平板膜在河道低污染水體凈化處理中的試驗(yàn)研究

應(yīng)云飛，江桂紅，王 敏，徐廣永，朱衛(wèi)兵，李 鵬

（1.維爾利環(huán)?？萍技瘓F(tuán)股份有限公司，江蘇常州213125；2.常州匯恒膜科技有限公司，江蘇常州213001）

城市河道黑臭現(xiàn)象已成為我國(guó)許多城市的共性問題。由于多年來城市雨水、污水管網(wǎng)老化，相互交錯(cuò)，河道成為居民生活污水、雨水及垃圾的受納體。湖泊河道景觀水體易受污染，水環(huán)境容量小且自凈能力差，導(dǎo)致水體溶解氧大量消耗。有的老小區(qū)管網(wǎng)老化且存在排水管道私拉亂接現(xiàn)象，部分生活污水通過雨水井流入河道，導(dǎo)致河道氨氮超標(biāo)，水質(zhì)惡化，水體缺氧而呈黑臭狀態(tài)，嚴(yán)重影響居民生活、城市形象和生態(tài)環(huán)境，使整個(gè)生態(tài)系統(tǒng)出現(xiàn)危機(jī)[1]。

目前，針對(duì)黑臭水體治理采用的磁分離、一體化氣浮等異位處理技術(shù)，對(duì)總磷、懸浮濁度等有較好的去除效果，對(duì)COD也有一定的去除率，但對(duì)氨氮及總氮的去除效果較差，一般在50%以下[2]。對(duì)氨氮、總氮的脫除，當(dāng)前常用的方法主要為截污納管、原位生物修復(fù)技術(shù)、鳥糞石處理等，但存在工作量大，修復(fù)時(shí)間長(zhǎng)，需定期更換鳥糞石等問題[3]。近年來將膜分離技術(shù)與生物技術(shù)有機(jī)結(jié)合的新型生物處理技術(shù)——膜生物反應(yīng)器（MBR）得到廣泛的應(yīng)用。該技術(shù)用膜分離替代二沉池進(jìn)行固液分離，與傳統(tǒng)的生物處理技術(shù)相比，不僅效率高，而且效果穩(wěn)定，不受污泥性狀和外界因素影響[4]。

本實(shí)驗(yàn)探討自主開發(fā)的平板膜在內(nèi)置式膜生物反應(yīng)器中處理低污染黑臭水體，輔以一體式MBR應(yīng)急處置設(shè)施，平板膜組件浸沒于反應(yīng)池中，氣液兩相流擾動(dòng)，低壓抽吸出水，達(dá)到凈化水質(zhì)的目的。

1 材料和方法

1.1 原水水質(zhì)

中試按照1 500 m3/d處理規(guī)模設(shè)計(jì)。河道水源在下水道口的污染物濃度最高，參考《建筑中水設(shè)計(jì)規(guī)范》中住宅類建筑物排水污染物濃度值以及類似工程，確定主要指標(biāo)見表1。

表1 MBR系統(tǒng)進(jìn)水水質(zhì)指標(biāo)表

通過連續(xù)半年的試驗(yàn)，分別在該設(shè)施的進(jìn)水口和出水口取樣，對(duì)主要污染物指標(biāo)進(jìn)行化驗(yàn)分析。處理后出水用作綠化以及景觀湖補(bǔ)充水，回用水執(zhí)行《城市污水再生利用城市雜用水水質(zhì)》(GB/T 18920-2002)標(biāo)準(zhǔn)中城市綠化標(biāo)準(zhǔn)和《城市污水再生利用景觀環(huán)境用水水質(zhì)》（GB/T 18921-2002）中觀賞性景觀湖泊類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。

1.2 試驗(yàn)流程及設(shè)備配置

本項(xiàng)目試驗(yàn)工藝流程如圖1所示。

圖1 工藝流程示意圖Fig.1 Technological flow sheet

工藝流程說明如下：

（1）河道黑臭污水經(jīng)收集管網(wǎng)首先經(jīng)格柵井預(yù)處理單元，攔截去除污水中的漂浮物及大顆粒懸浮物，保護(hù)后續(xù)處理單元的正常運(yùn)行，柵渣定期清理。

