鮑建國¹，盧學實²
( 1.中國地質大學 工程學院，湖北武漢 430074；2.株洲工學院環境科學與工程研究所，湖南株洲 412008)

　　摘　要：介紹了一體式膜生物反應器的反應特征、去除機理及其應用于港口污水回用的可行性。試驗結果表明，一體式生物膜反應器具有出水水質穩定、占地少、去除效率高等特點，經預處理的港口污水再經其處理后可直接用作中水回用。
　　關鍵詞：港口污水；膜生物反應器；中水回用
　　中圖分類號：TU991.64
　　文獻標識碼：C
　　文章編號：1000-4602(2002)09-0037-02

1 水質

　　試驗用水為某港區散貨裝卸公司所排放的污水(其中職工日常生活污水和地面沖洗水占70%，機修車間的含油廢水占30%，機修車間的含油廢水經隔油預處理后進入試驗系統)。其主要污染物的濃度：COD為120～500mg/L，SS為200～450mg/L，NH₃-N為10～30 mg/L，油類為18～30mg/L，大腸桿菌為10⁴～10⁶個/L。水溫為15～26℃。

2 工藝流程及試驗裝置

　　 一體式膜生物反應器的試驗裝置及工藝流程如圖1所示。

　　進水泵、一體式膜生物反應器和砂濾器共同構成處理系統的主體。其中生物處理單元采用生物膜反應槽，容積為3L，內置聚乙烯中空纖維膜組件3套(膜孔徑為0.1μm，膜內外徑分別為400μm、460μm)，槽內裝填生物球懸浮填料，尺寸為20mm，填充比為20%～30%。采用空氣壓縮機曝氣，膜組件下設置穿孔管布氣，曝氣量為0.05～0.1m³/h。出水泵采用間歇運行(開13min，關2min)。壓差計及壓力傳感器用于測定出水泵工作過程中施加在膜上的操作壓力。

3 結果及分析

3.1 工藝參數
　　試驗期間系統運行的主要工藝參數為：膜通量基本穩定在15～20L/(m²·h)，膜生物反應器水力停留時間為4h，氣水比為(10～15)∶1，采用人工強制排泥(試驗期間排泥一次)。
3.2 對COD的去除
　　圖2給出了處理系統進出水、一體式膜生物反應器上清液的COD濃度隨時間的變化曲線。

　　由于一體式膜生物反應器內含有大量懸浮、附著性活性污泥，這使反應器內保持了較高的污泥濃度，生物相較傳統的活性污泥系統更為豐富，對COD的去除率可提高15%～30% (處理后的COD可達40mg/L以下)，并具有較強的抗沖擊負荷能力。
3.3 對油類的去除
　　系統對經預處理后(除油)的港口污水的油類去除率均保持在85%以上，而一體式膜生物反應器對油類去除率基本保持在75%～80%。盡管系統進水的含油量波動幅度較大(15～28.5mg/L)，但處理后的含油量仍可達到5mg/L以下，反映出一體式膜生物反應器用于處理港口含油廢水是可行的。
3.4 出水水質
　　系統穩定運行后對出水進行取樣分析得出：COD＜40mg/L、NH₃-N＜5mg/L、濁度＜1.5NTU、油＜5mg/L、出水中SS和大腸桿菌均未檢測到，且無嗅、無不快感，處理后的出水水質達到《生活雜用水水質標準》(CJ25.1—89)，滿足中水回用水水質標準的要求，可直接回用于港口綠化、沖洗車輛及灑水降塵。
　　經測試表明，反應器內的MLSS為2.5～4.5g/L(有的可高達6.0g/L)，使得F/M值較低，剩余污泥量少，SVI值基本維持在85～120mL/g，具有良好的沉降性能。
　　膜生物反應器內高污泥濃度使反應器的容積負荷[1.5～2.2 kgCOD/(m³·d)]是普通活性污泥法的2～4倍，從而可有效減少反應單元的占地面積、節省基建投資，對于現有的港區污水處理設施的改、擴建具有很好的應用前景。

4 討論

　　試驗運行期間膜通量基本維持在15～20 L/(m²·h)，通過系統運行時的膜過濾壓差的變化可以反映出膜面污染的程度。連續監測數據表明，系統運行初期(1～30d)的過濾壓差上升較快，待一體式膜生物反應器運行穩定后，壓差值上升幅度趨緩，運行到260d時膜系統壓差上升到45.6kPa。運行期間為保持生物的活性僅進行人工排泥一次。
　　一體式膜生物反應器通過改變系統內生物的存在形式，即在提高污泥濃度的同時減小了懸浮性污泥的比例，有利于減少污泥在膜面的沉積。由于系統中曝氣擴散裝置安放在中空纖維膜組件的下方，大量氣泡穿越中空纖維膜組件使膜面的水、氣流處于劇烈紊動狀態，使污泥過膜流態為湍流(大量的試驗表明，污泥過膜流態為層流時遠比湍流時易于堵塞膜面)，加之氣體挾帶的水流對膜面的沖刷作用降低了凝膠層在膜面的極化速度，減緩了膜面的堵塞。?
　　污泥濃度的增加往往伴隨著混合液粘度、溶解性有機物、凝膠層及惰性物質等的變化，進而會對膜通量產生影響。污泥濃度較低時微生物代謝能力減弱，生物降解產生的中間產物增加，這些變化使膜表面凝膠層的形成速度加快，膜阻力系數增大；膜通量達到一定值后，隨著反應器內污泥濃度的升高則膜通量不斷降低。由此可知，在系統運行過程中保持合適的污泥濃度、加強系統的定期排泥有利于一體式膜生物反應器處理能力的提高和膜通量的增加。
　　適當的預處理將部分溶解性有機物及微細膠體轉化成固相，可充分發揮膜分離的作用，混凝法和添加粉末活性炭(PAC)均可有效去除部分有機物。研究結果表明，膜生物反應器內形成凝膠是導致膜通量下降的關鍵，胞外聚合物、溶解性有機物(非懸浮固體)及微細膠體等對此有重要影響。因PAC可使溶解性有機物及微細膠體轉化成固相，并會在有機膜面上形成一層多孔狀膜以吸附水中有機物和微細膠體，從而可避免膜面污染，同時該層PAC膜較松軟，易于沖洗。另外，添加氧化鐵微粒也具有上述作用。保持MBR系統運行條件的穩定，及時維護膜組件以及采取空曝氣、在線藥洗等一些簡單的方法來減慢過濾阻力的增長速度，均有利于生物反應器保持高生物活性和降解速率，也有利于膜分離的長期穩定，延長膜的清洗周期。

參考文獻：

　　[1]何義亮.膜生物反應器技術的研究與應用進展[J].上海環境科學,1998,17( 7):17-20.
　　[2]馬漢澤，謝可蓉，吳承立，等.利用微生物快速掛膜技術治理糖果廢水的研究[J].環境工程,2000,18(2):10-11.
　　[3]林哲.膜分離活性污泥法的研究[J].城市環境與城市生態,1994,7(1):6-9.
　　[4]顧夏聲.廢水生物處理數學模式(第2版)[M].北京:清華大學出版社,1998.
　　[5]劉雨，趙慶良，鄭興燦.生物膜法污水處理技術[M].北京：中國建筑工業出版社，2000.
　　[6]劉銳，黃霞，陳律軍，等.一體式膜—生物反應器處理洗浴污水[J].中國給水排水，2001，17(1):5-8.

　　電　話：(022)25797407?
　　傳　真：(022)25706749?
　　E-mail:bjianguo@sina.com
　　收稿日期：2002-03-17