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浙江工业大学工程硕士沦文：膜生物反应器一反渗透处理洗浴废水回用的研究 膜生物反应器一低压反渗透处理洗浴废水回用的研究 摘要 在水资源日益紧张的今天，国内外都对污水的回用进行了广泛地研 究。由于洗浴废水具有排放量大、污染物简单、浓度低等特点，从而 成为污水回用的优质水源。 膜法是一种新型、高效的水处理技术，随着膜技术的发展，膜在水 处理中应用日益广泛。本文对目前国内外膜技术应用情况进行分析研 究的基础上，提出采用双膜法( m b r r o ) 处理洗浴废水，以期得到 可以用于与人体直接接触甚至饮用的优质回用水。实验结果表明：该 工艺处理洗浴废水，中段m b r 装置的出水常规的监测指标均已优于 c j t 4 8 1 9 9 9 生活杂用水水质标准的要求，而且水质稳定。再经过 低压r o 装置的脱盐处理，系统的最终出水常规的监测指标均达到我 国g b 5 7 4 9 - - 8 5 ( ( 饮用水卫生标准，其中出水的c o d c ，l m g l 、n h 3 一n o 2 2m g l 、s s d l 、电导率 3 5 0us c m 、s d i 值 1 ；其去除率分 别达到9 9 、9 8 9 、1 0 0 、8 5 ；总处理成本约2 0 7 8 元m 3 。同时， 该工艺可以采用p l c 控制实现自动运行，管理方便。 关键词：洗浴废水，膜生物反应器，反渗透，回用 浙江工业大学工程硕士论文：膜生物反应器一反渗透处理洗浴废水回用的研究 s t u d i e so fm 旧r r ot r e a tb a t h i n gw a s t e w a t e r f o rr e u s e a b s t r a c t w i t ht h es h r i n k i n go fa v a i l a b l ew a t e rr e s o u r c e ，w a s t e w a t e rr e u s e t e c h n o l o g i e sh a v eb e e nr e s e a r c h e di nr e c e n ty e a r s b a t h i n gw a s t e w a t e ri s a ni d e a lw a s t e w a t e r - r e c l a m a t i o ns o u r c ef o ri t sl a r g ed i s c h a r g ea m o u n t ， s i m p l ep o l l u t a n tc o m p o s i t i o na n dl o wp o l l u t a n tc o n c e n t r a t i o n m e m b r a n et e c h n o l o g yi san e wt y p ea n dh i g he f f i c i e n c yt e c h n o l o g yo f w a t e rt r e a t m e n t w i t ht h ed e v e l o p m e n to fm e m b r a n et e c h n o l o g y ，t h e a p p l i c a t i o no fm e m b r a n es p r e a dw i d e l yi nw a t e rt r e a t m e n t b a s e do nt h ep r e s e n ta n a l y s i so fm e m b r a n ea n db i o l o g i c a lt e c h n o l o g y ， t h i sa r t i c l ep o i n t so u tad u a lm e m b r a n em b r & r op r o c e s sa st h eu n i t e d s e p a r a t i o nt e c h n o l o g yf o rb a t h i n gw a s t e w a t e rr e u s e i no r d e rt oo b t m nh i g h q u a l i t yr e u s ew a t e rt h a tc