凡廣生 李 泉

(1.中州大學化工食品學院，河南 鄭州 450044;2.河南機電高等?？茖W校，河南 新鄉(xiāng) 453000)

復合式膜生物反應器處理城市污水中水力停留時間的確定*

凡廣生1李 泉2

(1.中州大學化工食品學院，河南 鄭州 450044;2.河南機電高等?？茖W校，河南 新鄉(xiāng) 453000)

本文在以復合式膜生物反應器系統(tǒng)為基礎(chǔ)，以模擬城市污水為處理對象。通過運行條件優(yōu)化研究，綜合脫氮除磷效果及經(jīng)濟因素，將復合區(qū)水力停留時間控制在7h左右。此時系統(tǒng)總?cè)コ蕿?CODcr≥96.28%、NH3－N≥97.54%、TN≥74.87%、TP≥74.34%，出水可以穩(wěn)定保證在CODcr≤14.35mg/L、NH3－N≤0.74mg/L、TN≤9.02mg/L、TP≤1.05mg/L。效果較好。

膜生物反應器;復合反應器;水力停留時間

將常規(guī)的生物處理法與膜分離相結(jié)合，其意義不僅僅在于以膜分離取代二沉池，完全去除懸浮固體引起的污染物，還在于通過膜分離的作用，將二沉池無法截留的游離細菌和大分子有機物完全阻隔在反應池內(nèi)。這必將改變常規(guī)生物處理中污染物的構(gòu)成，使得大分子有機物和膠體明顯上升，在短時間內(nèi)促成專性微生物的積累。根據(jù)微生物生長模型理論，隨著SRT(污泥齡)的增加，反應器中污泥濃度不斷增加［1］，當污泥濃度增加到一定程度時，由于不能很好地供給微生物生長所需的物質(zhì)和能量，微生物衰減率增加，死亡后的微生物會被降解，由于微生物的降解物中有一部分是難降解的殘片和高分子物質(zhì)，所以會使反應器的處理效果存在一定的波動性。

1.實驗裝置

本研究采用將多種污水處理工藝設(shè)計在極其簡單的系統(tǒng)裝置中，系統(tǒng)由復合反應區(qū)和好氧MBR(膜生物反應器)反應區(qū)組成。為了利于保持系統(tǒng)內(nèi)混合液處于良好的紊動和懸浮狀態(tài)，減小因剪切造成的污泥顆粒破解，提高曝氣設(shè)備的充氧速率，經(jīng)過綜合比較，根據(jù)流體力學原理，自行設(shè)計，把反應器設(shè)計為長方形。復合反應器內(nèi)設(shè)有填料，為提高充氧效率和滿足混合液所需的流態(tài)，復合反應器底部用穿孔曝氣管進行曝氣，有利于混合液旋轉(zhuǎn)并防止死角，減小水頭損失。微生物附著于填料表面和游移在廢水中，除了具有降解有機物的作用以外，還同時具有促進系統(tǒng)反硝化的功能。為保證復合反應區(qū)內(nèi)懸浮污泥量，通過回流泵將部分活性污泥回流至復合反應區(qū)。好氧MBR反應區(qū)是將中空纖維微濾膜直接放入反應器內(nèi)，反應器底部安置了曝氣器。反應器實際上兼具活性污泥法、生物膜法和膜分離三種處理過程。因此，該工藝是這三種處理方法的有效結(jié)合。

圖1 復合式膜生物反應器工藝流程圖

2.水力停留時間的確定

在復合式膜生物反應器處理系統(tǒng)中水力停留時間 (HRT)是一個非常重要的參數(shù)，當選定膜組件后，HRT也就決定了反應器容積的大小和MBR的產(chǎn)水量［2］。過長的HRT將直接增大反應器的容積，過短的HRT將會導致系統(tǒng)內(nèi)溶解性有機物 (SMP)的積累［3］。所以，考慮到MBR系統(tǒng)要獲得硝化處理效果，為充分利用設(shè)備的充氧能力，HRT值可設(shè)計得長一些，以盡量維持系統(tǒng)內(nèi)溶解性有機物的平衡。這樣可降低剩余活性污泥量，系統(tǒng)更能適應沖擊負荷。因此合理地確定HRT具有非常重要的意義，系統(tǒng)采用的運行條件為DO(溶解氧)為2.5mg/L，復合反應器內(nèi)活性污泥濃度控制在7000mg/L，膜區(qū)污泥濃度控制在9000mg/L左右，PH值控制在7～8.5之間，水溫約20℃的情況下［4—6］，測定HRT對有機物、NH3－N(氨氮)、TN(總氮)和TP(總磷)去除效果的影響。

(1)HRT對有機物去除效果的影響

①HRT對CODcr(化學需氧量)去除效果的影響如表1和圖2。

表1 HRT對CODcr的去除效果的影響

圖2 HRT對CODcr去除效果的影響

②HRT對BOD5(生化需氧量)去除效果的影響如表2和圖3。

表2 HRT對BOD5的去除效果的影響

圖3 HRT對BOD5去除效果的影響

由圖2和圖3可以看出，反應器對有機物的去除受水力停留時間 (HRT)的影響較大，在HRT為5h時，反應器對廢水中CODcr、BOD5的去除效果較差，主要是水力停留時間較短，微生物未能充分降解水中的有機物，而膜組件對廢水中污染物的阻截作用較小，因此可以認為出水中污染物主要是未降解的小分子有機物，但反應器對CODcr、BOD5的平均生物和系統(tǒng)去除率仍可分別達到達到89.83%、87.86%和94.15%、94.90%，主要原因是反應器中污泥濃度較高，能在較短的時間內(nèi)達到較好的處理效果。當HRT增至7h時，系統(tǒng)對CODcr、BOD5的去除率增加，增至96.28%和99.05%，增至10h時，處理效果繼續(xù)增加，但增加緩慢，主要是廢水中可降解的有機物均已降解，增加停留時間并不能有效地增加去除效果［7］［8］。

