缺氧好氧MBR工艺及膜性能的研究
第３７卷第１期２０１１年１月
水处理技术
ＴＥＣＨＮＯＩＯＧＹＯＦ、＾ｆＡＴＥＲＴＲＥ
Ｖ０１．３７Ｎｏ．１
Ａ：ⅢＥＮＴ
Ｊａｎ．，２０１１９１
缺氧一好氧ＭＢＲ工艺及膜性能的研究
周磊，陈小刚，张洪林，李长波
（辽宁石油化工大学环境与生物工程学院，辽宁抚顺１１３００１）
摘要：研究了缺氧．好氧ＭＢＲ工艺处理生活污水的特性。考察了系统的处理效果，系统对于浊度．ＣＯＤ、氨氮．总
磷等指标表现出高且稳定的去除效果。通过对系统膜过滤压差变化的长期测定，在膜丝内部负压和膜面紊流形成的剪切力双重作用下，活性污泥在膜外表面局部沉积下来形成致密的滤饼，膜表面的滤饼层和凝胶层是引起膜污染的主要原因。空曝气和化学清洗对膜过滤压差的恢复是有效的。空曝气去除膜面污染，化学清洗可消除因膜孔堵塞引起的内部污染。
关键词：缺氧．好氧ＭＢＲ；活性污泥；膜污染；生活污水中图分类号：ＴＱ０２８．８
文献标识码：Ａ
文章编号：１０００．３７７０（２０１１）０１－００９１－００４
由膜分离技术和牛物反应器相结合形成的生物化学反应系统一膜生物反应器Ｂ－３］（Ｍｅｍｂｒａｎｅ们关注。
ｂｉｏｒｅ．
不排泥并且出水流量恒定的情况下研究缺氧．好氧ＭＢＲ工艺对生活污水的处理性能。具体从以下２方面进行了研究：
（１）该工艺处理牛活污水的运行特性：主要测定浊度、ＣＯＤ、氨氮、总磷等指标的去除效果。
（２）膜污染机理的研究：长期运行中膜过滤压差变化趋势，得出膜分离的影响因素：膜上微生物对膜污染的影响：膜清洗的研究。
ａｃｔｏｒ，ＭＢＲ），在水处理中的应用及其研究正备受人
ＭＢＲ主要是由膜组件和牛物反应器２部分组
成。生物反应器是污染物降解的主要场所，而膜组件往往会根据水处理目的而选用不同类型的膜。由于ＭＢＲ是生物反应器处理技术和膜处理技术的组合，毫无疑问它也综合了两者的特点；生物反应器内的微生物利用污水中的有机物进行生长繁殖，并逐渐开始在系统内形成适合有机污染物降解的微生物链，而膜的分离作用将微生物截留在生物反应器内，使污染物得到比较充分的氧化分解，最终出水得到了净化。由于膜的分离作用，生物反应器内的活性污泥浓度较传统的生物处理法要高，这就提高了污水的处理效率与出水水质，同时降低了运行过程的能耗。但膜生物反应器中膜污染以及使用寿命等依然是该技术需要解决的难题。所以对膜污染机理的进一步研究及有效防治措施的探讨还是膜生物反应器
１试验部分
１．１工艺流程
工艺流程如图１所示。
技术研究重点Ｍ。
通过研究缺氧．好氧ＭＢＲ系统对生活污水的处理，分析缺氧．好氧ＭＢＲ运行中各参数之间的内部联系，确定最好的运行条件，从而为ＭＢＲ处理废水的实际应用的可行性提供参考依据。本文主要在
图ｌ
Ｆｉｇ．１
缺菹．好氧ＭＢＲ工艺流程
Ａｎｏｘｉｃ－ａｅｒｏｂｉｃＭＢＲｐｒｏｃｅｓｓ
１．２分析项目【ｑ
温度：直读法，水银温度计；浊度：浊度仪法，光电浊度测定仪；ＣＯＤ：重铬酸钾法；氨氮：纳氏试剂
收稿日期：２０１０－０４－０６
作者简介：周磊（１９８２－－），男，硕士研究生，研究方向为废弃物及其资源化；联系电话：１３５９１５３１１３２：Ｅ－ｍａｉｌ：ｚ１４３７９６０８２＠ｙａｈｏｏ．ｃｏｍ．ｏｎ
水处理技术
