膜生物反應(yīng)器在城市污水處理中的最優(yōu)工況研究

李志明

（廣東省海洋工程職業(yè)技術(shù)學(xué)校廣東廣州510320）

1 膜生物反應(yīng)器工作原理

膜生物反應(yīng)器實(shí)驗(yàn)裝置由曝氣系統(tǒng)、出水泵、反應(yīng)區(qū)、進(jìn)水箱、進(jìn)水泵、出水箱、PLC自動控制器構(gòu)成。利用壓力泵從進(jìn)水箱中抽取待處理污水，當(dāng)反應(yīng)器內(nèi)混合液的液面到達(dá)最低點(diǎn)的時(shí)候，感應(yīng)器向控制系統(tǒng)傳遞信號，隨之開始進(jìn)水。當(dāng)進(jìn)水液面到達(dá)最高點(diǎn)時(shí)，反應(yīng)器就會停止進(jìn)水。當(dāng)原水進(jìn)入到反應(yīng)區(qū)之后，經(jīng)過微生物的處理以及膜過濾，經(jīng)由出水泵輸送出水箱，反應(yīng)器中配備著反洗裝置，可以用于反洗。反應(yīng)器裝有溶氧感應(yīng)器、PH計(jì)、溫度計(jì)等。支持在線讀數(shù)。對于曝氣量以及出水量通過流量計(jì)來進(jìn)行控制。

2 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

本實(shí)驗(yàn)采用當(dāng)今應(yīng)用比較普遍的淹沒式膜生物反應(yīng)器工藝，內(nèi)部設(shè)置中空纖維簾式膜 (由膜天膜公司生產(chǎn)，PVDF微慮膜)，以城市生活污水的處理為目標(biāo)，通過構(gòu)建正交方法來確立影響生物膜反應(yīng)器的出水處理效果的關(guān)鍵影響因素。從考量出水效果(出水COD)最優(yōu)良的方面來探討最好的生物膜反應(yīng)器運(yùn)行工況。

通過大量工程實(shí)踐以及許多文獻(xiàn)可以知道：抽停比，氣水比以及MLSS等生物膜反應(yīng)器的運(yùn)行工況對生物膜反應(yīng)器出水效果有著極其重要的影響，通過構(gòu)建一個三水平三因素的正交實(shí)驗(yàn)，可考查這三個重要運(yùn)行因素對生物膜反應(yīng)器出水效果帶來的影響，而三水平三因素的正交實(shí)驗(yàn)需要9個階段的不間斷運(yùn)行，通過對在這9個階段出水水質(zhì)COD的測量，能夠采用正交的統(tǒng)計(jì)法探索出影響出水水質(zhì)COD的關(guān)鍵影響因素，然后就能夠確定生物膜反應(yīng)器的最佳運(yùn)行工況。

3 實(shí)驗(yàn)過程

3.1 實(shí)驗(yàn)裝置與方法

待處理污水取自某生活污水處理廠曝氣沉沙池，經(jīng)過一到兩天的初沉降，可以除掉原水中的大多數(shù)顆粒性物質(zhì)。為了避免顆粒物對膜纖維造成機(jī)械損壞，在進(jìn)入水泵之前裝備孔徑約為lmm的紗網(wǎng)，起到細(xì)格柵的過濾功能。原水水質(zhì)COD情況如表1所示。

表1 原水水質(zhì)COD情況

本實(shí)驗(yàn)出水標(biāo)準(zhǔn)希望達(dá)到GBl8918-2002二級排放標(biāo)準(zhǔn)，排放標(biāo)準(zhǔn)參照表2：

表2 COD最高允許排放標(biāo)準(zhǔn)（日均值）

為了簡化管理，本實(shí)驗(yàn)采用了PLC控制系統(tǒng)內(nèi)部設(shè)備。例如當(dāng)反應(yīng)器液面位置達(dá)到設(shè)定低液位的時(shí)候，生化池開始實(shí)行控制進(jìn)水；當(dāng)達(dá)到高液位的時(shí)候，反應(yīng)器停止進(jìn)水。在電氣自動控制柜上裝備有觸屏式模擬顯示器，它能夠顯示出整個處理系統(tǒng)的狀態(tài)和數(shù)據(jù)，確保系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。采取了間歇出水的運(yùn)行方式，其工作周期依照實(shí)驗(yàn)工況能夠調(diào)整，在實(shí)驗(yàn)開始初期，主要進(jìn)行污泥的培養(yǎng)、儀器的調(diào)試以及試運(yùn)行。在實(shí)驗(yàn)階段：總共做了9個階段的工況.具體參數(shù)為:實(shí)驗(yàn)的膜通量始終維持在 16.5L/m2·h，HRT=4.5h。MLSS，氣水比以及抽停比參數(shù)實(shí)施分階段調(diào)整如表3所示：

表3 九個階段參數(shù)

