膜生物反应器在工程中的试验研究应用

陈海杰+宋朝媛

摘 要：目前，我国大多数污水处理厂采用国家城镇污水二级排放标准。随着水体富营养化形势的日益严峻，氨氮、总氮、总磷和BOD5居高不下，提高排放标准至一级B甚至一级A显得尤为重要。同时，为了解决城市缺水问题，采取城市污水资源化，实现中水资源的再利用已显得十分迫切。采用膜生物反应器工艺可以处理不同性质的城市污水（生活污水、城市废水和工业废水），而膜生物反应器是高效膜分离技术和活性污泥结合的新型水处理技术，具有对污染物去除效率高、能耗低、占地面积小、操作维护简单等优点，适合多种性质的废水处理。另外，膜生物反应器对污染物（COD、BOD、NH3-N、SS、色度、浊度等）有相应的去除效果，可以广泛应用。

关键词：污水处理；膜生物反应器；膜分离技术；活性污泥

中图分类号：X703.3 文献标识码：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2016.24.099

1 工作原理

一体式膜生物反应器的核心构造单元是生物反应池、浸入式中空纤超滤膜、负压间歇抽吸和曝气上升水流冲洗膜表面等。在生物反应池中，活性污泥能降解和净化污染物，污泥和净化水通过浸入生化反应池内部的膜组件实现固液分离。出水采用负压操作，利用抽吸泵在中空纤维膜的内外壁形成负压，得到的渗透液即为处理水，同时，将生物量截留在反应池中。

2 膜生物反应器

2.1 装置组成

该装置为一体式，主要由原水池、生物反应池、污泥池、出水池和与其相配套的泵、曝气系统、控制系统等组成。其工作流程如图1所示。

2.2 工艺流程

调节池内的原水经计量泵提升后，先经60目的尼龙筛网过滤，去除水中较大的悬浮物和漂浮物，之后进入生物反应池，有机物被活性污泥中的微生物分解，混合液在抽吸泵的抽吸作用下经膜渗透得到处理水，生物量被截留在反应池中；抽吸泵间歇运行，保证上升水流对膜表面沉積物的清洗效果。当膜内外压差达到一定值时，就需要定期清洗它，以恢复膜的通透量，延长使用寿命；而生物反应池中的剩余污泥也要定期外排。

2.3 装置规格和参数

原水调节池：尺寸为0.35 m× 0.4 m× 0.7 m，有效容积为0.056 m3。

生物反应池：尺寸为0.35 m× 0.4 m× 0.7 m，有效容积为0.063 m3，内置二组中空纤维膜组件，材质为聚乙烯，膜孔径为0.4 m，膜总面积为4 m2；底部装有微孔曝气器2根，曝气量为50 L/min，提供微生化反应的需氧量，并形成膜表面的搅动错流。

污泥池：有效容积为2 L，用来贮存定期排放的剩余活性污泥。

出水池：尺寸为0.3 m× 0.4 m× 0.7 m，有效容积为0.06 m3。

原水计量泵：采用米顿罗计量泵，型号为P166-361TI，流量为7.6 L/h，压力为0.36 MPa。

抽吸泵：采用米顿罗计量泵，型号为P166-361TI，最大流量为7.6 L/h，压力为0.36 MPa。

空压机：型号ACO-008B的电磁式空压机，最大空气流量为110 L/min，功率为135 W。

电气控制：分别设有电源、原水泵、抽吸泵、空压机的电气控制开关。其中，抽吸泵设自动、手动开关，与空压机实现连锁控制，即空压机停车期间，抽吸泵不得启动运转，抽吸泵工作期间空压机不得停车。

3 工艺运行参数

3.1 进水水质、水量

进水采用人工配水，水质指标大致是：COD为400 mg/L，BOD为200 mg/L，NH3-N为40 mg/L，SS为250 mg/L，pH为7，进水水量为100 L/d。

