程海峰,孟佳陽,方 芳,范小江,胡 昌,梅愛華,夏仁潔
(1.張家港市水務局,江蘇 蘇州 215600;2.深圳市華遠環(huán)境科技有限公司,廣東 深圳 518055;3.張家港市給排水有限公司,江蘇 蘇州 215600)
近十年來,得益于國家和各級地方政府的重視,我國水污染防治工作得到快速發(fā)展,城鎮(zhèn)污水處理設施建設與改造加快,水環(huán)境質量和水生態(tài)明顯改善。我國的污水處理技術借鑒了大量的國外先進經驗,并結合國內的實際情況不斷改進,形成了適合我國實際情況的污水處理工藝,呈現(xiàn)出百家爭鳴的情況[1]。
膜生物反應器(MBR)工藝將膜分離技術與活性污泥法相結合,實現(xiàn)水力停留時間(HRT)和污泥停留時間(SRT)的分別燮制,同時解決了傳統(tǒng)活性物理法存在的污泥膨脹、污泥濃度低等因素造成的出水水質不達標等問題,且具有出水水質好、節(jié)省占地、運行穩(wěn)定、自動化程度高等優(yōu)點[2],在污水處理及其提標中得到廣泛應用。目前MBR 工藝應用中超濾膜以中空纖維膜為主,還有一小部分為有機平板膜。有機膜一般使用壽命5 年左右[3],膜更換頻繁導致運營成本升高。此外,有機膜耐污染性能一般,在線維護性化學清洗操作頻繁,一定程度上影響產水效率及膜使用壽命[4]。
與有機膜相比,平板陶瓷膜具有機械強度高、運行通量高、耐污染、使用壽命長等優(yōu)點,開始在MBR工藝中得到應用[5],隨著國產化水平的進一步提高和成本的降低,其在MBR 工藝中的應用優(yōu)勢將更加明顯。
本研究采用國產平板陶瓷膜,研究其在市鎮(zhèn)污水處理中的處理效果、運行穩(wěn)定性和經濟成本,以期為納米平板陶瓷膜在市鎮(zhèn)污水處理中的大規(guī)模應用提供技術支撐。
平板陶瓷膜生物反應器中試試驗規(guī)模為100 m3/d,試驗時間長10 個月,從冬季12 月開始。中試設備進水為張家港市某污水廠生化池進水,具體試驗進水水質指標見表1。
表1 試驗原水水質
中試工藝流程如圖1 所示,該工藝系統(tǒng)主要由原水提升泵、兼氧池、缺氧池、膜池(好氧池)和清水池組成。污水廠沉砂池出水在原水提升泵的作用下進入兼氧池,由生化池風機向兼氧池供氣,通過兼氧池內的在線DO 儀燮制風機的頻率使兼氧池DO 濃度維持在0.6~1.0 mg/L。兼氧池出水進入缺氧池,池內布置有攪拌機維持污泥的流動性。缺氧池出水進入膜池,由膜擦洗風機向膜組件曝氣,曝氣量為120 m3/h,膜池DO濃度基本保持在3 mg/L 以上。水在抽吸泵的作用下經平板陶瓷膜過濾進入清水池。在膜池內還布置有回流泵,將膜池混合液回流至兼氧池,回流比為300%。整個系統(tǒng)由PLC 自動燮制,根據液位和流量燮制水泵和閥門的啟停。兼氧池、缺氧池、膜池的水力停留時間分別為2.5 h、4.4 h 和3.1 h。
圖1 中試工藝流程和平板陶瓷膜圖片
試驗采用的陶瓷膜為張家港市華遠環(huán)境科技有限公司的產品,共分為3 個膜組件,每個組件含100片陶瓷膜,過濾面積50 m2,共計150 m2,膜片規(guī)格參數見表2 所示。
表2 平板陶瓷膜參數
CODCr經微波消解后采用HACH DR3900 快速測定儀檢測;氨氮采用納氏試劑比色法檢測,TN 采用堿性過硫酸鉀消解紫外分光光度法檢測,TP 采用鉬酸銨分光廣度法檢測,SS 采用重量法進行檢測。DO、ORP、跨膜壓差、流量、液位等采用在線傳感器進行檢測。
圖2 所示為平板陶瓷膜MBR 工藝對CODCr的去除效果??梢钥闯觯囼炂陂g進水CODCr濃度范圍為80~273mg/L,平均進水濃度160.3 mg/L。中試設備出水CODCr的濃度低于20 mg/L,平均出水濃度12 mg/L,達到地表III 類水標準,出水水質受進水濃度波動影響較小,耐沖擊燮荷能力強。從季節(jié)上看,冬季時中試設備對CODCr平均去除率(90.5%)略低于春節(jié)(93.2%)和夏季(94%),這可能是冬季水溫較低,微生物活性相對較低所致。
圖2 CODCr 的去除效果
陶瓷膜MBR 中試對氨氮的去除效果如圖3 所示,試驗期間設備進水氨氮濃度為11~53 mg/L,平均進水濃度30.4 mg/L,陶瓷平板膜MBR 出水氨氮濃度穩(wěn)定低于1.0 mg/L,平均濃度為0.3 mg/L,去除率高于90%,出水水質達到地表III 類水標準。
圖3 氨氮的去除效果
圖4 為平板陶瓷膜MBR 工藝對TN 的去除效果。從圖中可以看出,進水TN 濃度為13~54 mg/L,平均進水濃度31.8 mg/L,陶瓷膜MBR 出水TN 濃度低于10 mg/L,平均出水濃度6.6 mg/L。去除率方面,陶瓷膜CMBR 中試冬季對TN 平均去除率為68.6%,比春季(78.1%)和夏季(78.5%)低,這主要是由于冬季水溫低,反硝化細菌活性相對較低所致。
圖4 TN 的去除效果
由圖5 可知,平板陶瓷膜MBR 中試進水TP 濃度為1.3~7 mg/L,平均進水濃度3.5 mg/L,陶瓷膜MBR出水TP 濃度為0.1~1.3 mg/L,平均濃度0.42 mg/L。結合運行期間可以看出,在污泥濃度上升階段MBR 出水TP 濃度基本低于0.3 mg/L,在污泥濃度維持穩(wěn)定階段出水TP 濃度達到1.0 mg/L 左右。單獨的生化除磷不能滿足出水要求,需增加化學除磷。
圖5 TP 的去除效果
陶瓷膜MBR 試驗MLSS 的啟動濃度為8 000 mg/L,第55 天濃度上升至15 014 mg/L,根據污泥增長速率制定排泥計劃,每天排泥0.3 m3,將MLSS 濃度燮制在15 000 mg/L 左右。
試驗啟動期,陶瓷膜MBR 膜通量由15LMH 提升至35LMH,跨膜壓差從-4.1 kPa 上升至-13.5 kPa,第32 天開始,將膜通量提高至40LMH,跨膜壓差穩(wěn)定在-14~-16 kPa,在線化學清洗周期維持30 d 以上。
平板陶瓷膜MBR 對COD、氨氮、TN 的去除效果穩(wěn)定,出水COD 濃度低于20 mg/L,氨氮濃度低于1 mg/L,TN 濃度低于10 mg/L,出水水質達到回用要求。受生物除磷效率的影響,MBR 出水TP 需要增加化學除磷才能達到0.3 mg/L 的排放要求。膜系統(tǒng)運行通量可達40LMH,MLSS 濃度可達15 000 mg/L,系統(tǒng)污泥減量效果明顯。