比色法，ＶＩＳ．７２２０分光光度计；总磷：过硫酸钾消解一铝锑抗分光光度法，ＶＩＳ．７２２０分光光度计。
第３７卷第１期
ＣＯＤ去除起到了强化作用，使去除率提高了１２．７％。ＭＢＲ系统膜及膜表面凝胶层的强化过滤可有效改善出水水质和提高系统抗有机负荷冲击能力。
２结果与讨论
２．１污染物去除效果２．１．１浊度的去除效果
浊度的去除效果如图２所示。由图２可知，原水中含有大量的固体悬浮物，浊度较大，经过缺氧．好氧ＭＢＲ系统中微生物的作用，有效的去除了水中的悬浮物质，浊度减小到了２—２１ＮＴＵ，去除率高达９４％。而膜对胶体物质的高效截留作用网，更保证了出水浊度始终在Ｏ～ｌＮＴＵ左右，平均去除率可达９９％以上。
２．１．３氨氮的去除效果
氨氮的去除效果如图４所示。由图４可知，系统对氨氮的去除率很高，反应器中的微生物表现出很高的硝化能力，由细菌的硝化作用去除的氨氮占总去除率的９５％，且反应器内上清液和出水氨氮质量浓度相差不多，说明膜的拦截作用本身对氨氮的去除并无太大的贡献，因为氨氮在水中是以水和氨离子形式存在，属于无机小分子，可自由穿过膜的微孔。
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结果表明，原水中一部分形成浊度的有机物被反应器中活性污泥降解合成自身所需的有机细胞物质，再加上膜本身及膜表面污泥沉积层的截留作用，使得膜生物反应器对浊度有良好的去除效果。
２．１．２
ＣＯＤ的去除效果
ＣＯＤ的去除效果如图３所示。试验过程中，进
水ＣＯＤ基本为２１８，．＇－６５３ｍｇ・Ｌ～，而出水ＣＯＤ可稳定在２０ｍｇ・Ｌ－－以下，系统ＣＯＤ总去除率在９６％以上。由图３可知，好氧区上清液（经过滤后）ＣＯＤ平均为６９ｍｇ・Ｌ．－，说明ＣＯＤ的去除仍主要依靠微生物，通过微生物降解平均去除率为８３．３％。而膜对
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运行时间，ｄ
图３进出水ＣＯＤ随时间的变化
Ｆｉｇ．３
ＣＯＤｃｈａｎｇｅｓｗｉｔｈｔｉｍｅ
周磊等，缺氧一好氧ＭＢＲ工艺及膜性能的研究９３
附在膜表面或内壁，造成膜污染。膜污染的发生是不可避免的难题，它影响系统的稳定运行、能耗、膜的使用寿命等，关系ＭＢＲ的经济性。但通过对混合液性质及运行条件的适当控制，可以尽量减缓膜的污染速度，延长膜运行周期。
２．２．１膜过滤压差的时间变化
试验通过控制膜出水流量基本保持不变（在４２Ｌ・ｈ－ｌ左右），投入运行以后，活性污泥会附着在膜丝表面，而使过滤压差不断改变，膜过滤压差的高低变化反映了运行过程中污染物在膜面的积累情况，即膜过滤阻力的变化，结果如图６所示。
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图６连续运行过程中膜过滤压差变化
Ｆｉｇ．６
Ｔｈｅｃｈａｎｇｅｏｆｍｅｍｂｒａｎｅｆｉｌｔｒａｔｉｏｎｐｒｅｓｓｕｒｅ
ｄｕｒｉｎｇ
ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓｏｐｅｒａｔｉｏｎ
