1.1工藝流程

　　一體式中空纖維膜—生物反應(yīng)器的中試裝置設(shè)在清華大學(xué)東北浴室附近，用于處理學(xué)生浴室的洗浴污水，其工藝流程如圖1所示。整個(gè)裝置主要由生物反應(yīng)池和膜組件兩部分組成。生物反應(yīng)池尺寸為0.9 m×0.93 m×2 m，有效容積為1.5 m³，內(nèi)部被隔板分為升流區(qū)和降 流區(qū)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(yīng)池升 流區(qū)。膜組件下設(shè)有穿孔管，曝氣量控制在35～50 m3/h。壓差計(jì)用于監(jiān)測(cè)在運(yùn)行過(guò)程 中膜過(guò)濾壓差的變化。液位控制器用于控制生物反應(yīng)池液面使之恒定。電子流量計(jì)用于測(cè)定膜出水的瞬時(shí)流量和累計(jì)流量。

   洗浴污水經(jīng)0.9 mm的不銹鋼篩網(wǎng)過(guò)濾后進(jìn)入高位水箱，再流入生物反應(yīng)池，有機(jī)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(jīng)膜過(guò)濾后形成處理出水。出水泵采用間歇方式運(yùn)行，即開13min，停4 min。整個(gè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)處理能力為10 m3 /d，水力停留時(shí)間(HRT)為3.15 h，試驗(yàn)過(guò)程沒(méi)有人為排泥。

　　1.2試驗(yàn)用水水質(zhì)

　　試驗(yàn)污水水質(zhì)如表1所示。

表1   試驗(yàn)污水水質(zhì)

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

 

　　2.1污染物去除效果

　　圖2為原水、生物反應(yīng)池上清液和膜過(guò)濾出水的COD變化情況以及系統(tǒng)各部分對(duì)COD 的去除效果。

    從圖2可以看出，整個(gè)系統(tǒng)對(duì)COD的去除率為78.5%～100%，出水COD濃度穩(wěn)定在40 m g/L以下�；钚晕勰鄬�(duì)COD的去除起到了主要作用，在進(jìn)水COD為130～322mg/L的情 況下，生物反應(yīng)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(wěn)定，C OD去除率在42%～85%之間波動(dòng)。膜對(duì)系統(tǒng)的穩(wěn)定出水起到了重要作用，彌補(bǔ)了生物反應(yīng)池處理性能的不穩(wěn)定，提高了系統(tǒng)整體的抗沖擊負(fù)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(yīng)池上清液和膜過(guò)濾出水的陰離子洗滌劑(LAS)濃度變化及系統(tǒng)各部 分對(duì)LAS的去除效果。

    由圖3可見，生物反應(yīng)池上清液和膜過(guò)濾出水中LAS濃度基本相等，盡管進(jìn)水LAS濃 度很高，在3.46～8.90 mg/L之間變化，但系統(tǒng)出水始終＜0.2 mg/L。整個(gè)系統(tǒng)和 生物反應(yīng)池部分對(duì)LAS的去除率均在98%以上。

　　以上結(jié)果說(shuō)明LAS的去除主要靠生物反應(yīng)池中微生物的分解作用，膜對(duì)LAS的截留作用很小。

　　2.2系統(tǒng)出水水質(zhì)

　　表2匯總了系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行后的膜出水水質(zhì)與建設(shè)部頒布的生活雜用水回用標(biāo)準(zhǔn)(CJ25.1—19 89)的主要項(xiàng)目比較。大腸菌群在運(yùn)行前期未檢出，故在運(yùn)行后期沒(méi)有繼續(xù)檢測(cè)，但發(fā)現(xiàn)膜內(nèi)表面滋生有微生物，可能對(duì)出水會(huì)造成一定影響。其余各項(xiàng)出水水質(zhì)指標(biāo)均滿足雜用水回 用標(biāo)準(zhǔn)，也就是說(shuō)，膜出水只需經(jīng)簡(jiǎn)單消毒處理就可以安全回用于沖廁、綠化、掃除、洗車等場(chǎng)合。

