鄭 祥， 樊耀波
(中國科學院生態環境研究中心，北京100085)

　　 摘 要：采用處理規模為10m³/d的厭氧/好氧膜生物反應器(A/O MBR)處理毛紡印染廢水，試驗結果表明：當原水COD、BOD5、色度、濁度分別為256.5 mg/L、94.8 mg/L、64倍、45.65 NTU時，相應的出水指標分別為20.2 mg/L、1.6 mg/L、25倍、0.51 NTU，其水質達到《生活雜用水水質標準》(CJ25.1—89)；溶解氧是影響處理效果的一個關鍵因素；隨著運行時間的延長、膜污染的增加，溫度對膜通量的影響降低；膜面流速較高時，污泥濃度對膜通量沒有顯著影響。
　　關鍵詞： MBR； 印染廢水； 膜通量
　　中圖分類號：X703.1
　　文獻標識碼：A
　　文章編號： 1000-4602(2002)01-0019-04

Study on the Factors Influencing Treatment Effect and Membrane Flux of Anaerob ic/Oxic Membrane Reactor (A/O MBR)
ZHENG Xiang, FAN Yao-bo
(Research Center for Eco-Environmental Sciences,Chinese Academy of Sciences,Beij ing 100085,China)

　　 Abstract：A pilot study was conducted for the treatment of dyeing wastewater from woolen mill by using A/O MBR with capacity of 10 m³/d.The result showed that for the r aw wastewater with COD 256.5 mg/L,BOD5 94.8 mg/L,color 64 dilution tim es,and turbidity 45.65 NTU,the value of corresponding index in effluent is respe ctively 20.2 mg/L,1.6 mg/L,25 dilution times,and 0.51 NTU.Effluent quality comes up to the miscellaneous domestic water quality standard (CJ 25.1—89).Dissolved oxygen is the key factor influencing the treatment effect.With the extension of　operating time and increase of membrane fouling,temperature has lower effect on membrane flux.The sludge concentration has little impact on membrane flux at high crossflow velocity.
　　 Keywords:MBR; dyeing wastewater; membrane flux

　　膜生物反應器(MBR)由于使用了膜分離技術，可在HRT較短而SRT很長的工況下運行，延長了廢水中難生物降解的大分子有機物在反應器中的停留時間，最終將其去除^{［1 、2］}。目前，國內對MBR處理生活污水的研究較多，而對處理難降解工業廢水卻少有報導 。毛紡印染廢水由于含多種染料等難降解有機物，傳統生物處理技術對毛紡印染廢水的處理效果往往不理想，因此用MBR處理毛紡印染廢水的研究具有重要的意義。試驗就采用MBR處理 毛紡印染廢水時，溶解氧、污泥濃度、污泥負荷、容積負荷和水力停留時間等因素對處理效果的影響以及溫度和污泥濃度對膜通量的影響進行了探討。

1 試驗材料與方法

1.1 試驗裝置與流程
　　試驗在北京某毛紡廠污水站進行。廢水經過0.5 mm篩板過濾后進入系統，其工藝流程見圖1。其中厭氧池容積為4.5m³，主要作用是通過水解酸化破壞染料等有機物的分子結 構以利進一步降解；曝氣池容積為3.0m³，曝氣量控制在8～15m³/h。膜材料為聚丙烯氰(PAN)中空纖維超濾膜，截留相對分子質量為5×10⁴，膜總面積為12m²。

1.2 分析項目與方法
　　試驗分析項目有pH值、溫度、MLSS、DO、NH3-N、COD、色度、濁度等，測定方法均采用《水和廢水監測分析方法》(第3版)的標準方法。
1.3 原水水質及運行參數
　　原水水質與運行參數如表1、2所示。 表1 原水水質 溫度(℃) pH COD(mg/L) BOD₅(mg/L) NH₃-N(mg/L) 色度(倍) 濁度(NTU) 24～38 6.3～7.8 179～358 44.8～206 0.51～1.74 50～240 34 ～98

表2 曝氣池運行參數 統計值 溫度(℃) pH DO(mg/L) 容積負荷［g/(m ³·d^-1)］ 污泥負荷［g/(kg·d^-1)］ MLSS (g/L) HRT(h) Q(m³/d) 最大 35 8.2 10.4 2447 5850 2.82 9.4 13.4 最小 9 6.5 0.2 831 568 0.32 5.4 7.7 平均 24.9 7.4 2.8 1320 1478 1.55 7 10.3