a l lb ed i r e c t l yt o u c h e do rd r i n k e d e x p e r i m e n t r e s u l ts h o w st h a tt h e g e n e r a lm o n i t o r i n gi n d e xo ft r e a t e de f f l u e n tf r o m m b rm e tt h e m i s c e l l a n e o u sd o m e s t i cw a t e rq u a l i t ys t a n d a r d ” ( c j t 4 8 - 19 9 9 ) t h ee f f l u e n t f r o mr om e tt h e “s a n i t a r ys t a n d a r df o r d r i n k i n gw a t e r ( g b 5 7 4 9 - - 8 5 ) ：c o d c ，1m g l 、n h 3 一n 0 2 2 m g l 、 s s d l 、k 3 5 0us c m 、s d i 3l - tm 颗粒物质和 胶体为主的。 2 2 3 生化法与物化法相结合 组合工艺是将物理化学方法和生物方法组合起来的水处理技术。一般生物处 理过程在前，物理化学处理过程在后。如接触氧化与膜分离相结合、生物活性炭、 膜生物反应器等，这类方法具有出水水质好，处理工艺简单，运行稳定等特点。 上述洗浴废水回用处理工艺基本都能使出水达到我国的中水回用标准。而且 这些处理工艺基本是以处理洗浴废水回用为杂用水，如用于冲厕、洗车、绿化等 人体不直接接触的地方。 对于以洗浴废水为原水的回用处理工艺，采用生化法处理如前分析存在一定 弊端，传统物化法对废水中的溶解性污染物难于去除，水质难以得到保证【48 1 。要 得到能应用于可与人体直接接触的、水质更好的回用水，需要高效的、多种方法 联用的处理工艺。 目前由于膜的高效分离效果使得膜在污水处理中得到广泛应用，同时膜法处 浙江工业大学工程硕士论文：膜生物反应器一反渗透处理洗浴废水回用的研究 理成本也不断在下降，国外已经有采用双膜法处理电镀废水( u f r o ) 2 5 1 、显示 器工厂废水( m b r r o ) 4 9 1 直接回用生产的文献报道。对市政污水采用微滤( m f ) 作预处理再用反渗透( r o ) 处理也取得较好效果50 1 。因此本实验研究拟采用双膜 法( m b r - r o ) 处理洗浴废水，用以确定一种能直接回用于可与人体直接接触如 洗浴、游泳、洗衣用途的中水处理工艺。 2 3 本研究方案的确定及研究内容 为使洗浴废水经处理后回用于可以与人体直接接触的地方甚至达到我国生 活饮用水卫生标准( g b 5 7 4 9 8 5 ) ，采用双膜处理工艺，将膜生物处理技术( m b r ) 与低压反渗透处理( r o ) 有机结合起来，利用m b r 良好的出水，加上简单的加 药预处理，即可作为低压反渗透的原水，生产出达到饮用水水质标准的净水，进 行循环利用。 实验研究的主要内容有： ( 1 ) 确定m b r - r o 工艺处理洗浴废水的可行性 ( 2 ) 运行参数的初步优化 ( 3 ) 工艺流程的经济分析 ( 4 ) m b r - r o 工艺处理洗浴废水系统的初步设计 浙江工业大学工程硕士论文：膜生物反应器一反渗透处理洗浴废水回用的研究 第三章m b r r o 处理洗浴废水回用的研究 3 1 实验主体流程 本实验采用流程见图3 - 1 。 旅水外排 圈3 - 1m b r - r o 实验流程图 f i g 3 - 1f l o wp r o c e s so f m b r - r o 整个实验装置由s 7 2 0 0 型p l c ( 可编程序控制器) 控制。控制项目： 进水采用间歇方式，由上、下两个干簧管液位计控制； 膜组件为间歇出水，抽吸1 2m i n ，然后停3m i n ，由p l c 中的定时器控 制。 特殊保护措施： 为了防止液位计失效，使用p l c 控制进水泵的最长连续运行时间为5 m i n ， 以免进水过多，溢出反应器一旦进水泵连续运行时间超过该设定值，系 统除曝气泵外，所有其他设备均停止运行； 为了防止液位计失效时持续出水造成膜组件外露，设置出水泵单次连续 运行最大时间为4 0m i n ，超过此值，系统除曝气泵外，所有其他设备也停止运行。 