表2試驗(yàn)出水水質(zhì)與建設(shè)部生活雜用水回用標(biāo)準(zhǔn)主要項(xiàng)目的比較

項(xiàng)目	SS(mg/L)	NH3-N (以N計(jì)，mg/L )	COD (mg/L)	BOD5 (mg/L)	LAS(mg/L)
本系統(tǒng)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(xiàng)目	色度(倍)	濁度(NTU)	pH	嗅大	腸菌群(個(gè)/L)
本系統(tǒng)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(wú)異常 無(wú)不快感 無(wú)不快感	運(yùn)行前期未檢出 ≤3 ≤3

　　2.3容積負(fù)荷與污泥負(fù)荷

　　膜—生物反應(yīng)器中膜的高效截留作用使微生物全部截留于生物反應(yīng)池中，不僅維持了較高的 污泥濃度和容積負(fù)荷，而且可以增強(qiáng)反應(yīng)池的抗沖擊負(fù)荷能力。在試驗(yàn)過(guò)程中，容積負(fù)荷和污泥負(fù)荷與傳統(tǒng)活性污泥工藝相比波動(dòng)較大［容積負(fù)荷波動(dòng)于0.50～1.85 kgCOD/(m3· d)，污泥負(fù)荷波動(dòng)于0.33～2.02 kgCOD/(kgVSS·d)］，但這種波動(dòng)沒(méi)有對(duì)COD和 LAS的去除效果產(chǎn)生影響，充分顯示了膜—生物反應(yīng)器的抗沖擊負(fù)荷能力。此外，試驗(yàn) 達(dá)到的最大容積負(fù)荷UV為1.85 kgCOD/(m3·d)，相當(dāng)于活性污泥法的2～3倍。
 
　　2.4膜通量和膜過(guò)濾壓差的變化

　　為減緩啟動(dòng)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(yùn)行一段時(shí)間，然后逐步增大至9.4L/(m2·h)、13.125 L/(m2·h) ，最后穩(wěn)定于13.75 L/(m2·h)不變。運(yùn)行125 d后，由于膜過(guò)濾壓差較高而重新將膜通量降低至11 L/(m2·h)左右。

　　試驗(yàn)運(yùn)行前期膜過(guò)濾壓差增長(zhǎng)迅速，經(jīng)分析可能是由于污泥沉積在膜表面所致，因此分別在運(yùn)行至第34、60、90和100 d時(shí)停止進(jìn)、出水，只維持曝氣，企圖去除膜面污泥層，對(duì)膜的過(guò)濾性能進(jìn)行恢復(fù)。從膜過(guò)濾壓差的變化情況來(lái)看，第34 d和60 d的恢復(fù)效果較好，但第90 d以后的恢復(fù)效果不太好，尤其是第100 d，幾乎無(wú)恢復(fù)效果。運(yùn)行至21 6 d，膜過(guò)濾壓差上升到了60kPa，運(yùn)行停止。
 
　　2.5膜污染分析

　　為了解造成膜污染的原因，運(yùn)行第208 d時(shí)剪下一段膜絲進(jìn)行電鏡觀察(見圖4)�？梢钥闯觯� 膜外表面污泥沉積情況很不均勻(圖4a)。在膜絲內(nèi)部負(fù)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(lái)，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(chǎn)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(duì)凝結(jié)菌膠團(tuán)起到了重要作用(圖4b)，還附著于膜表面或進(jìn)入膜的孔道成為膜表面凝膠層的重要組成物質(zhì)(圖4c)。另一方面凝膠層對(duì)膜外表面的污染相當(dāng)普遍，整體來(lái)看形成得相對(duì)均勻，但從小范圍來(lái)看厚度差異較大，變化于0～5μm之間(圖4c)。

　　膜內(nèi)表面微生物的滋生也是膜污染的一個(gè)重要原因(圖4 d)。在膜的內(nèi)表面均勻生長(zhǎng)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(chǎn)物，但比膜外表面少得多。膜內(nèi)表面污染主要以微生物層為主。

　3　結(jié)論