膜生物反應(yīng)器及電絮凝-過(guò)濾技術(shù)在分散式生活污水處理中的應(yīng)用研究.pdf

1、對(duì)于生活污水集中收集處理受到限制的地區(qū)，建立及推廣分散式生活污水處理技術(shù)成為解決該類(lèi)地區(qū)水污染問(wèn)題的可行途徑。超濾膜生物反應(yīng)器(MBR)和電絮凝(EF)-過(guò)濾系統(tǒng)均具備占地面積小、出水水質(zhì)高和穩(wěn)定可靠等優(yōu)點(diǎn)，因此本文對(duì)膜生物反應(yīng)器及電絮凝-過(guò)濾技術(shù)應(yīng)用于分散式生活污水處理進(jìn)行了研究。 超濾膜生物反應(yīng)器的研究采用德國(guó)某公司提供的一體化單級(jí)MBR。由于單級(jí)MBR設(shè)計(jì)參數(shù)固定且德國(guó)生活習(xí)慣與我國(guó)山區(qū)存在巨大差異，啟動(dòng)階段膜生物反應(yīng)器污

2、泥負(fù)荷(F/M)遠(yuǎn)低于0.05kgCOD/kgMLSS·d，造成了嚴(yán)重的污泥解體。表征污泥活性的指標(biāo)單位氧氣利用率(SOUR)從37.25mg O2/g MLSS/h降低到20.29mg O2/g MLSS/h，污泥濃度從4g/L下降并穩(wěn)定在2g/L，污泥體積平均粒徑也從104μm降低到59μm，溶解性微生物產(chǎn)物SMP中蛋白和多糖的比例分別比初始階段增加了11倍和6.5倍，造成嚴(yán)重的膜污染。針對(duì)啟動(dòng)階段遇到的問(wèn)題，采用2g/L污泥濃度啟

3、動(dòng)，保證污泥負(fù)荷(F/M)在0.05kgCOD/kgMLSS·d以上，并在好氧生物池完成污泥馴化后將膜組件放入系統(tǒng)內(nèi)進(jìn)行一體化運(yùn)行，避免嚴(yán)重的膜污染。 環(huán)境溫度的變化也是制約單級(jí)MBR運(yùn)行的因素。水溫在13℃以上，單級(jí)MBR可保持優(yōu)異的COD以及氨氮的去除效率，同時(shí)由于超濾膜組件自身的特性，可保證對(duì)于懸浮顆粒物的全部去除。與傳統(tǒng)活性污泥系統(tǒng)類(lèi)似，在水溫低于4℃的情況下，MBR反應(yīng)器內(nèi)的微生物進(jìn)入休眠狀態(tài)，無(wú)法對(duì)水中污染物質(zhì)進(jìn)行分

4、解代謝，對(duì)于氨氮和COD的去除均由膜組件的物理截留造成。當(dāng)水溫進(jìn)一步降低至0℃以下時(shí)，污泥出現(xiàn)大面積解體、造成嚴(yán)重膜污染以及出水水質(zhì)惡化。建議MBR在分散式處理中統(tǒng)一采用埋地式安裝，以應(yīng)對(duì)當(dāng)?shù)氐牡蜏靥鞖狻?無(wú)法高效脫氮除磷是單級(jí)MBR的瓶頸。對(duì)原有單級(jí)MBR進(jìn)行改良構(gòu)建兩級(jí)序批式膜生物反應(yīng)器(TSBMBR)實(shí)現(xiàn)了COD、NH3-N、TN和TP分別達(dá)到94％、90％、82％和90％以上的去除率，出水符合景觀用水標(biāo)準(zhǔn)。第一級(jí)反應(yīng)器(

5、TSBMBR1)中污泥齡控制在5-7天，并創(chuàng)造適合聚磷菌PAOs生存的條件，系統(tǒng)始終保持高效的除磷效果。在TSBMBR1中形成了顆粒化污泥與絮體污泥共存的現(xiàn)象。在系統(tǒng)運(yùn)行30天后，污泥SVI值穩(wěn)定在50ml/g，粒徑從84μm增長(zhǎng)到300μm。胞外聚合物EPS含量隨著顆?；倪M(jìn)行從接種狀態(tài)時(shí)的40 mg/g MLSS上升至80-100mg/g MLSS，同時(shí)SMP伴隨著反應(yīng)器中污泥顆?；倪^(guò)程也從5mg/g MLSS迅速增加至15-20