浙江工业大学工程硕士论文：膜生物反应器一反渗透处理洗浴废水回用的研究 3 1 1 工艺流程说明： 洗浴废水中含有大量毛发，故需要在进入污水调节池之前经毛发聚集器将其 收集过滤，然后进入污水调节池，由于洗浴废水排放的不均匀性，所以需要污水 调节池进行水量和水质的调节。污水调节池的出水由潜污泵泵入膜生物反应器 m b r 中，在m b r 反应器内存活着大量的好氧活性污泥微生物，可以将原水中的 c o d 、n h 3 - n 等有机污染物降解，浸没在混合液中微虑膜组件可以将生物降解后 的原水进行筛分过滤，实现对水中s s 、部分细菌等物质的截留。m b r 反应器的出 水经过n a c l 0 、阻垢剂等规药处理后，被加热器加热刘2 5 。c ，再经过保安过滤器 过滤后，投加n a h s 0 3 ，然后进入低压反渗透装置。经过反渗透脱盐，使最终出水 水质达到我国生活饮用水水质标准。 实验装置中的r o 膜对进水水质要求高，对余氯、浊度、p h 值、水温等都有 自身的要求： ( 1 ) 余氯 r o 进水余氯的去除现在一般采取活性炭吸附或加入n a h s 0 3 。活性碳吸附器 主要有二个功能：吸附水中部分有机物，吸附率为6 0 左右；吸附水中余氯。 有文献【”】认为活性碳脱除余氯并不是单纯的吸附作用，而是在其表面发生催化作 用，所以活性碳不存在吸附饱和的问题，只是损失碳而己。但m b r 出水仍残余部 分污染物，可被活性炭吸附，最终吸附饱和，而目前活性炭价格昂贵，再生困难； 因此本实验采用投加n a h s 0 3 去除余氯，并且可以通过计量泵自动投加，运行管理 方便。 ( 2 ) 水温 膜有适宜的使用湿度范围，膜元件标明的透水量一般是在2 54 c 的情况下的； 在规定的范围内提高进料液的温度有利于提高膜的透水速率，从而提高反渗透系 统的回收率，但超过最高允许使用温度时，膜的水解速度加快，导致膜结构不可逆 的变化。温度过高时，应采用冷却降温装置。加温的方式可以选用电加热或蒸汽 2 7 浙江工业大学工程硕士论文：膜生物反应器一反渗透处理洗浴废水回用的研究 换热，对于小水量系统比较可行，但是对于较大水量系统，能耗偏高。其付出与 升温带来的益处相比，反而不具有经济性。本实验研究r o 出水可以直接回用于洗 浴，因而加热费用对于实际运行费用产生影响不大。 ( 3 ) p h 膜存在允许的p h 值范围，如本实验中采用的c t a 三醋酸中空纤维膜的p h 值 适用为5 0 “0 ，当超出允许范围时，需要对进料液的p h 值加以调整。如膜在酸 性条件下使用，常用h 2 s 0 4 调节；如膜在碱性条件下使用，常用n a o h 调节。实 践证明，合适的p h 值和温度是保证膜合理寿命的重要因素。 ( 4 )阻垢剂 为防止r o 膜元件在选择透过淡化水的同时，其浓水侧溶解固形物因浓缩出现 浓度增大，离子积大于溶解度平衡常数而结晶析出，在r o 膜表面结垢，影响r o 膜的脱盐率、水通量、运行压力等性能参数。如果出现细小晶粒而不能及时处理 的话，溶解固形物会以其为结晶核心，使结晶粒增大，从而其结晶棱角会刺破膜 表面，损坏反渗透装置，因而在反渗透装置前设置阻垢剂加药装置。 目前反渗透系统中阻垢剂使用最多的为六偏磷酸钠，但六偏磷酸钠易分解成 磷酸根，而磷酸根又是细菌的营养源，所以使用不当易造成生物污染。另外六偏 磷酸钠不易溶解，本身的结垢也影响系统的运行 5 2 _ 5 钔。目前国内多用f l o c o n 2 6 0 产品，该产品作为阻垢剂同时具有以下优点 5 l j ： 可抑制细菌生长而延长清洗周期： 可防止原水中溶解和不溶解的铁形成铁胶而影响系统运行和造成膜不可逆污 染： 提高了饱和临界值( l s i 值可达2 5 ) ，对绝大部分原水可以不加酸，对小部分 原水也可大量减少酸的投加，从而降低了反渗透出水中c o ：； 药剂的成份稳定，可以长时间存放及开盖使用。 但作为进口产品，与国内同类产品比较价格较贵，约6 万元t 左右 浙江工业火学工程硕士论文：膜生物反应器一反渗透处理洗浴废水回用的研究 ( 5 ) 保安过滤器 r o 入1 2 1 前有保安过滤器( 又称精密过滤器或5 过滤器) 以保证膜元件不被划 伤或污堵，一般选用过滤孔径为5um ，根据前后压差来确定调换滤芯，压差控 制在5 8 8 k p a 以内。 3 1 2 主要设备介绍 3 1 2 1 毛发聚集器 由于洗浴废水中含有毛发与纤维物质、较大的固体杂物。