兼氧型MBR工艺对污泥自消化效果的研究.pdf

兼氧型 MBR 工艺对污泥自消化效果的研究 廖志民 江西金达莱环保研发中心有限公司， 南昌 330100 摘要 研究了兼氧型 MBR 工艺中， 当溶解氧控制在 0. 1 ～ 3. 0 mg/L 时， 兼性厌氧菌和厌氧菌所占比例达 80 。实验进 水 COD 浓度为 60 ～ 600 mg/L， COD 去除率平均达 93 ; MLVSS 浓度一直保持稳定， 平均值为11 090 mg/L， 而无机灰 分浓度逐渐积累， 实验开始时为3 107 mg/L， 实验结束时达5 830 mg/L。 结果表明， 兼氧型 MBR 工艺可实现污泥自消 化， 不排放有机性污泥。兼氧型 MBR 工艺还对膜组件有一定自清洁作用， 运行周期可达 4 个月。实验证明， 兼氧型 MBR 工艺具有处理效率高、 不排放有机污泥以及减轻膜污染的特点， 是一种创新性的污水处理技术。 关键词 污水处理; MBR 工艺; 活性污泥; COD 去除; 兼性厌氧菌 THE EFFECT OF FACULTATIVE MBR PROCESS ON INTERNAL SLUDGE DIGESTION Liao Zhimin Jiangxi Jindalai Environmental Protection Research Ltd，Nanchang 330100，China AbstractA facultative MBR process was developed with DO from 0. 1 ～ 3. 0 mg/L，about 80 were facultative bacteria and anaerobes in active sludge. Removal rate of COD reached to 93 on average when influent COD ranged from 60 mg/L to 600 mg/L. The concentration of active sludge as MLVSS kept constant with an averge of 11 090 mg/L，while inorganic sludge increased gradually，from 3 107 mg/L to 5 830 mg/L. It is indicated that the facultative MBR can internally digest the aged sludge without discharging organic sludge. It can also internally clean the membrane module to some extents，operation of the cycle can be up to 4 months. The experiment shows that the facultative MBR is highly efficient，no residual organic sludge and low membrane fouling，it is an innovative technology for municipal wastewater treatment. Keywordswastewater treatment;MBR process;active sludge;COD removal;facultative bacteria 随着我国污水处理厂大量建设和运行， 剩余污泥 的处理处置成为一个难题 ［ 1- 2］。目前常用的处理处置 技术包括浓缩、 干燥、 消化、 填埋或焚烧等， 这都需要 比较高的成本， 也容易产生二次污染 ［ 1］。剩余污泥 来自于污水生物处理工艺中微生物大量繁殖。如果 控制微生物的繁殖， 则会降低污泥的产生量， 但是污 水处理效率也会下降。同时， 剩余污泥也是有机质， 能够被生物消化， 使其逐渐得到降解和矿化， 最终只 剩下无机质。因此， 如果能将污水的生物处理与剩余 污泥的生物消化过程叠加在一起， 即在污水得到处理 的同时， 也能够使污泥得到消化， 实现污水污泥同步 处理， 那么剩余污泥处理处置难的问题就可以得到较 好的解决。其中的关键问题是如何既可维持大量的 活性微生物， 又可避免污泥消化的过程影响污水处理 的效率。 本研究采用兼氧型 MBR 工艺， 通过膜材料保持 高浓度的污泥数量， 并控制溶解氧， 改善污泥的自消 化过程， 实现了污水处理过程与污泥自消化过程的同 步进行， 基本做到不排放有机污泥。 1实验方法 实验所用 MBR 反应器处理规模为 80 m3/d， 水 力停留时间为 4. 5 h。所用膜组件为中空纤维微滤 膜， 膜孔径 0. 1 ～ 0. 4 μm。实验 采用生活污水， 其 ρ COD 为 60 ～ 600 mg/L， ρ 氨氮 为 6 ～ 38 mg/L， ρ TN 为 20 ～ 50 mg/L， ρ TP 为 0. 