由图６可知，过滤初期，膜内部及表面附着的污泥较少，膜过滤阻力较小，膜通量大，因此在膜过滤压差作用下，混合料液中所含污染物质随过滤液向膜面聚集，污泥逐渐在膜表面沉积并渐渐被压实，这样随着运行时间的增加，料液中污染物随过滤液向膜面聚集的速度降低，这时膜面的泥饼层已基本形成，膜压差上升速度加快。由此可见，污泥沉积层是形成膜污染的主要途径。２．２．２水温对膜过滤性能的影响
水温直接影响膜的孔径、膜的阻力和污水的粘度，从而影响膜通量。一些ＭＢＲ小试研究表明，在一定的温度范围与压力条件下，温度每升高ｌ℃，膜通量增加了１％～２％【１０］。
试验采用恒定膜通量的运行方式，膜污染可通过膜过滤压差的变化间接表征，结果如图７所示。由图７可知，膜污染速率随温度下降呈加速趋势。温度在１５℃时膜过滤压差的上升速率为２．２３
ｋＰａ・ｄｌ，
是３５℃时０．８３ｋＰａ・ｄ，的２．６８倍。由此可以认为，温度是影响ＭＢＲ膜污染的重要因素，在低温条件下，膜污染速率过快会直接影响系统的正常运行、产水能力及出水水质。
温度／℃
图７温度对膜抽吸压力平均上升速率的影响
Ｆｉｇ．７
Ｔｈｅｅｆｆｅｃｔｏｆｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ０１１ｒｉｓｉｎｇｒａｔｅ
ｏｆｓｕｃｔｉｏｎ
ｐｒｅｓｓｕｒｅｏｆｍｅｍｂｒａｎｅ
２．２．３膜污染的控制措施
随着运行时间的延长，膜污染程度会越来越严重，就需要对膜组件进行空清洗和（或）化学清洗。
空曝气是指停止进出水，加大曝气强度连续长时间曝气，以冲脱沉积在膜表面上污染层的方法。稳定运行过程中２次空曝气对膜过滤压差的影响如图
８所示。
运行时间，ｄ
图８空曝气对膜污染的影响
Ｆｉｇ．８
Ａｉｒａｅｒａｔｉｏｎ
ｏｎ
ｍｅｍｂｒａｎｅｆｏｕｌｉｎｇ
由图８可知，经空曝气后，膜过滤压差总是又有一个逐渐升高的过程，这是由于在空曝气后再次抽吸过滤，反应器中的活性污泥重新在膜面开始沉积，形成凝胶层。所以，当膜污染主要是由于滤饼层污染时，空曝气是短暂有效的；而对于由膜孔堵塞引起的膜污染，结果表明空曝气的效果不明显。
化学清洗是指把一定浓度的酸或碱溶液加入膜内部，让其和膜内表面充分接触，杀死并氧化滋生在膜面上的微生物，再使微生物残体和溶液随出水流出。当膜污染主要是膜内表面微生物的滋长所造成的时候，用物理清洗的方法效果不显著，此法的效果特别明显。
试验采用１％次氯酸钠清洗，药剂用量１０Ｌ，浸泡２ｈ后排出，结果如图９所示。由图９可知，化学清洗对减轻膜污染是非常有效的，且清洗后的水质数据和生物镜检表明，化学清洗液未对污泥混合液
水处理技术
产生明显的影响。从试验结果来分析，进行经常性的膜清洗可以减缓膜阻力的增长速度…】。
的水质冲击的能力。
第３７卷第１期
控制膜出水流量基本保持不变（在４２Ｌ・ｈ。１左右），膜过滤压差的高低变化反映了运行过程中污染物在膜面的积累情况，即膜过滤阻力的变化情况；温度降低，膜污染速率加快；连续运行后膜污染特征的观察，发现膜丝内外表面污染严重，主要是微生
如”们”如巧加１物污染；空曝气和化学清洗对膜通量的恢复（膜过滤压差）是有效的。空曝气主要是去除膜面污染，化学清洗可消除凶膜孔堵塞引起的内部污染。
运行时间，ｄ
图９化学清洗对膜污染的影响
ｍ，Ｏ
Ｆｉｇ．９
Ｔｈｅｅｆｆｅｃｔｏｆｃｈｅｍｉｃａｌｃｌｅａｎｉｎｇ
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ｏｎ