这些杂物如果不去 除，会缠绕在水泵叶轮上，使水泵运转负荷增大，严重者还会使水泵电机烧毁。 实验中采用快齐式毛发聚集器，内部不锈钢提篮式过滤内胆为全不锈钢制作，外 壳材质为碳钢防腐，快开式顶盖，清理操作简单方便， 3 1 2 2 污水调节池 在洗浴废水进入m b r 反应器之前设置污水调节池是根据洗浴废水的排水特 点而考虑安装的。由于洗浴废水的排水流量波动大，排水周期不均匀，瞬时排水 大，故此为防止排水不规律而造成水质波动幅度大，冲击污泥系统，将洗浴排水 首先收集到污水调节池中，进行水质和水量的调节。 污水调节池的具体参数为： l w h = 3 0 0 0 3 0 0 0 1 5 0 0 m m 有效容积为：1 0 8 m 3 水力停留时间：1 0 4 h 材质：碳钢箱体，内涂有环氧树脂防腐。 备注：在污水调节池内设有液位控制器，一方面防止水箱没水而导致污水泵 空转受损；另方面防止污水过量而溢流。 2 9 浙江工业大学工程硕士论文：膜生物反应器一反渗透处理洗浴废水回用的研究 3 1 2 3m b r 反应器 ( 1 ) 膜材质的选择 在本实验研究中m b r 反应器是整体处理工艺中降解和去除废水中主要有机 和无机污染物的重要处理设备。经过m b r 反应器处理后，原水中9 5 的污染物质 被去除。所以m b r 反应器是处理工艺的中心环节。而膜的选择是其中关键之一。 膜按材质来分，包括有机膜和无机膜两大类。目前应用较多的是有机膜，包 括聚烯烃类、聚乙烯类、芳香族聚酞胺、聚醚矾、聚氟聚合物等。现有的研究表 明，无机膜的抗污染能力较强，并且无机膜本身除了具有超滤截留功能外还能作 为曝气器使用：在几种常用的有机膜材质中，聚偏氟乙烯的抗污染能力最强，聚 矾膜最易受污染1 5 5 】 5 6 1 ，膜的亲疏水性对膜污染的影响比较复杂，对于不同性质料 液，不同条件下可能得出不同的结论。一般认为对于膜与有机组分为主的活性污 泥之间的表面能越低越好，即选择亲水性膜。原因在于亲水的膜表面与水形成氢 键，这种水处于有序结构，当疏水溶质要接近膜表面须破坏有序水，不易进行。 在使用中应根据待处理废水的特点选择不同的膜，比如对于高浊度污水，膜应该 具有膜通量大、抗污染、耐酸碱、耐细菌腐蚀、强度大、不易老化等特点。 在本实验中，结合前人的研究结果，选用污染趋势最小的p v d f 膜作为实验 用膜。同时，p v d f 有极好的耐气候性和化学稳定性，在室温下不受酸、碱和氧化 剂腐蚀1 5 7 】， ( 2 ) 膜组件形式的选择与确定 对废水处理用膜组件的要求是：不易堵塞，清洗和膜更换方便，可用机械清洗， 单位透过液能耗费用低，单位体积膜面积大。因此在膜生物反应器中多用管式、 板框式、圆盘式膜组件。 微滤、超滤膜组件的主要形式有板框式、管式、螺旋式、毛细管式、棒条式 和中空纤维式等5 8 1 ，其中螺旋式和毛细管式组件的装填密度均较高，但是由于抗 污染能力差，一般不用于膜生物反应器。用于膜生物反应器的主要有板框式、管 式和中空纤维式。用于膜生物反应器的膜组件形式如下： 板框式膜组件 板框式组件是首先应用的大规模超滤系统，起源于常规的过滤概念。膜、多 孔膜支撑材料以及形成料液流道的空间和两端重叠压紧在一起，料液由料液边空 浙江工业大学工程硕士论文：膜生物反应器一反渗透处理洗浴废水回用的研究 间引入膜面。所有板框式组件应在单位体积中提供大的膜面积，通常这种组件与 管式组件相比，控制浓差极化比较困难。在板框式组件中通常要拆开或机械清洗 膜，而且比管式组件需要更多的次数。但是，板框式组件的投资费用和运行费用 都比管式组件低。 管式膜组件 管式膜组件是由圆管式的膜和膜的支撑体构成。管式膜组件有内压型和外压 型两种运行方式。实际中多采用内压型，即迸水从管内流入，透过液从管外流出。 管式膜直径在6 - 2 4 m m 之间。为了增加组件的膜面积，通常将多根管按蜂窝 状排列安装在组件中。管式膜组件的优点是：料液可以控制湍流流动，对堵塞不敏 感，易于清洗，膜组件中压力损失小。其缺点是：装填密度小( 1 0 0 m 2 m 3 ) o 中空纤维膜组件 中空纤维膜组件和毛细管式组件的形式相同，只是中空纤维的外径较细，为 4 0 2 5 01 3 1 1 1 ，内径为2 5 4 2um 。其耐压强度很高，在高压下不发生形变。中空纤 维膜组件常把几十万根或更多根中空纤维弯成u 形，纤维束的一端或两端用环氧 树脂封头，再装入耐压容器内而成。