秦 蔚，李云楨，王 維，劉 彥

(1.四川大學建筑與環(huán)境學院，成都 610065；2.四川省環(huán)境保護科學研究院，成都 610041)

1 引 言

2016年，四川省發(fā)布的《四川省岷江、沱江流域水污染物排放標準》(DB51/ 2311—2016)，進一步提高了對污水處理出水水質(zhì)要求，普通生物法脫氮除磷工藝已經(jīng)很難達到日益嚴格的排放標準[1]。膜生物反應(yīng)器(MBR)工藝分離效果好、出水穩(wěn)定、處理效率高、設(shè)備緊湊、占地面積少、操作簡便且易實現(xiàn)自動控制，被廣泛地運用在市政和工業(yè)廢水處理中[2～4]。

大中型再生水處理MBR工程采用的膜組件結(jié)構(gòu)形式多樣，主要有中空纖維簾式、平板式、管式等幾大類，而且其應(yīng)用也各具特點，這對在實際工程應(yīng)用中膜組件的選購帶來一定困難[5]。因此，本文采用平板膜、中空纖維膜和碟片式膜3種MBR膜工藝系統(tǒng)對污水處理廠尾水進行處理，對比研究3種工藝對廢水中主要污染物的去除效果以及成本分析，為城市污水處理廠處理系統(tǒng)的升級改造、強化污水處理系統(tǒng)污染物去除效率提供技術(shù)參考數(shù)據(jù)支持。

2 實驗材料及方法

2.1 實驗用水

試驗工作在某鄉(xiāng)鎮(zhèn)污水處理廠開展。該廠治污工藝采用改進型CASS工藝，工藝流程是通過城鎮(zhèn)排污管道及渠道收集的污水，經(jīng)格柵和沉砂池將污水中的雜質(zhì)、砂礫及大塊懸浮物及大分子物質(zhì)快速分離或降解，以降低后續(xù)的污染負荷，出水經(jīng)調(diào)節(jié)池調(diào)節(jié)水質(zhì)水量后進入改進型CASS池，處理后過消毒池達一級A標排放。試驗用水取自該污水處理廠消毒池出水。試驗期間原水水質(zhì)如表1所示。

表1 試驗原水水質(zhì)Tab.1 Quality of raw wastewater (mg/L)

2.2 MBR裝置

污水處理廠尾水分別進入碟片式膜分離單元、中空纖維膜分離單元和平板膜分離單元，在出水泵負壓作用下，水從膜外側(cè)透過濾膜，污泥被隔離在膜外側(cè)，實現(xiàn)泥水分離。中試工藝流程見圖1。膜分離單元設(shè)計參數(shù)如表2所示。

1.進水泵；2.進水池；3.碟片式膜膜箱；4.碟片式膜膜組件；5.鼓風機；6.出水泵；7.出水池；8.中空纖維膜膜箱；9.中空纖維膜膜組件；10.平板膜膜箱；11.平板膜膜組件圖1 膜分離中試工藝示意圖Fig.1 Schematic of MBR separation process pilot test

參數(shù)碟片式膜分離單元中空纖維膜分離單元平板膜分離單元日處理量(m3/d)200.365有效膜面積(m2)50110膜片材質(zhì)聚偏氟乙烯(PVDF)聚偏氟乙烯(PVDF)聚偏氟乙烯(PVDF)膜片形狀圓形絲狀長方形膜孔徑(um)0.030.2<0.1

2.3 監(jiān)測指標和分析方法

3 實驗結(jié)果與討論

3.1 COD去除效果分析

企業(yè)現(xiàn)有污水處理廠以及三種膜工藝系統(tǒng)出水中COD 濃度變化見圖2所示。

由圖2可知系統(tǒng)運行期間，進水COD 濃度為9.4～44.1 mg/L，平均濃度為31.2 mg/L，經(jīng)過處理后，平板膜系統(tǒng)、中空纖維膜系統(tǒng)和碟片式膜系統(tǒng)工藝出水COD 濃度范圍分別為5.6～20.5mg/L、5.6～19.8mg/L和5.0～17mg/L，平均濃度為10.7mg/L 、11.7 mg/L和9.7mg/L，處理后出水COD 濃度大幅度降低，達到《四川省岷江、沱江流域水污染物排放標準》(DB51/ 2311—2016)限值要求。從圖3中可以看出，3種膜設(shè)備對污水中的COD的總?cè)コ驶鞠嗤?，基本保持?0%及