(2)HRT對NH3－N(氨氮)去除效果的影響

HRT對NH3－N去除效果的影響如表3和圖4。

表3 HRT對NH3－N的去除效果的影響

圖4 HRT對NH3－N去除效果的影響

由圖4可以看出，反應器隨水力停留時間的變化對NH3－N去除效率的影響較大。當HRT為5h時，反應器對NH3－N的平均生物去除率和系統(tǒng)去除率分別為81.53%和90.04%，系統(tǒng)去除率低的主要原因是水力停留時間較短，不能充分地轉(zhuǎn)化水中的NH3－N。當HRT升至7h以上時，反應器對NH3－N的平均生物去除率和系統(tǒng)去除率迅速增加，分別穩(wěn)定達到94%和97%以上，系統(tǒng)出水穩(wěn)定在0.74mg/L左右，主要是污泥停留時間的延長，使得世代時間長的硝化菌在系統(tǒng)中較好的繁殖，同時充足的停留時間可以使廢水與微生物能充分接觸，微生物能較好地進行硝化反應。

(3)HRT對TN(總氮)去除效果的影響

HRT對TN去除效果的影響如表4和圖5。

表4 HRT對TN的去除效果的影響

圖5 HRT對TN去除效果的影響

從圖5可以看出，隨著水力停留時間的增加，系統(tǒng)對TN的去除率先有一個緩慢的升高后又下降，當HRT為5h時，生物和系統(tǒng)平均去除率分別為55.30%和68.80%，處理效果較差，其原因是HRT過小，系統(tǒng)中的微生物不足以在這樣短的時間內(nèi)把含氮物質(zhì)降解。當HRT升至7h，去除率達到最大值 (生物和系統(tǒng)去除率分別為64.05%和74.87%)，當HRT再增大時，TN的去除率會有一定的降低，其原因主要是隨著HRT的延長，污泥負荷逐漸降低，使得世代時間長的硝化菌在系統(tǒng)中較好的繁殖，硝化菌占優(yōu)勢，從這一點上來講是有利于TN的去除，但是由于硝化階段消耗了大量的碳源，導致反硝化階段碳源不足，進水的有機物不能滿足細菌的生長需要，細菌因得不到足夠的營養(yǎng)而部分死亡，致使反硝化效果降低［9］［10］。觀察時發(fā)現(xiàn)部分生物膜脫落，污泥絮體結(jié)構(gòu)松散，鐘蟲的數(shù)量減少。

(4)HRT對TP(總磷)去除效果的影響

HRT對TP去除效果的影響如表5和圖6。

表5 DO對TP的去除效果的影響

圖6 HRT對TP去除效果的影響

從圖6可以看出，隨著水力停留時間的增加，系統(tǒng)對TP的去除率先有一個緩慢的升高后又下降，當HRT升至7h，去除率達到最大值，當HRT再增大時，TP的去除率會有一定的降低，其原因主要是。當HRT較小時，污泥會過量的吸附廢水中的磷，但當HRT增大到7h以上時，由于水力停留時間過長，污泥中吸附的磷再次釋放出來，導致除磷效果差。

3.結(jié)論

綜合脫氮除磷效果及經(jīng)濟因素，可以認為將HRT控制在7h左右為宜。此時系統(tǒng)總?cè)コ蕿?CODcr96.28%、NH3－N97.54%、TN74.87%、TP74.34%，出水可以穩(wěn)定保證在CODcr14.35mg/L、NH3－N0.74mg/L、TN9.02mg/L、TP1.05mg/L。

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The assurance of hydraulic retention time on disposing wastewater of hybrid membrane bioreactor

FAN Guang－sheng1;LI Quan2
(1．Department of Chemical and Foodstuffs，Zhongzhou College，Zhengzhou 450044，China;2．Henan Mechanical and Electrical Engineering College，Xinxiang 453000，China)

The article proposes to treat with municipal wastewater based on the hybrid membrane bioreactor．Hydraulic retention time(HRT)can be controlled for 7h by optimization of running conditions，and comprehensive consider of nitrogen and phosphorus removal efficiency and economic factors．At that time，the average COD，NH3－N，TN and TP removal rate are as high as 96．28%，97．54%，74．87%and 74．34%，and the average COD，NH3－N，TN and TP of effluent are as low as 14．35mg/L，0．74mg/L ，9．02mg/L and 1．05mg/L．

membrane bioreactor;hybrid bioreactor;hydraulic retention time

X703

A

1671－7406(2011)09－0092－06

2011－05－11

凡廣生(1980－)，男，漢，河南周口人，環(huán)境工程碩士，助教，主要從事水污染控制方向的研究。

(責任編輯 徐成東)