8 ～ 5. 0 mg/L。 实验过程分 MBR 启动阶段和运行阶段。在启动 阶段， 污水经提升后进入 MBR 反应器， 进行污泥培 养， 使生化反应区达到高浓度活性污泥。在运行阶 段， 逐渐降低曝气强度， 控制溶解氧浓度为 0. 1 ～ 3. 0 mg/L， 形成兼氧型 MBR 工艺。 在实验期间， 按照时间顺序抽取水样和泥样， 进 行监测分析。污水水质和出水水质以及污泥成分均 811 环境工程 2010 年 6 月第 28 卷第 3 期 采用国家标准分析方法。 在实验结束时， 采用 MIDI 全自动微生物鉴定系 统， 对 MBR 工艺中污泥细菌进行了分类鉴定。 2实验结果与讨论 运行实验从 2009 年 1 月 2 日6 月 26 日。实验 期间， 只因接种需要， 共计排出 2 m3泥水混合液， 其 余时间均无从实验系统中排放污泥。实验期间， 连续 监测反应器中 COD、 MLSS、 MLVSS、 无机灰分积累即 MLSS-MLVSS 、 跨膜压差以及溶解氧分布情况。 2. 1COD 的去除效果 图 1 所示是实验期间反应器进水和出水 COD 浓 度变化曲线。由图 1 可知， 实验期间进水 COD 浓度 波动范围比较大， 为 60 ～ 600 mg/L， 但是， 出水水质 保持稳定， 除开始运行时出水 COD 浓度曾达到 31. 92 mg/L， 其他出水 COD 浓度均低于 20 mg/L。这说明， 兼氧型 MBR 工艺对于进水 COD 负荷变化的适应性 非常强。 图 1兼氧型 MBR 工艺对 COD 去除效果 进水 ρ COD最 高 为 605. 82 mg/L， 最 低 为 60. 45 mg/L， 平均为 275. 64 mg/L; 出水 ρ COD 最高 为 19. 36 mg/L， 最低为 7. 2 mg/L， 平均为 14. 68 mg/ L。COD 去 除 率 的 平 均 值 为 93 。表 明， 兼 氧 型 MBR 工艺对于生活污水处理效率非常高， 处理后水 质基本可达 GB3838 － 2002Ⅲ类标准。 图 1 所示结果说明， 兼氧型 MBR 工艺能够对生 活污水中 COD 进行高效净化， 所需时间比较短， 出水 水质可与深度处理工艺的效果相媲美， 使出水能够直 接回用于各种用途。这意味着， 改进的 MBR 工艺， 可 以将回用为主的深度处理工艺叠加在传统处理工艺 上， 缩短了污水处理流程， 因而具有重要的工程意义。 2. 2活性污泥的变化情况 图 2 所示为实验期间反应器中活性污泥浓度变 化曲线， 分别由 MLSS、 MLVSS 以及两者差值 MLSS- MLVSS 表 示。可 以 发 现， 在 近 6 个 月 实 验 期 间， MLSS 呈 现 缓 慢 增 加 的 趋 势，从 实 验 开 始 时 的 13 540 mg/L逐渐增加到结束时的15 974 mg/L， 平均 值为15 346 mg/L; 而 MLVSS 基本保持平稳， 实验开 始时为10 433 mg/L， 结束时为10 144 mg/L， 平均值 为 11 090 mg/L。因 此，MLVSS 与 MLSS 的 比 值 为 0. 72。 图 2兼氧型 MBR 工艺中污泥成分及其变化情况 MLSS 代表污泥总浓度， 而 MLVSS 代表污泥中有 机成分， 因此两者的差值代表污泥的无机灰分。图 2 曲线表明， 污泥中无机灰分的浓度呈现逐渐增加的变 化趋势， 从实验开始时的3 107 mg/L增加到结束时的 5 830 mg/L， 平均值为4 255 mg/L。 比较 MLSS、 MLVSS 及其 MLSS-MLVSS 曲线， 可 以发现， MLSS 曲线的变化趋势与 MLSS-MLVSS 曲 线的变化趋势是一致的， 亦即污泥浓度的增加量可能 主要是无机灰分的积累， 而活性污泥浓度基本保持不 变。这意味着， 在反应器处理污水过程中， 部分 COD 被降解和转化为新鲜的活性污泥， 同时部分老化的污 泥得到消化， 从而保持了活性污泥浓度的平衡。 图 2 所示结果对于优化 MBR 技术运行具有重要 意义。处理污水需要比较高的污泥浓度; 但是在好氧 型 MBR 工艺中， 维持高浓度的污泥需要加大曝气量， 而且还容 易 引起 污 泥膨 胀 问 题， 影 响 工 艺 净 化 效 果 ［ 3- 6］， 而兼氧型 MBR 工艺， 则不需要高强度曝气， 也 不会产生污泥膨胀问题 ［ 7- 8］。对于剩余污泥来说， 在 兼氧型 MBR 工艺中， 高浓度的污泥可自行消化剩余 污泥 ［ 9- 11］， 维持活性污泥数量的基本平衡; 而在好氧 型 MBR 工艺中， 由于缺少兼氧过程， 所产生的剩余污 泥不能被消解， 只能定期排出 ［ 12- 13］。因此， 兼氧型 MBR 技术对于解决污水处理中的污泥问题具有重要 的意义。 2. 3MBR 工艺运行中活性污泥存在的菌相 为了解兼氧型 MBR 工艺中微生物状况， 在运行 中对活性污泥进行了菌相形态鉴定 ［ 14- 16］。