應云飛，江桂紅，王 敏，徐廣永，朱衛(wèi)兵，李 鵬

（1.維爾利環(huán)?？萍技瘓F股份有限公司，江蘇常州213125；2.常州匯恒膜科技有限公司，江蘇常州213001）

城市河道黑臭現(xiàn)象已成為我國許多城市的共性問題。由于多年來城市雨水、污水管網老化，相互交錯，河道成為居民生活污水、雨水及垃圾的受納體。湖泊河道景觀水體易受污染，水環(huán)境容量小且自凈能力差，導致水體溶解氧大量消耗。有的老小區(qū)管網老化且存在排水管道私拉亂接現(xiàn)象，部分生活污水通過雨水井流入河道，導致河道氨氮超標，水質惡化，水體缺氧而呈黑臭狀態(tài)，嚴重影響居民生活、城市形象和生態(tài)環(huán)境，使整個生態(tài)系統(tǒng)出現(xiàn)危機[1]。

目前，針對黑臭水體治理采用的磁分離、一體化氣浮等異位處理技術，對總磷、懸浮濁度等有較好的去除效果，對COD也有一定的去除率，但對氨氮及總氮的去除效果較差，一般在50%以下[2]。對氨氮、總氮的脫除，當前常用的方法主要為截污納管、原位生物修復技術、鳥糞石處理等，但存在工作量大，修復時間長，需定期更換鳥糞石等問題[3]。近年來將膜分離技術與生物技術有機結合的新型生物處理技術——膜生物反應器（MBR）得到廣泛的應用。該技術用膜分離替代二沉池進行固液分離，與傳統(tǒng)的生物處理技術相比，不僅效率高，而且效果穩(wěn)定，不受污泥性狀和外界因素影響[4]。

本實驗探討自主開發(fā)的平板膜在內置式膜生物反應器中處理低污染黑臭水體，輔以一體式MBR應急處置設施，平板膜組件浸沒于反應池中，氣液兩相流擾動，低壓抽吸出水，達到凈化水質的目的。

1 材料和方法

1.1 原水水質

中試按照1 500 m3/d處理規(guī)模設計。河道水源在下水道口的污染物濃度最高，參考《建筑中水設計規(guī)范》中住宅類建筑物排水污染物濃度值以及類似工程，確定主要指標見表1。

表1 MBR系統(tǒng)進水水質指標表

通過連續(xù)半年的試驗，分別在該設施的進水口和出水口取樣，對主要污染物指標進行化驗分析。處理后出水用作綠化以及景觀湖補充水，回用水執(zhí)行《城市污水再生利用城市雜用水水質》(GB/T 18920-2002)標準中城市綠化標準和《城市污水再生利用景觀環(huán)境用水水質》（GB/T 18921-2002）中觀賞性景觀湖泊類水質標準。

1.2 試驗流程及設備配置

本項目試驗工藝流程如圖1所示。

圖1 工藝流程示意圖Fig.1 Technological flow sheet

工藝流程說明如下：

（1）河道黑臭污水經收集管網首先經格柵井預處理單元，攔截去除污水中的漂浮物及大顆粒懸浮物，保護后續(xù)處理單元的正常運行，柵渣定期清理。

（2）經過格柵后的污水匯總至污水池，再通過進水提升泵打入MBR一體化設備的缺氧池中，缺氧池自流出水進入MBR好氧池。在好氧池中，風機提供好氧條件，池內懸浮態(tài)活性污泥在好氧條件下進行新陳代謝作用，將污水中剩余有機污染物徹底分解為二氧化碳和水，氨氮轉化為硝酸鹽和亞硝酸鹽。

（3）好氧池活性污泥混合液在污泥泵的作用下回流至缺氧池，形成AO系統(tǒng)，完成整個處理系統(tǒng)的脫氮功效。同時通過向好氧池投加除磷藥劑去除總磷，聚磷菌超量吸收磷，通過剩余污泥的排放，將磷從污水中去除。

（4）置于好氧池中的平板膜在真空泵的抽吸下，好氧池內的活性污泥混合液在平板膜的過濾作用下，將微生物和其他懸浮物完全截留在池內一側，透過膜的清水由真空抽吸泵抽至出水池，經殺菌消毒處理后排放。

1.3 主要設備

（1）自制設備

一體式MBR應急處置設施由水箱和膜組件自制，MBR水箱6套，長度9 m，寬度2.8 m，高度3.2 m，采用鋼結構制作內外表面防腐處理。MBR膜組件24組，長度2.2 m，寬度0.63 m，高度2.5 m，每組含膜片140片，膜孔直徑0.2 μm，材質30408不銹鋼，膜片材質為PVDF，單組處理能力62.5 m3/d。平板膜膜片底部設置曝氣系統(tǒng)，主要功能是提供空氣中的溶解氧及通過氣體對膜片進行紊流沖洗并達到一個相對平衡的狀態(tài)。曝氣設備一般采用微孔曝氣器或穿孔曝氣器，曝氣器裝在膜架底部，曝氣器與膜片距離250 mm。