在污水处理中，不将中空纤维装入耐压容器 中，直接将组件放入反应器中，即构成内置式( 一体式) 膜生物反应器。 中空纤维膜组件的优点是：装填密度可以很高( 达1 6 0 0 0 3 0 0 0 0f 1 1 2 m 3 ) ，单位 膜面积的制造费用相对较低，所以可以采用物理化学性能好、透水率低的尼龙中 空纤维膜，寿命可达5 年。膜的耐压性能高，不需要支撑材料。其缺点是：对堵塞 很敏感，污染和浓差极化对膜的分离性能产生很大影响，但是通过改变流动方式 可以对污染和浓差极化加以改善。 根据以上分析，决定m b r 采用膜材质为天津膜天膜公司生产的聚偏氟乙烯 ( p v d f ) ，膜纤维内径o 5 r i m l ，外径o 8 m m ，膜孔径为0 2ui n ，膜壁厚约1 5 0 l ai t i ， 使用温度5 4 5 ，p h 值2 1 0 ，在污水处理过程中，在0 0 2 m p a 负压下抽吸 出水，通量约2 0 l ，m 2 h ，总膜面积3 , 6 m 2 。膜组件结构为帘式，如图3 1 ，尺寸为 a b c = 3 0 0 2 5 0 4 5 0 浙江工业大学工程硕士论文：膜生物反应器一反渗透处理洗浴废水回用的研究 图3 - 1m b r 膜组件结构 f i g 3 1m e m b r a n ef r a m e w o r ko f m b r m b r 反应器的相关参数： l w h = 2 7 0 0 x 2 0 0 0 2 5 4 0 m m 有效容积：1 1 9 m 3 水力停留时间：l l h 气水比：2 0 ：1 3 0 ：1 抽吸压力( 负压) ： 0 1 8 5 m p a 流量：1 1 3 矗m 材质：碳钢箱体，内涂有环氧树脂防腐 备注：m b r 反应器将中间水箱包括在内； 反应器和中间水箱均有液位计进行水位的控制，所涉及的处理设备均安装 在反应箱体的合理位置。 在正常情况下，采用间歇出水方式，出水1 2 r a i n ，停止3 m i n 。当反应器的 水位到达超低水位或中间水箱水位达到高水位时，反应器停止出水。 3 1 2 4 低压反渗透装置 低压反渗透装置是对m b r 反应器出水的深度处理，主要是将原水中的无机盐 类进行脱除。反渗透的脱盐( 及其溶质) 的机理，至今尚无成熟理论。主要根据对 c a 膜的研究，提出了以下几种脱盐机理【5 9 】： 氢键机理：理想的c a 膜，致密的表皮层只含“一级结合水”( 靠形成氢键 浙江工业大学工程硕士论文：膜生物反应器一反渗透处理洗浴废水回用的研究 与膜结合水) ，由于一级结合水的介电常数很低( e = 2 6 ) ，没有溶剂化作用，盐 份不能溶解于这种结合水中。在工作压力的作用下，经过一连串氢键的“断裂与 结合”，水分子被推挤移位，直至进入多孔层，因而实现透水。盐份因不溶于一级 结合水，不能透过膜。 溶解一扩散机理：认为水及盐份透过半透膜是分两步完成的。第一步是水 及盐份溶解于膜中；第二步是水及盐份在各自的化学势梯度推动下，在膜中扩散 迁移而通过膜。该机理把膜看作是完全致密的中性无孔界面层，因此水及盐分在 膜中的扩散迁移是连续、均匀的，易于用简单的扩散公式来描述。 选择吸附一毛细孔流机理：假定多孔膜具有适宜的化学结构，其表面可选 择性地吸收溶液中的水分子，在膜表面形成一层水层，其厚度视界面性质而异， 约l 2 个分子的厚度。反渗透时，在压力作用下，界面纯水层的纯水不断通过毛 细孑l 而渗出。按照这种机理，反渗透性取决于膜表面的亲水性和膜中孔隙的大小。 当孔径恰为界面纯水层的两倍时，有最佳脱盐和透水性能。 筛分机理：当溶质有机分子或水合离子与水分子的大小相差悬殊，而膜孔 大小介于其间时，则主要通过筛分效应将有机物及盐除去。 反渗透几乎可以完全将分子量为1 5 0 的有机组分截留，而纳滤膜只有对分子 量为2 0 0 以上的组分才达到较高的截留率。可以这样来论述“纳滤”概念：适于 分离分子量为2 0 0 以上的膜工艺。由于纳滤所施加的操作压力比反渗透低，因此 纳滤有时也称为“低压反渗透”。 m b r 出水经过r o 处理后，水质将达到我国生活饮用水的水质标准，甚至出 水指标要高于该标准。 