2 結果與討論

2.1 處理效果
　　系統出水水質的平均值見表3。

表3 MBR出水水質與CJ 25.1—89的比較 項 目 COD(mg/L)
BOD₅(mg/L) 濁 度(NTU) NH₃-N(mg/L) 色度(倍) 進水 256.5 94.8 45.65 1.05 64 出水 20.2 1.6 0.51 0.56 25 去除率(%) 92.4 98.4 98.9 47 74 《生活雜用水水質標準》(CJ 25.1—89) a 50 10 10 20 30 b 50 10 5 10 30 注： a.城市園林綠化； b.灑水、掃除。

　　經MBR處理后水質良好，COD、BOD₅、濁度都很低，出水雖有一定色度，但已達到或優于建設部生活雜用水水質標準(CJ 25.1—89)，可直接作為城市園林綠化、灑水、掃除、消防等用水。
2.2 影響MBR處理效果的因素
2.2.1 溶解氧(DO)
　　DO對COD去除效果的影響見圖2。

　　試驗結果表明:當DO＞1 mg/L時對COD有良好的去除效果,其去除率可達90%以上,且DO再增加對COD的去除效果不再有明顯影響。在短期缺氧條件下，即DO在0.5～1 mg/L時系統也能獲得較好的去除效率。但是嚴重缺氧時間較長，如DO＜0.5 mg /L時膜出水會出現異味，其COD可達60 mg/L左右，COD的去除率降至80%～87%。由此可見，在MBR中一般應保持DO濃度＞1 mg/L。為了減少工藝的曝氣能耗，DO宜控制 在1.5～2 mg/L。
2.2.2 污泥濃度(MLSS)
　　原水有機物濃度較低且含有難生物降解性物質，因此好氧生物單元污泥濃度在較低的范圍內 (0.32～2.8 g/L)波動。運行初期，MLSS在0.32～1.3 g/L的范圍內,COD的去除效果比較理想，17個出水COD數值中僅有4個偏高：如42.7 mg/L(MLS S為0.66 g/L)、36 mg/L(MLSS為1.28 g/L)、44.9 mg/L(MLSS為0.7 g/L)、36.5 mg/L(MLSS為0.8 g/L)，另外13個均低于25 mg/L。當MLSS＞1.3 g/L、系統進入運行穩定期后，只要沒出現DO不足(DO＜0.5 mg/L)的特殊情況，MBR的出水COD值均較低且穩定(見圖3)。
　　對好氧生物單元上清液COD的同步監測結果表明：MLSS與上清液COD存在明顯的負相關關系。這說明系統中由于膜的截留作用彌補了MLSS變化造成的生物反應器處理性能的不穩定，在0.32～2.8 g/L的污泥濃度范圍內MLSS變化對出水COD影響不明顯。

2.2.3 COD污泥負荷和容積負荷
　　MBR的污泥負荷與容積負荷的變化見圖4、5。

　　由于MBR出水水質穩定，所以其動力學參數COD污泥負荷和容積負荷隨進、出水的COD 濃度變化而變化，MBR中COD容積負荷、COD污泥負荷的變化分別為0.83～2.45 kg/(m³·d)、0.568～5.85 kg/(kg·d)。在系統運行初期MLSS僅為0.32 g/L， 污泥負荷高達3.71 kg/(kg·d)，系統出水COD在15～45 mg/L之間，對COD的平均去 除率達90%左右。系統運行10 d后，MLSS升至0.9 g/L，COD污泥負荷降至1.40 kg /(kg·d)。系統進入穩定運行期，COD污泥負荷一般在0.60～1.80 kg/(kg·d) 之間，此時出水的COD值＜25 mg/L,對COD的平均去除率達92%。在系統的穩定運行 期，由于進水COD的波動而污泥負荷曾一度升至5.85 kg/(kg·d)，但出水水質和各項指標的去除率并無大的變化，表明MBR系統具有較強的抗沖擊負荷的能力。從圖4、5可看到出水水質隨污泥負荷與容積負荷而變化的情況，即一般隨污泥負荷與容積負荷增高，相應的出水COD略有增加。MBR的污泥負荷與容積負荷是普通活性污泥法的3～5倍，這表明處理同樣的印染廢水，MBR體積將比常規活性污泥法縮小3～5倍，可大大節約占地和投資。
2.2.4 水力停留時間(HRT)
　　水力停留時間對COD去除效果的影響見圖6。