（2）經(jīng)過格柵后的污水匯總至污水池，再通過進(jìn)水提升泵打入MBR一體化設(shè)備的缺氧池中，缺氧池自流出水進(jìn)入MBR好氧池。在好氧池中，風(fēng)機(jī)提供好氧條件，池內(nèi)懸浮態(tài)活性污泥在好氧條件下進(jìn)行新陳代謝作用，將污水中剩余有機(jī)污染物徹底分解為二氧化碳和水，氨氮轉(zhuǎn)化為硝酸鹽和亞硝酸鹽。

（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系統(tǒng)，完成整個(gè)處理系統(tǒng)的脫氮功效。同時(shí)通過向好氧池投加除磷藥劑去除總磷，聚磷菌超量吸收磷，通過剩余污泥的排放，將磷從污水中去除。

（4）置于好氧池中的平板膜在真空泵的抽吸下，好氧池內(nèi)的活性污泥混合液在平板膜的過濾作用下，將微生物和其他懸浮物完全截留在池內(nèi)一側(cè)，透過膜的清水由真空抽吸泵抽至出水池，經(jīng)殺菌消毒處理后排放。

1.3 主要設(shè)備

（1）自制設(shè)備

一體式MBR應(yīng)急處置設(shè)施由水箱和膜組件自制，MBR水箱6套，長(zhǎng)度9 m，寬度2.8 m，高度3.2 m，采用鋼結(jié)構(gòu)制作內(nèi)外表面防腐處理。MBR膜組件24組，長(zhǎng)度2.2 m，寬度0.63 m，高度2.5 m，每組含膜片140片，膜孔直徑0.2 μm，材質(zhì)30408不銹鋼，膜片材質(zhì)為PVDF，單組處理能力62.5 m3/d。平板膜膜片底部設(shè)置曝氣系統(tǒng)，主要功能是提供空氣中的溶解氧及通過氣體對(duì)膜片進(jìn)行紊流沖洗并達(dá)到一個(gè)相對(duì)平衡的狀態(tài)。曝氣設(shè)備一般采用微孔曝氣器或穿孔曝氣器，曝氣器裝在膜架底部，曝氣器與膜片距離250 mm。

（2）主要外購(gòu)設(shè)備（表2）

表2 主要外購(gòu)設(shè)備

1.4 分析方法

主要分析項(xiàng)目測(cè)試方法：COD：重鉻酸鉀法，HACH快速法，NH3-N：納氏試劑分光光度法，HACH快速法；TN：過硫酸鉀氧化-紫外分光光度法；pH：玻璃電極法；其他指標(biāo)測(cè)定方法參考《水和廢水監(jiān)測(cè)分析方法（第四版）》。

2 結(jié)果與討論

2.1 平板膜MBR對(duì)COD的處理效果

MBR對(duì)有機(jī)物的去除效果來自兩方面：一方面是生物反應(yīng)器內(nèi)微生物對(duì)有機(jī)物的降解；另一方面是膜對(duì)有機(jī)物大分子的截留作用。本試驗(yàn)MBR采用平板膜過濾幾乎可以截留水中所有的懸浮物，選擇性膜還可以截留混合液中的大分子物質(zhì)和細(xì)菌、病毒等，使得出水COD水質(zhì)較好。圖2顯示MBR對(duì)主要污染物COD處理的效果。

圖2 MBR系統(tǒng)對(duì)COD處理效果圖Fig.2 Influence diagram of MBR on COD removal efficiency

從圖2可以看出，隨著每年6月向11月過渡，進(jìn)水水質(zhì)隨著冬季的到來COD總體下降，出水COD水質(zhì)相對(duì)平穩(wěn)，COD水質(zhì)控制在25 mg/L以下。經(jīng)過處理后，污水中絕大部分污染物被去除，通過MBR膜的過濾作用，將微生物和其他懸浮物完全截留，實(shí)現(xiàn)泥水分離。

2.2 平板膜MBR對(duì)NH3-N和TN的處理效果

在采用平板膜處理黑臭污水時(shí)，膜的截留作用有利于使難降解有機(jī)物的能力得到加強(qiáng)；在處理過程中MBR好氧膜池內(nèi)懸浮態(tài)活性污泥在好氧條件下，通過新陳代謝作用，將污水中剩余有機(jī)污染物徹底分解為二氧化碳和水，氨氮轉(zhuǎn)化為硝酸鹽、亞硝酸鹽。圖3和圖4顯示MBR對(duì)主要污染物NH3-N和TN進(jìn)出水的處理效果。