ｍｅｍｂｒａｎｅｆｏｕｌｉｎｇ
３结论
通过膜生物反应器Ａ／Ｏ工艺对生活污水处理的研究，结果表明，系统几乎可以完全去除浊度，其中生物部分去除率在９４％以上，由于膜的高效截留作用，系统平均去除高达９９％以上：系统对ＣＯＤ的去除率高且稳定，总去除率平均为９６％以上，其中生物作用去除率约８３．３％，膜去除率１２．７％，说明生物降解起主要作用。系统长时间未排泥使得反应器内有机物有一定的累积，在一定程度上影响了出水的水质。系统对ＣＯＤ具有很好的耐冲击能力：系统的氨氮去除率很高，反应器中的微生物表现出很高的硝化能力，总去除率为９１．５％，由细菌的硝化作用占总去除率的９５％，系统中氨氮去除几乎全部由生物硝化作用完成，膜对于氨氮几乎不能截留。另外，试验表明系统具有一定的耐氨氮的水质冲击的能力；以缺氧．好氧方式运行ＭＢＲ磷的总去除率达到７８％，除磷主要是生物降解起作用，膜对于ＴＰ的作用不明显。另外试验表明系统具有很强的耐ＴＰ
【４１
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ｓｔｕｄｙｗａｓｍａｉｎｔｙｔｈｅｄｏｍｅｓｔｉｃｗａｓｔｅ、ｊｖａ，ｔｅｒｔｒｅａｌｉｎｇｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｕｓｉｎｇＡ／Ｏ－ＭＢＲｓｙｓｔｅｍｓａｎｄｔｈｅｅｆｆｅｃｔｔｈｅｏｐｅｒａｔｉｏｎｏｆｔｈｅＭＢＲ
ｓｙｓｔｅｍ．Ｔｈｅｒｅｍｏｖａｌｒｅｓｕｌｔｓｏｆｆｉｌｔｒａｔｅｔｕｒｂｉｄｉｔｙ，ＣＯＤ，ｈ＂ｄ，＇－ＮａｎｄＴＰｗｅｒｅｇｏｏｄ．Ｂａｓｅｄｏｎ．１０ｎｇｔｉｍｅｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇｔｈｅｃｈａｎｇｅｓｏｆｔｒａｐｓ－ｍｅｍｂｒａｎｅ
ｐｒｅｓｓｕｒｅ，Ｔｈｅｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅｏｆｆｉｌｔｒａｔｉｏｎｐｒｅｓｓｕｒｅ
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ｇｏｔｔｅｎａｎｄｔｈｅｃｈａｎｇｅｓｏｆｔｒａｐｓ－ｍｅｍｂｒａｎｅｐｒｅｓｓｕｒｅｗｅｒｅｔｒａｃｋｅｄｄｏｗｎ．ＴｈｅａｃｔｉｖａｔｅｄｓｌｕｄｇｅＷａｓｂｅｃｏｍｐａｃｔｓｌｕｄｇｅｃａｋｅｕｎｄｅｒｓｕｃｔｉｏｎｐｒｅｓｓｕｒｅｗｉｔｈｈｙｄｒａｕｌｉｃｓｈｅａｆｉｎｇｆｏｒｃｅｏｆｔｈｅｔｕｒｂｕｌｅｎｔｆｌｏｗ，
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ｐａｒｔｉａｌｌｙａｃｃｕｍｕｌａｔｅｘｌｉｎｔｈｅｓｕｒｆａｃｅｏｆｍｅｍｂｒａｎｅ
ｏｆｍｅｍｂｒａｎｅｆｏｕｌｉｎｇ．Ｔｈｅｎｅｔａｅｒａｔｉｏｎ
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ｆｏｕｌｉｎｇ；ｃｈｅｍｉｃＭｗａｓｈｉｎｇｐｌａｙｅｄ
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