平板膜在河道低污染水体净化处理中的试验研究

2020-08-13应云飞江桂红徐广永朱卫兵

安徽化工 2020年4期

应云飞，江桂红，王敏，徐广永，朱卫兵，李鹏

（1.维尔利环保科技集团股份有限公司，江苏常州213125；2.常州汇恒膜科技有限公司，江苏常州213001）

城市河道黑臭现象已成为我国许多城市的共性问题。由于多年来城市雨水、污水管网老化，相互交错，河道成为居民生活污水、雨水及垃圾的受纳体。湖泊河道景观水体易受污染，水环境容量小且自净能力差，导致水体溶解氧大量消耗。有的老小区管网老化且存在排水管道私拉乱接现象，部分生活污水通过雨水井流入河道，导致河道氨氮超标，水质恶化，水体缺氧而呈黑臭状态，严重影响居民生活、城市形象和生态环境，使整个生态系统出现危机[1]。

目前，针对黑臭水体治理采用的磁分离、一体化气浮等异位处理技术，对总磷、悬浮浊度等有较好的去除效果，对COD也有一定的去除率，但对氨氮及总氮的去除效果较差，一般在50%以下[2]。对氨氮、总氮的脱除，当前常用的方法主要为截污纳管、原位生物修复技术、鸟粪石处理等，但存在工作量大，修复时间长，需定期更换鸟粪石等问题[3]。近年来将膜分离技术与生物技术有机结合的新型生物处理技术——膜生物反应器（MBR）得到广泛的应用。该技术用膜分离替代二沉池进行固液分离，与传统的生物处理技术相比，不仅效率高，而且效果稳定，不受污泥性状和外界因素影响[4]。

本实验探讨自主开发的平板膜在内置式膜生物反应器中处理低污染黑臭水体，辅以一体式MBR应急处置设施，平板膜组件浸没于反应池中，气液两相流扰动，低压抽吸出水，达到净化水质的目的。

1 材料和方法

1.1 原水水质

中试按照1 500 m3/d处理规模设计。河道水源在下水道口的污染物浓度最高，参考《建筑中水设计规范》中住宅类建筑物排水污染物浓度值以及类似工程，确定主要指标见表1。

表1 MBR系统进水水质指标表

通过连续半年的试验，分别在该设施的进水口和出水口取样，对主要污染物指标进行化验分析。处理后出水用作绿化以及景观湖补充水，回用水执行《城市污水再生利用城市杂用水水质》(GB/T 18920-2002)标准中城市绿化标准和《城市污水再生利用景观环境用水水质》（GB/T 18921-2002）中观赏性景观湖泊类水质标准。

1.2 试验流程及设备配置

本项目试验工艺流程如图1所示。

图1 工艺流程示意图Fig.1 Technological flow sheet

工艺流程说明如下：

（1）河道黑臭污水经收集管网首先经格栅井预处理单元，拦截去除污水中的漂浮物及大颗粒悬浮物，保护后续处理单元的正常运行，栅渣定期清理。

（2）经过格栅后的污水汇总至污水池，再通过进水提升泵打入MBR一体化设备的缺氧池中，缺氧池自流出水进入MBR好氧池。在好氧池中，风机提供好氧条件，池内悬浮态活性污泥在好氧条件下进行新陈代谢作用，将污水中剩余有机污染物彻底分解为二氧化碳和水，氨氮转化为硝酸盐和亚硝酸盐。

（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系统，完成整个处理系统的脱氮功效。同时通过向好氧池投加除磷药剂去除总磷，聚磷菌超量吸收磷，通过剩余污泥的排放，将磷从污水中去除。

（4）置于好氧池中的平板膜在真空泵的抽吸下，好氧池内的活性污泥混合液在平板膜的过滤作用下，将微生物和其他悬浮物完全截留在池内一侧，透过膜的清水由真空抽吸泵抽至出水池，经杀菌消毒处理后排放。