3.2 COD的去除效果及正交實(shí)驗(yàn)分析

本實(shí)驗(yàn)通過重鉻酸鉀法測定COD的濃度，對實(shí)驗(yàn)穩(wěn)定時(shí)期考察了9個階段約110天的有機(jī)物的處理效果，每一個階段都取其測量結(jié)果的平均值。從圖1中很容易地看到，在通過考查的9個階段期間，COD的去除效果比較平穩(wěn)。進(jìn)水COD濃度在212-137mg/L，平均濃度在170mg/L，出水COD平均濃度在32.5mg/L，最低能夠達(dá)到16.8mg/L；平均去除率為81.0%。在水質(zhì)監(jiān)測實(shí)驗(yàn)過程中，因?yàn)樗泻袧舛缺容^高的氯離子對COD的測定形成很大的影響，實(shí)驗(yàn)方法上是通過加入一定量的硫酸汞來對干擾進(jìn)行消除，不過受條件限制；只可以通過對比實(shí)驗(yàn)實(shí)施并不精準(zhǔn)的干擾扣除操作。圖中橫坐標(biāo)為9個階段。

圖1 COD的去除情況

(1)MLSS對COD去除效果的影響

實(shí)驗(yàn)考查了污泥濃度MLSS在9500-11500 mg/L，6000-7500 mg/L，3000-4500 mg/L的三個水平九個階段所獲得的COD的平均去除率，得到COD去除效果與MLSS之間的關(guān)系如圖4-2所示：通過圖2可以知道，MLSS隨著濃度的增大，COD去除效率一直在持續(xù)增長，而在3000-4500 mg/L階段到6000-7500 mg/L階段的COD去除效率要小于6000-7500 mg/L階段到9500-11500 mg/L階段的增長的COD去除效率。依據(jù)正交實(shí)驗(yàn)的代表性，認(rèn)為COD去除效果伴隨著MLSS的增長而加強(qiáng)。

圖2 MLSS對COD去除效果

(2)抽停時(shí)間對COD去除效果的影響

實(shí)驗(yàn)對抽停比在 10：2，6：2，3：1這三個水平九個階段所獲得的平均COD去除效果，獲得COD去除效果與抽停比的關(guān)系如圖3所示，通過圖3可以知道：當(dāng)抽停比為6：2的時(shí)候COD去除效果最佳。而抽停比為10：2以及3：1的時(shí)候，COD去除效果存在顯而易見的降低趨勢，認(rèn)為延長停抽時(shí)間對于COD去除效果下降有很明顯的影響。

圖3 抽停時(shí)間對COD去除效果

(3)氣水比對COD去除效果的影響

實(shí)驗(yàn)研究了當(dāng)氣水比在 30-35：1，25-30：1，20-25：1 這三個水平九個階段時(shí)對COD去除效果的影響，并得到其平均COD去除效果，圖4是氣水比與平均COD去除效果的關(guān)系圖。通過圖4可以得出：當(dāng)氣水比為25-30：1時(shí)，COD平均去除效果最為明顯。由此表明，曝氣量提高了反應(yīng)器中的混合液的循環(huán)速度，這樣使得污染物在膜的表面不易累積，并且還能夠提高污染物脫離膜表面的速度，過大的曝氣強(qiáng)度會導(dǎo)致膜表面的泥餅層越來越薄，對出水水質(zhì)有一定的影響。

圖4 氣水比對COD去除效果

(4)實(shí)驗(yàn)因素的主次關(guān)系以及最佳組合條件的確定.

依照不同水平實(shí)驗(yàn)的結(jié)果的最小值以及最大值的差，也就是通過極差來對因素的主次進(jìn)行判斷，通過實(shí)驗(yàn)獲得各因素的極差結(jié)果如表4所示：三個因素對COD的去除效果的影響大小順序?yàn)椋撼橥１龋糓LSS＜?xì)馑取?/p>

本實(shí)驗(yàn)出水標(biāo)準(zhǔn)符合GBl8918-2002二級排放標(biāo)準(zhǔn)，獲得COD去除效果最優(yōu)組合條件為：氣水比在25-30：1，抽停比在6：2，MLSS濃度在9500-11500mg/L之間。

4 總結(jié)

實(shí)驗(yàn)對停抽比，MLSS以及氣水比展開了正交分析。依照正交分析，結(jié)合考量了膜運(yùn)行長期的穩(wěn)定性以及產(chǎn)水量的多少，獲得了最佳的組合條件，即抽停比在6：2；氣水比在25-30：1；MLSS濃度在9500-11500mg/L之間時(shí)為最佳工況。

[1]周健仁，白韜光.膜一生物反應(yīng)器處理高濃度生活污水的中試研究[J].環(huán)境工程，2002，20(1)：17-21.

[2]鮑建國，王建功.微孔膜生物反應(yīng)器處理含油廢水[J].中國給水排水，2002，18(2)74-76.

[3]李紅巖，高孟春，楊敏等.組合式膜生物反應(yīng)器處理高濃度氨氮廢水[J].環(huán)境科學(xué)，2002，23(5)：62-66.