圖3 MBR系統(tǒng)對(duì)NH3-N進(jìn)出水的處理效果Fig.3 Influence diagram of MBR on NH3-N influent and effluent

圖4 MBR系統(tǒng)對(duì)TN進(jìn)出水的處理效果Fig.4 Influence diagram of MBR on TN influent and effluent

從圖中可以看出，隨著冬季的到來，NH3-N和TN進(jìn)水水質(zhì)略有上升，但NH3-N和TN出水水質(zhì)得到很好的控制，水質(zhì)數(shù)值在5 mg/L以下。經(jīng)過處理后，污水中絕大部分污染物被去除，通過MBR膜的過濾作用，將微生物和其他懸浮物完全截留，實(shí)現(xiàn)泥水分離。

2.3 膜片污染及其清洗

好氧池內(nèi)的平板膜運(yùn)行一段時(shí)間后，膜表面的污染物富集，系統(tǒng)通量降低。為了減緩膜片污染，在運(yùn)行期間需要對(duì)MBR膜片進(jìn)行定期的表面沖刷。沖刷時(shí)，關(guān)閉自吸泵，停止出水，調(diào)大曝氣量進(jìn)行空曝氣，對(duì)膜表面進(jìn)行2 h的沖刷，以沖脫沉積在膜表面上的污泥層。

當(dāng)MBR膜組件中膜通量降低到一定程度時(shí)，抽吸泵壓力表到臨近或達(dá)到報(bào)警設(shè)定值（-0.03 MPa，相對(duì)值）或產(chǎn)水水量降低10%以上，此時(shí)膜表面形成的污泥層對(duì)膜的過濾阻力已造成很大影響，需對(duì)平板膜系統(tǒng)進(jìn)行藥劑清洗。

系統(tǒng)每組平板膜組件清洗時(shí)間約為6 h。清洗周期根據(jù)實(shí)際情況確定。采用工業(yè)級(jí)次氯酸鈉（NaClO）作為清洗藥劑。用有效氯含量為10%的NaClO溶液稀釋至有效氯含量為5‰的濃度，每次清洗一個(gè)膜組件需要300 L濃度為5‰的NaClO溶液。通過膜清洗泵輸送藥劑，讓藥劑緩慢自流注入平板膜的膜腔內(nèi)，以不溢出加藥口為宜。

在進(jìn)行清洗時(shí)，先關(guān)閉抽吸泵進(jìn)水閥，打開微濾膜清洗加藥口閥門；啟動(dòng)加藥泵時(shí)先將出水閥關(guān)小，再調(diào)節(jié)，避免大流量沖擊平板膜導(dǎo)致膜損壞；投加完次氯酸鈉清洗藥劑后浸泡至少4 h；浸泡完畢，打開鼓風(fēng)機(jī)曝氣至少2 h。

3 結(jié)論

本研究表明，試制的平板膜作為過濾材料，有效地將MBR池中微生物和其他懸浮物截留，實(shí)現(xiàn)泥水分離。MBR系統(tǒng)具有流程簡(jiǎn)單，出水水質(zhì)好且穩(wěn)定，出水細(xì)菌、懸浮物和濁度接近于零，微生物濃度高，占地面積小，土建費(fèi)用低，污泥產(chǎn)量小等傳統(tǒng)生物處理工藝所不具備的優(yōu)點(diǎn)，是目前污水處理領(lǐng)域最有前途的廢水生物處理技術(shù)。

城市河道黑臭現(xiàn)象主要是過量納污導(dǎo)致水體供氧和耗氧失衡的結(jié)果，水體缺氧乃至厭氧條件下污染物轉(zhuǎn)化并產(chǎn)生氨氮、硫化氫等惡臭物質(zhì)，項(xiàng)目實(shí)施運(yùn)行費(fèi)用較低，平板膜MBR系統(tǒng)處理后的出水用作綠化以及景觀湖補(bǔ)充水，達(dá)到觀賞性景觀湖泊類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，具有較好的經(jīng)濟(jì)和環(huán)境效益。