1.3 主要设备

（1）自制设备

一体式MBR应急处置设施由水箱和膜组件自制，MBR水箱6套，长度9 m，宽度2.8 m，高度3.2 m，采用钢结构制作内外表面防腐处理。MBR膜组件24组，长度2.2 m，宽度0.63 m，高度2.5 m，每组含膜片140片，膜孔直径0.2 μm，材质30408不锈钢，膜片材质为PVDF，单组处理能力62.5 m3/d。平板膜膜片底部设置曝气系统，主要功能是提供空气中的溶解氧及通过气体对膜片进行紊流冲洗并达到一个相对平衡的状态。曝气设备一般采用微孔曝气器或穿孔曝气器，曝气器装在膜架底部，曝气器与膜片距离250 mm。

（2）主要外购设备（表2）

表2 主要外购设备

1.4 分析方法

主要分析项目测试方法：COD：重铬酸钾法，HACH快速法，NH3-N：纳氏试剂分光光度法，HACH快速法；TN：过硫酸钾氧化-紫外分光光度法；pH：玻璃电极法；其他指标测定方法参考《水和废水监测分析方法（第四版）》。

2 结果与讨论

2.1 平板膜MBR对COD的处理效果

MBR对有机物的去除效果来自两方面：一方面是生物反应器内微生物对有机物的降解；另一方面是膜对有机物大分子的截留作用。本试验MBR采用平板膜过滤几乎可以截留水中所有的悬浮物，选择性膜还可以截留混合液中的大分子物质和细菌、病毒等，使得出水COD水质较好。图2显示MBR对主要污染物COD处理的效果。

图2 MBR系统对COD处理效果图Fig.2 Influence diagram of MBR on COD removal efficiency

从图2可以看出，随着每年6月向11月过渡，进水水质随着冬季的到来COD总体下降，出水COD水质相对平稳，COD水质控制在25 mg/L以下。经过处理后，污水中绝大部分污染物被去除，通过MBR膜的过滤作用，将微生物和其他悬浮物完全截留，实现泥水分离。

2.2 平板膜MBR对NH3-N和TN的处理效果

在采用平板膜处理黑臭污水时，膜的截留作用有利于使难降解有机物的能力得到加强；在处理过程中MBR好氧膜池内悬浮态活性污泥在好氧条件下，通过新陈代谢作用，将污水中剩余有机污染物彻底分解为二氧化碳和水，氨氮转化为硝酸盐、亚硝酸盐。图3和图4显示MBR对主要污染物NH3-N和TN进出水的处理效果。

图3 MBR系统对NH3-N进出水的处理效果Fig.3 Influence diagram of MBR on NH3-N influent and effluent

图4 MBR系统对TN进出水的处理效果Fig.4 Influence diagram of MBR on TN influent and effluent

从图中可以看出，随着冬季的到来，NH3-N和TN进水水质略有上升，但NH3-N和TN出水水质得到很好的控制，水质数值在5 mg/L以下。经过处理后，污水中绝大部分污染物被去除，通过MBR膜的过滤作用，将微生物和其他悬浮物完全截留，实现泥水分离。

2.3 膜片污染及其清洗

好氧池内的平板膜运行一段时间后，膜表面的污染物富集，系统通量降低。为了减缓膜片污染，在运行期间需要对MBR膜片进行定期的表面冲刷。冲刷时，关闭自吸泵，停止出水，调大曝气量进行空曝气，对膜表面进行2 h的冲刷，以冲脱沉积在膜表面上的污泥层。

当MBR膜组件中膜通量降低到一定程度时，抽吸泵压力表到临近或达到报警设定值（-0.03 MPa，相对值）或产水水量降低10%以上，此时膜表面形成的污泥层对膜的过滤阻力已造成很大影响，需对平板膜系统进行药剂清洗。

系统每组平板膜组件清洗时间约为6 h。清洗周期根据实际情况确定。采用工业级次氯酸钠（NaClO）作为清洗药剂。用有效氯含量为10%的NaClO溶液稀释至有效氯含量为5‰的浓度，每次清洗一个膜组件需要300 L浓度为5‰的NaClO溶液。通过膜清洗泵输送药剂，让药剂缓慢自流注入平板膜的膜腔内，以不溢出加药口为宜。

在进行清洗时，先关闭抽吸泵进水阀，打开微滤膜清洗加药口阀门；启动加药泵时先将出水阀关小，再调节，避免大流量冲击平板膜导致膜损坏；投加完次氯酸钠清洗药剂后浸泡至少4 h；浸泡完毕，打开鼓风机曝气至少2 h。