r o 的相关参数： 产品来源：天津膜天膜公司 型号：中空纤维低压反渗透装置4 0 4 0 反渗透膜：c t a 三醋酸中空纤维膜 外径长度：1 0 0 1 0 1 6 水温：2 5 l 工作压力：1 5 i m p a 单元件回收率： 5 0 脱盐率：9 0 9 5 浙江工业大学工程硕士论文：膜生物反应器一反渗透处理洗浴废水回用的研究 3 1 3 主要附属设备介绍 ( 1 ) 计量设备 在工艺前段的m b r 处理设备的出水口加装有a b s 的转子流量计，来计量出 水量，以保证后续r o 处理的用水量。在r o 的浓水出口和清水出口均有转子流量 计计量水量，通过这两个流量计的计量可以测算出r o 设备的产水率。同时在r o 的清水出水管路中加装一台水表，以计量设备出水的累计量。 m b r 反应器出水泵前安装有电接点压力表，通过压力表的读数可以得知出水 膜通量的情况。在r o 前端的保安过滤器的前后均安装有压力表，通过计量保安过 滤器前后压差推测该过滤器的寿命。r o 反应器的进水端和出水端各安装一个压力 表，经过对进出口压差的计量来测试反渗透膜的通量，以及反渗透泵的运行情况。 由于r o 对进水温度的要求，故在r o 进水前段安装有在线测温计，实时测量 进水水温，若水温低于2 5 。c ，自控系统会自动启动加热系统，将进水加热到2 5 。c ， 保证r o 的进水温度要求。 ( 2 ) 投药系统 次氯酸钠、亚硫酸氢钠和阻垢剂溶液配制于相应的加药桶中，由计量泵投加， 计量泵的运行由自控系统控制，药剂的浓度和投加量均可以按实际要求进行调节。 ( 3 ) 控制系统 整个处理工艺中所使用的潜污泵、出水泵、管道增压泵、加药计量泵、反渗 透泵、鼓风机、加热器等设备的运行均由p l c 自动控制，工艺的整体运行也由p l c 可编程控制器控制运行，无需人工操作。 浙江工业大学工程硕士论文：膜生物反成器一反渗透处理洗浴废水回用的研究 3 2 实验分析项目及方法 3 2 1 分析项目 试验时，每日对系统的水样进行常规分析的有：c o d c 。、n h 3 一n 、p h 、色度、 s s 、电导率、s d i 指数及活性污泥的s v 3 0 。 常规分析每周取样五次，取样点分别为：调节池中的洗浴排水、m b r 反应器 的出水、r o 的清水。m b r 反应器的活性污泥从反应器混合液取样口取得，然后 现场测试s v 3 0 。取样的容器为专用的玻璃取样瓶。在现场采样后，立即用h 2 s 0 4 稳定( 调节p h 至2 左右) 。水样的p h 值在采样时现场监测。 3 2 2 分析方法 c o d c r ：重铬酸钾标准法( 方法来源“g b l l 9 1 4 8 9 ”) n h 3 - n ：纳式试剂光度法。 p h ：采用p h s 2 5 c 数字式p h 计进行测试。( h - 法来源“g b 6 9 2 0 8 6 ”) 色度：稀释倍数法。 s s ：重量法( 方法来源：“g b l l 9 0 1 8 9 ”) 电导率：采用d d s 3 0 7 电导率仪进行测试。 s d i 指数：采用s d i 测定仪进行测试，现场监测 3 2 3 实验药品、试剂 本实验所需试剂主要有如下几种： 葡萄糖：工业纯，接种驯化期使用。 尿素：工业纯，接种驯化期使用，作为生物n 源。 k h z p 0 4 ：试剂级，接种驯化期使用，作为生物p 源。 n a c l o ：工业纯，有效氯在2 8 。 n a h s 0 3 ：工业纯。 阻垢剂：工业纯液体。 h 2 s 0 4 ：试剂级，用于调节水样的p h 值。 浙江工业大学工程硕士论文：膜生物反应器一反渗透处理洗浴废水回用的研究 3 1 3 实验过程 3 3 1 活性污泥的前期接种驯化阶段 膜生物反应器m b r 处理工艺是传统的活性污泥法和膜法的有机结合，因此在 m b r 系统正常运转前需要进行活性污泥的接种和驯化。在试验中，利用城市污水 处理厂的脱水干泥进行接种。首先，将脱水干泥用少量清水溶解，配成比较均匀 的污泥浆液加入反应器中，然后加入一定量的化粪池上清液和清水，保持闷曝2 4 小时：在闷曝结束后静置2 小时，将上清液全部排掉，加入少量的化粪池清液和 清水，继续曝气2 4 小时：曝气结束后再一次静置，排掉1 0 的上清液，然后注入 洗浴废水，同时投入定量的葡萄糖、n 源、p 源调节洗浴废水的营养配比：经过 2 4 小时曝气后，减少化粪池上清液的加入量和每次投加葡萄糖、n 源、p 源的量， 增加注入洗浴废水的量，逐步将脱水干泥的活性激活和提高，使活性污泥逐步适 应洗浴废水自然的营养配比。每日需测量污泥的3 0 分钟沉降比( s v 3 0 ) ，同时观 察活性污泥的外观性状。