圖2 COD處理效果對比分析Fig.2 Comparison of COD treatment effects

以上，大部分時間處在60%～70%及以上，其中碟片式膜系統(tǒng)出水的去除率略高于其他兩種膜系統(tǒng)。使用統(tǒng)計學方法對3種膜系統(tǒng)的去除率進行檢驗，通過Friedman檢驗得到卡方值為14.625，p值為0.001，即3種膜系統(tǒng)對COD的去除率之間的差異具有顯著性。3種膜系統(tǒng)處理后COD均大幅度降低，原因是MBR工藝增加了廢水處理系統(tǒng)中的生物量和種類，提高生化反應(yīng)速度和程度，促進有機物降解。此外，MBR膜組件能夠?qū)腋∥镆约按蠓肿游镔|(zhì)進行截留，并隨著MBR 反應(yīng)器中微生物生長，膜表面形成的凝膠層還可以對部分小分子有機物(分子量小于3 000)進行有效截留[6]。因此，MBR 工藝能夠在強化生物降解的基礎(chǔ)上，利用膜組件過濾截留的物理特性，進一步保障系統(tǒng)出水質(zhì)量，表現(xiàn)出優(yōu)異的有機物去除能力[7]。

圖3 COD去除率對比分析Fig.3 Comparison of removal efficiency of COD

圖處理效果對比分析Fig.4 Comparison of treatment effects

3.3 總磷去除效果分析

由圖5可知系統(tǒng)運行期間，進水總磷(TP)濃度0.46～2.91 mg/L，平均濃度2.17 mg/L，經(jīng)過處理后，平板膜系統(tǒng)、中空纖維膜系統(tǒng)和碟片式膜系統(tǒng)出水總磷濃度范圍分別0.13～2.80mg/L、0.08～2.23mg/L和0.11～2.50mg/L，平均濃度1.72 mg/L 、1.63 mg/L和1.61mg/L，實驗結(jié)果表明MBR對TP的去除效果不明顯，3種膜設(shè)備的去除率幾乎一樣，去除的一部分TP完全依靠膜的截留作用[9]。

圖5 TP處理效果對比分析Fig.5 Comparison of TP treatment effects

由于對總磷的去除效果較差，不能達到標準限值，后期采用化學除磷的方式，分別向3臺設(shè)備投加除磷劑PAC，圖6為加藥前后TP的對比，數(shù)據(jù)表明加藥后TP去除的效果比較明顯，能達到《四川省岷江、沱江流域水污染物排放標準》(DB51/ 2311-2016)限值。分析結(jié)果表明，加藥后平板膜系統(tǒng)、中空纖維膜系統(tǒng)和碟片式膜系統(tǒng)的平均去除率為70%、42%、77%，平板膜系統(tǒng)和碟片式膜系統(tǒng)除磷效果優(yōu)于中空纖維膜系統(tǒng)，這可能是由于化學除磷后膜本身對膠體形態(tài)磷有一定的截留作用，而平板膜系統(tǒng)和碟片式膜系統(tǒng)中膜組件的膜孔徑較中空纖維膜系統(tǒng)更小，具有更好的截留作用。

圖6 TP加藥前后去除對比Fig.6 Comparison of TP removal before and after dosing

4 結(jié) 論

城鎮(zhèn)污水廠升標改造是一個系統(tǒng)而復(fù)雜的工程，MBR工藝運行效果的研究仍然需要進一步完善和加強，未來污水廠在升標改造時可將現(xiàn)有處理工藝與MBR技術(shù)整體考慮，合理分配整個污水處理系統(tǒng)進水碳源、生化段各單位停留時間，同時考慮生物、化學協(xié)同除磷，強化污水處理系統(tǒng)污染物去除效率。