3.2 出水要求

在工作过程中，要求出水达到一级排放标准，即COD为100 mg/L，BOD为70 mg/L，SS为20 mg/L，NH3-N为15 mg/L。

3.3 运行参数

生物反应池运行参数：曝气强度为50 L/min，容积负荷为0.6 kg COD/（m3·d），污泥的质量浓度为10 g/L，停留时间为13.4 h。

膜组件运行参数：透水量为0.25 m3/m2·h，采取抽吸泵间歇运行的方式，即运行10 min，停2 min，膜组件进出口压差为30 MPa。

液位：初步确定原水调节池、生物反应池、出水池的液位高度分别为0.4 m、0.45 m、0.5 m。

4 膜生物反应器的运行

4.1 运行前

膜生物反应器运行前，要做好以下准备工作：①检查总电源和各用电设备的电源是否正常，状态是否完好；②进水水质、水量是否满足要求。

4.2 启动

启动膜生物反应器时，要做到以下2点：①将配好的水倒入调节池中，依次开启总电源、原水泵，待生物反应池中注入2/3污水后，进行活性污泥的接种、培养和驯化。污泥成熟后，可连续进水，并开启抽吸泵，使膜生物反应器整体运行。在此过程中要注意，污泥的培养、驯化可采用间歇进水、闷曝、间歇排水的方式。驯化期间，排水可通过使生物反应池暂停曝气、稍作静置，用软管虹吸排水实现。②系统运行时，采用低压、恒流操作，即膜面平均操作压力从某一较低值开始逐步升高，将单位面积膜通量稳定在适当值。膜通量保持恒定，膜操作压力反映了膜面污染物的积累，据此确定膜的清洗周期。

4.3 停车

停车时，要明确以下2点：①依次关闭原水计量泵、抽吸泵、空压机。如果停车时间比较长，空压机应在抽吸泵停车5 min之后再关闭；②关闭总电源。

膜能否长期稳定运行是膜生物反应器实际应用时需重点考虑的问题之一，而影响其运行的主要因素是膜的污染问题。结合有关资料，初步确定采用以下方法来保证膜生物反应器的长期稳定运行，以减轻膜污染，延长膜的使用寿命。

在此过程中，要保证以下几点：①系统启动初期，应提高接种污泥的浓度，待生物反应器运行基本正常后再开始膜分离的运行。②保持操作条件的稳定。操作条件经常变化会加速膜的堵塞，加速膜污染。在启动机器初期，抽吸泵的抽吸压力应缓慢增加。③保持生物反应池内良好的水力循环条件和适当的曝气量，维持膜面良好的水力冲刷作用，注意膜的日常维护，并按要求定期清洗膜片。④在抽吸泵运行期间，严禁停止空压机。

5 膜组件的清洗

一般来说，在合理的运行条件下，膜组件运行时不需要使用任何化学试剂清洗。但是，当膜组件进出口压差达到30 MPa时，就需要对膜片进行化学冲洗，以恢复膜通量，延长膜的使用寿命。

5.1 使用的化学试剂

通常情况下，清洗膜组件时使用次氯酸钠、氢氧化钠和氯化氢，用碱清洗有机物质，用酸清洗无机物质。

5.2 清洗方法

清洗时，将膜组件从反应池中取出，用加压的清水或自来水冲洗膜表面，同时，检查膜表面是否有损伤；然后将膜组放入盛有次氯酸钠（有效氯含量为1 000 mg/L）和质量分数为4%的氢氧化钠混合溶液中浸泡12 h。如果膜表面有大量无机物附着，可用氯化氢浸泡去除。之后将膜组件用清水洗净再放入反应池中，恢复原来的运行，并确认膜间的压差已降低。在此过程中要注意，如果经过清洗膜间压差没有降低，则应更换新膜。

6 结论

采用膜生物反应器工艺可以处理不同性质的城市污水，通过试验研究，考察活性污泥、膜对污染物（COD、BOD、NH3-N、SS、色度、浊度等）的去除效果，确定该工艺处理不同种类废水的合理运行参数，得出不同废水在膜生物反应器的最佳操作条件，确定整污泥浓度与污染物去除率、膜通量的关系，曝气强度与污染物去除率、膜通量的关系，温度变化与膜通量的关系，膜被污染的原因和减缓、恢复方法。

参考文献

[1]龙腾锐，方芳，郭劲松.酶促填料变速生物滤池的生产性启动研究[J].给水排水，2000，26（11）：12-15.

[2]范荣桂，范彬，杜显云，等.深床过滤与同步生物脱氮的研究[J].中国给水排水，2005，21（7）：17-21.

〔编辑：白洁〕