6、mg/g MLSS，隨著顆粒化的穩(wěn)定SMP含量一直保持在較高的水平。同時(shí)污泥表面電荷負(fù)向增加，相對(duì)憎水性增強(qiáng)。 第二級(jí)反應(yīng)器(TSBMBR2)在排泥模式下污泥濃度穩(wěn)定在6-8g/L，污泥齡控制在25-30天，可保證高效的總氮去除率且膜通量穩(wěn)定沒(méi)有出現(xiàn)明顯的膜污染。同時(shí)由于泥齡長(zhǎng)，系統(tǒng)內(nèi)出現(xiàn)大量原生和后生動(dòng)物。TSBMBR2進(jìn)入不排泥模式污泥濃度增長(zhǎng)至13g/L，同時(shí)SOUR從30mg O2·g MLSS·h-1下降至10mg O

7、2·gMLSS·h-1，微生物進(jìn)入以內(nèi)源呼吸為主模式，反應(yīng)器內(nèi)形成以絲狀菌為主體的菌群模式。隨著系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中絲狀菌不斷大量繁殖，使得污泥表面電荷逐步下降，從接種污泥的-1.6meq．/g MLSS下降到-2.6meq．/g MLSS，同時(shí)污泥絮體的憎水性也顯著提高，從45％上升到95％，單位膜通量從最初的750 L·h-1·bar-1下降至400L·h-1·bar-1附近。通過(guò)SPSS的相關(guān)性分析可以發(fā)現(xiàn)，EPS中的蛋白對(duì)污泥沉降性能

8、具有明顯影響，并且由于EPS中蛋白組分占主導(dǎo)，因此總EPS和污泥沉降性能也有較好的相關(guān)性，同時(shí)單位膜通量和SMP中的多糖含量有很好的相關(guān)性。 兩級(jí)序批式膜生物反應(yīng)器優(yōu)質(zhì)出水的代價(jià)是犧牲了膜單元的處理能力，膜組件處理能力僅為原有單級(jí)MBR的40％。同時(shí)，兩級(jí)序批式膜生物反應(yīng)器無(wú)法對(duì)已有的單級(jí)MBR在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行改裝，因此在保證膜單元處理能力不變的情況下，使出水滿足回用水標(biāo)準(zhǔn)是下一步工作的方向。同時(shí)，污水分散式處理技術(shù)也要求在保證高效處

9、理能力的同時(shí)，具備應(yīng)對(duì)突發(fā)性廢水如含重金屬?gòu)U水排放的能力。 采用電絮凝-沙濾系統(tǒng)對(duì)二級(jí)生物處理出水進(jìn)行深度處理，取得了97％的除磷效率和20-25％的總有機(jī)碳TOC去除率。該技術(shù)具有模塊化、占地面積小以及自動(dòng)化程度高等特點(diǎn)，具備和其它處理工藝串連的能力。電絮凝-過(guò)濾技術(shù)可對(duì)含重金屬?gòu)U水進(jìn)行高效去除。選取Ni為目標(biāo)重金屬進(jìn)行處理發(fā)現(xiàn)溶解氧在電絮凝過(guò)程中起到非常重要的作用，并對(duì)后繼的過(guò)濾作用產(chǎn)生影響。隨著曝氣的加入，鐵電極釋放的鐵離

10、子的量并沒(méi)有增加。通過(guò)試驗(yàn)可確定溶解氧耗盡拐點(diǎn)(DOEP)。本系統(tǒng)中1.3 mg/L DO可被認(rèn)為是DOEP同時(shí)是二價(jià)鐵離子富集的轉(zhuǎn)折點(diǎn)。曝氣可以使反應(yīng)器的溶解氧在DOEP之上，從而保證反應(yīng)器中三價(jià)鐵離子占主導(dǎo)。非曝氣狀態(tài)下電絮凝與微濾的結(jié)合以及曝氣狀態(tài)下電絮凝與沉淀和濾紙過(guò)濾的結(jié)合均可完全去除溶液中Ni和Fe離子，使出水達(dá)標(biāo)排放。 本文最后對(duì)單級(jí)MBR與電絮凝-沙濾聯(lián)用技術(shù)從理論可行性和運(yùn)行成本的角度進(jìn)行了分析，認(rèn)為該組合技術(shù)