　　當HRT在5.5～8 h時，HRT對COD的去除效果無明顯的影響；當HRT＞8 h時, 出水COD濃度隨HRT的延長略有降低。在實際工程設計中，用膜生物反應器處理毛紡廢水或類似廢水，HRT可控制在6～9 h。
2.3 影響膜通量的因素
2.3.1 溫度
　　水溫對膜通量的影響見表4。

表4 水溫對膜通量的影響 試驗日期 水溫(℃) 溫差(℃) 膜通量［L/(m²·h)］ 膜通量增值 率(%) 備注 1999年11月1日 17 11 55.11 -0.76 運行53 d
未化學清洗 1999年11月2日 28 54.69 1999年11月8日 18 5 50.00 0 運行60 d
未化學清洗 1999年11月9日 23 50.00 1999年12月5日 14 8 44.44 0 運行87 d
未化學清洗 1999年12月6日 22 44.44 1999年12月13日 12 9 41.94 -5 運行95 d
未化學清洗 1999年12月14日 21 39.78 2000年1月3日 7 17 37.36 21.7 化學清洗后9 d 2000年1月4日 24 45.50 2001年1月11日 17 30.35 41.2 化學清洗后1 d 2001年1月12日 8 8 42.85

　　水溫直接影響有機膜的孔徑、膜的阻力和污水的粘度，從而影響膜通量。一些MBR小試研究表明：在一定的溫度范圍與壓力條件下，溫度每升高1 ℃，膜通量增加1%～2%［3］。本研究卻發現，隨著運行時間的延長、膜污染的增加、污泥在膜面的沉積以及凝膠層的增厚，水溫升高后并沒有發現膜通量有相應明顯增加的現象；但對膜組件進行化學清洗后，發現水溫的升高會引起膜通量明顯增加。分析這一現象可能的原因是：污泥在膜表 面的沉積以及凝膠層的增厚導致膜過濾阻力的增加，降低了溫度對膜通量的影響。
2.3.2 污泥濃度(MLSS)
　　污泥濃度的增加往往伴隨著混合液粘滯度、溶解性有機物及惰性物質等的變化，它們同樣會對膜通量產生影響。在一定條件下污泥濃度越高膜通量愈低，但也有研究表明，在較高的膜面流速下MLSS為2 g/L與6 g/L時的膜通量幾乎無差別，本試驗在120 d以上的運行中也得出了類似的結果。圖7表示在膜面流速為(2.95±0.3)m/s、膜面操作壓力為(62± 10)kPa的條件下MLSS對膜通量的影響。

　　從圖7可以看出，當污泥濃度＜3.0 g/L并且膜面流速較高時，污泥濃度對膜通量沒有顯著影響。

3 結論

　　① 采用MBR工藝處理毛紡印染廢水能得到優質而穩定的出水：COD為20.2 mg/L 、BOD5為1.6 mg/L、濁度為0.51 NTU、色度為25 倍，完全符合建設部頒布的《生活雜用水水質標準》(CJ 25.1—89)。
　　② 溶解氧是影響處理效果的一個關鍵因素，污泥濃度、污泥負荷、容積負荷和水力停留時間等因素對處理效果的影響不明顯。
　　③ 隨著運行時間的延長、膜污染的增加，溫度對膜通量的影響降低。
　　④ 當污泥濃度較低且膜面流速較高時，污泥濃度對膜通量沒有顯著影響。

參考文獻：

　　［1］ 樊耀波.水與廢水處理中的膜生物反應器技術［J］.環境科學，1995，16(5) ：79-81.
　　［2］鄭祥.膜生物反應器在水處理中的研究及應用［J］.環境污染治理技術與設備,2000,1(5):12-19.
　　［3］Magara Y.The effect of operational factors on solid/liquid separation by ultra-m embrane filtration in a biological denitrification systems for collected human e xcreta treatment plant［J］.Wat Sci Tech,1991,23(12):1583-1590.

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　　作者簡介：鄭祥(1978- ), 男，福建福州人，中國科學院博士研究生，主要從事膜技術方面的研究。
　　電　　話：(010)62849108
　　E-mail:zhengxiang7825@hotmail.com
　　收稿日期：2001-06-20