turbidity respectively with 10. 2, 0. 1 and 9. 5. The membrane separation process can enhance the waste water treatment effect and trans -membrane pressure TMP rises slowly. The effluent quality was superior to the standards for water reuse. Keywords membrane -sequencing bioreactor, residential sewage and ammonia nitrogen TREATMENTOFLEACHATEFROMMUNICIPALSOLIDWASTELANDFILLSBY EVAPORATION INVACUUMYang Qi He Pinjing Shao Liming 17 Abstract Evaporation has been used for treatment of landfill leachate at a certain extent. After a brief summary of development of evaporation technology in treatment of landfill leachate, the emphasis is put on the introduction to a new type of technology -evaporationin vacuum, which is considered to be able to avoid the primary problem of traditional evaporations equipment erosion, and has a low demand on energy supply. The effluent of evaporation in vacuum can be discharged directly to sewage treatment plant, or can be reused after a treatment by membrane. Keywords landfill leachate, equipment erosion, evaporation in vacuum and reverse osmosis PRETREATMENT TEST OF ANTIBIOTICWASTEWATERWITH SUPERHIGHCONCENTRATION Qing Xiangchun Chen Fanzhong Ye Hengpeng et al 20 Abstract The pretreatment of the antibiotic wastewater was studied. The process is flocculation※a biochemical hydrolyzation by the acclimated bacillus anoxic hydrolyzation※re -flocculation※catalytic oxidationby Fenton reagent. Each chemicaloxygen demand CODCrremoval efficiency of the processes is 30. 31, 27. 0, 32 . 88 and33. 82. The chemical oxygen demand CODCrof the wastewater was reducedfrom over 50 000mg L to about 10 000mg L. It provided a of the pretreatment of antibiotic wastewater. Keywords antibiotic wastewater, flocculation, bacillus and Fenton reagent APPLICATIONOFAIR -FLOATATIONANDSBRINTREATMENTOFSILK-MAKING WASTEWATERLi Naiwei Wang Litong Shi Hui 23 2 ENVIRONMENTAL ENGINEERING Vol. 24, No. 2,Apr. ,2006