在停止投加营养成分单独使用洗浴废水后，若活性污泥 的s v 3 0 可以达到2 0 3 0 ，而且观察活性污泥絮体良好，即可认为活性污泥的 接种和驯化已成功，可以同其它系统联动使用。这一段污泥接种驯化期历时1 0 天。 3 3 2 实验系统的试运行阶段 在活性污泥接t n i i 化完毕后，首先要启动膜生物反应器m b r 处理系统。m b r 反应器内的活性污泥虽然已适应洗浴废水的水质，但是对于连续注入反应器的洗 浴废水，活性污泥仍需要一段适应期。在这段适应期内，每天监测m b r 反应器的 进、出水水质，考察m b r 反应器对原水污染物的去处率，直至m b r 出水达到我 国中水水质标准后，才可以认为m b r 处理系统转入了正常运行状态。 m b r 反应器的出水在达标后，作为后续低压反渗透r o 处理装置的原水蓄积 在中间水箱内，中间水箱的出水由增压泵抽吸流向反渗透装置。在流向反渗透装 置前要经过投药、加热、保安过滤器过滤等前期的预处理，经预处理后由反渗透 泵将水泵入低压反渗透装置。低压反渗透装置的运行也需要经历一段试运行期。 由于新的反渗透膜自身材质缘故，需要同进水有一段适应期，同时也将新膜表面 的化学药剂清洗干净。在反渗透装置产清水水质达到生活饮用水水质标准，而且 相对稳定后，则可认为反渗透装置已转入正常运行状态。 朔江工业大学工程硕士论文：膜生物反应器一反渗透处理洗浴废水回用的研究 经过试运行阶段，在m b r 反应器系统、低压反渗透系统等单系统均转入正常 运行状态后，整个洗浴废水的再生处理工艺即可认为各系统可以联动正常运行。 试验的来水为某洗浴中心的洗浴排水，水质波动不大，但水量不均，需要经 过污水调节池进行水量和水质的调节，同时在进入调节池之前进行污水中毛发的 截留去除，以免后续堵塞潜污泵。 调节池的水由潜污泵送入到膜生物反应器m b r 中。m b r 反应器中保持2 4 小 时曝气，一方面为好氧活性微生物生存代谢所需，另一方面，保证对出水膜组件 的气力冲刷作用，缓解膜组件的污染，延长膜的寿命。由于m b r 反应器需要一定 量的活性污泥对废水中的有机污染物进行降解，故在系统联动运行之前，需要将 脱水的干活性污泥进行接种驯化，在接种驯化期间，需要加入一定量的葡萄糖、 氮、磷等营养物质，直至反应器内的活性污泥适应了废水水质后，将停止添加营 养物质。活性污泥接种驯化成功后，整个反应系统即可联动运行。m b r 反应器的 出水经投加次氯酸钠杀菌后进入到中间水箱。 运行时每天检测m b r 的活性污泥s v3 0 ，进出水的c o d 、g u 3 - h 、色度、p h 值，r o 进出水的c o d 、n h 3 一h 、色度、p h 值、电导率、s d i 值一次或若干次， 并作记录。此外每天对于设备的运行参数也要作详细的记录。 3 3 3 实验系统的稳定运行阶段 洗浴废水再生循环使用处理工艺在单系统调试运行完毕后，各系统将联动运 行。联动运行的程序为：洗浴废水首先经毛发聚集器过滤后进入污水调节池，污 水调节池的出水由潜污泵送入膜生物反应器中，膜生物反应器的出水经投加 n a c l o 溶液杀菌消毒后进入中间水箱，中间水箱的出水由增压泵抽吸送出，增压 泵的出水投加n a h s 0 3 、阻垢剂，药剂投加后经加热器加热到2 5 。c ，加热后再经 过保安过滤器过滤，保安过滤器的出水经反渗透泵送入低压反渗透系统，低压反 渗透的清水出水将是最终处理的再生循环洗浴水。 m b r 反应系统和低压反渗透系统的联合使用，无论从工艺上还是自控系统方 面均需要一段协调稳定运行的阶段。在该阶段中，系统不问断运行。运行过程中 连续监测系统的出水水质及运行参数，通过实际试验的数据来考核整体处理工艺 的稳定性。 浙江工业大学工程硕士论文：膜生物反应器一反渗透处理洗浴废水回用的研究 洗浴废水平均水质如下： 第四章实验结果及其分析 表4 - 1 洗浴废水平均水质 t a b l e 4 - 1a v e r a g ec o n c e n t r a t i o no f b a t h i n gw a s t e w a t e r c o d o n h t - n 色度浊度 s s 监测项目 p h ( m g r l )( m g ，l )( 倍数)( n t u )( m g 几) 洗浴废水 1 6 2 5 1 2 7 82 51 5 07 6 4 1 毛发聚积器在预处理系统中的作用分析 在洗浴废水中含有大量人体的毛发纤维物质，这种污染物如果在使用之前不 被过滤掉，将会缠绕在后续处理的机械设备上，影响机械设备的正常运转，进而 影响整个处理系统，所以，在洗浴废水进入污水调节池之前需要经过毛发聚集器 的过滤，将废水中悬浮的毛发截留。