表 1 是根 据伯杰氏细菌手册 第 8 版对菌种进行鉴定的结 果。由菌相形态对比可知， MBR 反应器中兼性厌氧 菌所占比例达 70 ， 好氧菌所占比例为 10 ， 厌氧菌 所占比例为 10 ， 因此本实验系统确实形成了一种 911 环境工程 2010 年 6 月第 28 卷第 3 期 以兼性厌氧菌为优势的兼氧型 MBR 工艺。 表 1兼性 MBR 工艺菌相形态鉴定结果 检测结果占总菌数 /代谢类型 豚鼠气单胞菌40兼性厌氧菌 小鱼气单胞菌 A30 兼性厌氧菌 蜡状芽孢杆菌-GC A 亚群10好氧菌 大肠杆菌10厌氧菌 克氏葡萄球菌5 其余菌5 2. 4跨膜压差随时间的变化情况 在实验期间， 定期测定了 MBR 反应器中膜组件 的跨膜压差变化， 实验数据如图 3 所示。在工艺运行 初期， 膜组件的跨膜压差为 0. 014 MPa， 然后随时间 逐渐升高， 到 128 d 时， 跨膜压差达 0. 045 MPa。为了 保证实验顺利进行， 进行了洗膜操作。从图 3 可以发 现， 膜组件经过清洗以后， 其跨膜压差大幅下降， 为 0. 011 MPa。 图 3兼氧型 MBR 中跨膜压差的变化情况 在本实验中， 兼氧型 MBR 工艺运行周期达 4 个 月， 远远高于传统的好氧型 MBR 工艺。这可能是由 兼氧型污泥的特性所决定的。在处理生活污水的 MBR 工艺中， 膜污染的主要成分是细菌分泌的蛋白 质和多聚糖类物质 ［ 17- 18］。在兼氧型 MBR 反应器中， 高浓度活性污泥中的微生物不但能够分解污水中有 机物， 还能够消化膜表面的有机污染成分， 从而对膜 表面进行清洁作用， 延长膜的过滤周期。详细的作用 机理还需要深入研究。 3结论 兼氧型 MBR 是一种新型的污水处理工艺， 可实 现在 高 活 性 污 泥 浓 度 下 运 行， 其 MLVSS 平 均 达 11 090 mg/L， 兼性厌氧菌和厌氧菌所占比例达 80 。 兼氧型 MBR 工艺能够同时兼顾污水高效处理和污泥 的自我消化， COD 去除率平均值达 93 左右， 可实现 活性污泥浓度的自我消化和平衡， 同时只需排出无机 惰性污泥， 这对于解决污泥问题具有重要的意义。另 外兼氧型 MBR 工艺能够对膜组件进行一定程度的自 清洁作用， 运行周期可达 4 个月。本文所采用的兼氧 型 MBR 工艺规模达 80m3/d， 对工程建设和运行管理 具有实际参考价值。 参考文献 ［1 ］ 孔祥娟， 何强，柴宏祥. 城镇污水厂污泥处理处置技术现状与 发展［J］ . 建设科技，2009，1957- 59. ［2 ］ 吴静，姜洁，周红明，等. 我国城市污水厂污泥厌氧消化系统 的运行现状［J］ . 中国给水排水，2008，24 22 21- 24. ［3 ］ 白玲，蓝伟光，严滨，等. 废水处理中膜生物反应器的研究进 展［J］ . 膜科学与技术，2008，28 1 91- 96. ［4 ］ 付翠彦，张光辉，顾平. 膜生物反应器在污水处理中的研究应 用进展［J］ . 水处理技术，2009，35 5 1- 6. ［5 ］ 刘强，王晓昌，刘永军. 膜生物反应器的研究进展［J］ . 环境 科学与技术，2009，32 7 78- 82. ［6 ］ 于水利，赵方波. 膜生物反应器技术发展沿革与展望［J］ . 工 业用水与废水，2006，37 2 1- 6. ［7 ］ 初里冰，张兴文，杨凤林. 微氧膜生物反应器处理生活污水的 研究［J］ . 现代化工，2005，25 增刊 162- 166. ［8 ］ 竺云波，王建新. 低氧 MBR 内有机物对脱氮和污泥性能的影 响［J］ . 西北农林科技大学学报 自然科学版 ，2009，37 9 168- 174. ［9 ］ 黄树焕，汤兵，阮宜平. 膜生物反应器中污泥自消化技术进展 ［J］ . 化工环保，2009，29 2 135- 138. ［ 10］ 杨造燕，匡志花，顾平，等. 膜生物反应器无剩余污泥排放的 研究［J］ . 城市环境与城市生态，1999，12 1 16- 18. ［ 11］ 竺云波，何小金. 膜生物反应器内污泥增长规律的研究［J］ . 环境科学与管理，2008，33 12 124- 126. ［ 12］ 杨小丽，王世和，卢宁，等. 膜生物反应器与传统活性污泥工 艺除污特性比较［J］ . 安全与环境工程，2005，12 4 52- 55. ［ 13］ 胡颖华，高廷耀，周增炎. 污水厂剩余污泥的厌氧、 微氧与好 氧消化研究［J］ . 中国给水排水，2006，22 5 71- 74. ［ 14］ 金若菲，周集体，王竞，等. 膜生物反应器中的生物学特征 ［J］ . 微生物学通报，2004，31 2 121- 125. ［ 15］ 欧阳科，刘俊新. 膜生物反应器与传统活性污泥反应器内生 物群落特征［J］ . 环境科学，2009，30 2 499- 503. ［ 16］ 张斌，孙宝盛，季民，等. 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