（2）主要外購設備（表2）

表2 主要外購設備

1.4 分析方法

主要分析項目測試方法：COD：重鉻酸鉀法，HACH快速法，NH3-N：納氏試劑分光光度法，HACH快速法；TN：過硫酸鉀氧化-紫外分光光度法；pH：玻璃電極法；其他指標測定方法參考《水和廢水監(jiān)測分析方法（第四版）》。

2 結果與討論

2.1 平板膜MBR對COD的處理效果

MBR對有機物的去除效果來自兩方面：一方面是生物反應器內微生物對有機物的降解；另一方面是膜對有機物大分子的截留作用。本試驗MBR采用平板膜過濾幾乎可以截留水中所有的懸浮物，選擇性膜還可以截留混合液中的大分子物質和細菌、病毒等，使得出水COD水質較好。圖2顯示MBR對主要污染物COD處理的效果。

圖2 MBR系統(tǒng)對COD處理效果圖Fig.2 Influence diagram of MBR on COD removal efficiency

從圖2可以看出，隨著每年6月向11月過渡，進水水質隨著冬季的到來COD總體下降，出水COD水質相對平穩(wěn)，COD水質控制在25 mg/L以下。經過處理后，污水中絕大部分污染物被去除，通過MBR膜的過濾作用，將微生物和其他懸浮物完全截留，實現(xiàn)泥水分離。

2.2 平板膜MBR對NH3-N和TN的處理效果

在采用平板膜處理黑臭污水時，膜的截留作用有利于使難降解有機物的能力得到加強；在處理過程中MBR好氧膜池內懸浮態(tài)活性污泥在好氧條件下，通過新陳代謝作用，將污水中剩余有機污染物徹底分解為二氧化碳和水，氨氮轉化為硝酸鹽、亞硝酸鹽。圖3和圖4顯示MBR對主要污染物NH3-N和TN進出水的處理效果。

圖3 MBR系統(tǒng)對NH3-N進出水的處理效果Fig.3 Influence diagram of MBR on NH3-N influent and effluent

圖4 MBR系統(tǒng)對TN進出水的處理效果Fig.4 Influence diagram of MBR on TN influent and effluent

從圖中可以看出，隨著冬季的到來，NH3-N和TN進水水質略有上升，但NH3-N和TN出水水質得到很好的控制，水質數(shù)值在5 mg/L以下。經過處理后，污水中絕大部分污染物被去除，通過MBR膜的過濾作用，將微生物和其他懸浮物完全截留，實現(xiàn)泥水分離。

2.3 膜片污染及其清洗

好氧池內的平板膜運行一段時間后，膜表面的污染物富集，系統(tǒng)通量降低。為了減緩膜片污染，在運行期間需要對MBR膜片進行定期的表面沖刷。沖刷時，關閉自吸泵，停止出水，調大曝氣量進行空曝氣，對膜表面進行2 h的沖刷，以沖脫沉積在膜表面上的污泥層。

當MBR膜組件中膜通量降低到一定程度時，抽吸泵壓力表到臨近或達到報警設定值（-0.03 MPa，相對值）或產水水量降低10%以上，此時膜表面形成的污泥層對膜的過濾阻力已造成很大影響，需對平板膜系統(tǒng)進行藥劑清洗。

系統(tǒng)每組平板膜組件清洗時間約為6 h。清洗周期根據(jù)實際情況確定。采用工業(yè)級次氯酸鈉（NaClO）作為清洗藥劑。用有效氯含量為10%的NaClO溶液稀釋至有效氯含量為5‰的濃度，每次清洗一個膜組件需要300 L濃度為5‰的NaClO溶液。通過膜清洗泵輸送藥劑，讓藥劑緩慢自流注入平板膜的膜腔內，以不溢出加藥口為宜。

在進行清洗時，先關閉抽吸泵進水閥，打開微濾膜清洗加藥口閥門；啟動加藥泵時先將出水閥關小，再調節(jié)，避免大流量沖擊平板膜導致膜損壞；投加完次氯酸鈉清洗藥劑后浸泡至少4 h；浸泡完畢，打開鼓風機曝氣至少2 h。

3 結論

本研究表明，試制的平板膜作為過濾材料，有效地將MBR池中微生物和其他懸浮物截留，實現(xiàn)泥水分離。MBR系統(tǒng)具有流程簡單，出水水質好且穩(wěn)定，出水細菌、懸浮物和濁度接近于零，微生物濃度高，占地面積小，土建費用低，污泥產量小等傳統(tǒng)生物處理工藝所不具備的優(yōu)點，是目前污水處理領域最有前途的廢水生物處理技術。

城市河道黑臭現(xiàn)象主要是過量納污導致水體供氧和耗氧失衡的結果，水體缺氧乃至厭氧條件下污染物轉化并產生氨氮、硫化氫等惡臭物質，項目實施運行費用較低，平板膜MBR系統(tǒng)處理后的出水用作綠化以及景觀湖補充水，達到觀賞性景觀湖泊類水質標準，具有較好的經濟和環(huán)境效益。