在试验过程中，由于前期安装有毛发聚集器， 故此污水调节池内的潜污泵一直运行良好，未出现堵塞的现象，为整体的处理工 艺的稳定运行提供了良好的保障。 4 2m b r 处理系统对洗浴水污染物去除能力分析 4 2 1m b r 对c o d 、n h 3 - n 的去除机理 ( 1 ) m b r 对c o d 去除的强化机理 m b r 对有机物的去除来自两方面：一方面是生物反应器对有机物的降解作用， m b r 系统中生物降解作用增强；另一方面是膜对有机大分子物质的截留作用，大 分子物质可以被截留在好氧反应器内，获得比传统活性污泥法更多的与微生物接 触反应时间，并有助于某些专性微生物的培养，提高有机物的去除效率。另外， m b r 中膜对溶解性有机物的去除来自三个方面的作用 ”1 ：第一个作用是通过膜孑l 浙江工业大学工程硕士论文：膜生物反应器一反渗透处理洗浴踱水回用的研究 本身的截留作用，即膜的筛滤作用对溶解物性有机物的去除；第二个作用是通过 膜孔和膜表面的吸附作用对溶解性有机物的去除；第三种作用是通过膜表面形成 的沉积层的筛滤吸附作用对溶解性有机物的去除。但是，在这三种去除作用机理 中，各种机理作用对溶解性有机物去除的贡献并不相同。第一个作用只能去除溶 解性有机物中分子量大于膜的截留分子量的大分子有机物，对于大量的分子量小 于膜孔径的有机物的去除，主要是通过第二个作用和第三个作用去除。相关研究 表明，膜表面的沉积层对溶解物的截留去除起着重要的作用，即溶解性物质的截 留去除主要是通过沉积层的筛滤吸附作用完成，部分是由膜面和膜孔的吸附作用 完成。 f 2 ) m b r 对n h 3 - n 的去除机理 传统的脱氮工艺主要建立在硝化反硝化机理之上主要形式有两级和单级 ( s b r ) 脱氮工艺。两级脱氮工艺是指硝化和反硝化分别在好氧反应器和缺氧反应器 进行，而单级脱氯工艺则是在一个反应器( s b r ) 内通过时间序列来实现缺氧和好氧 的循环过程。为了进一步提高脱氮效率、减少体积和降低运行能耗，提出了新的 脱氮理念，并以此构成了新型脱氮工艺。这些新的脱氮理念包括同时硝化一反硝 化、短程硝化一反硝化等工艺。对于m b r 脱氮而言，目前多数依旧是建立在传统 的硝化一反硝化机理之上的两级或单级脱氮工艺，同时，新的脱氮理念也深入到 了m b r 工艺中。 在膜生物反应器中，由于膜的截留作用，污泥浓度高，污泥泥龄长，而且溶 解氧充足，有利于世代周期较长的硝化细菌生长。在较高污泥浓度下由于氧传 递速率减小，使反硝化作用加强。李红兵【6 0 1 等在一体式好氧m b r 中也发现随着污 泥浓度的增加，t n 去除率呈上升趋势( 1 8 9 一5 7 5 ) ，并解释为在好氧茵胶团的 内部存在厌氧环境随着污泥浓度的增加，可提供较多的厌氧环境，有利于反硝 化的进行。 而张军 6 q 等对复合淹没式膜生物反应器脱氮工艺的研究中发现，由于好氧生 物膜的填料内部存在厌氧环境，实现了同时硝化反硝化作用，系统对n h 3 - n 去除 率为9 7 以上，t n 去除率高达8 9 5 。 温度对硝化和反硝化均有较大影响。硝化菌适宜的生长温度在2 5 3 0 。c 之间 浙江工业大学工程硕士论文：膜生物反应器一反渗透处理洗浴废水回用的研究 反硝化最适宜的运行温度为1 5 3 5 。c 。本研究将温度控制在2 5 。c ，因此可以不考虑 温度的影响。 4 2 2m b r 对c o d 、n h 3 - n 、s s 的去除效果分析 取稳定运行期间，m b r 反应器对于洗浴废水中c o d 、n h 3 - n 、s s 三种污染 物的去处情况，将每5 日的原水和m b r 出水c o d 、n h 3 - n 、s s 及去除率列表分 析如下： 表抛m b r 的c o d 、n h 3 - n 、s s 去除率 t a b l e 牛- 2 a v e r a g er e m o v a lr a t eo fc o d 、n h 3 - n 、s s 运行 c o d ( m g l ) n h 3 - n ( m g l )s s ( m g l ) 时间 ( d ) 洗浴 m b r去除率 洗浴 m b r去除率 洗浴 m b r 废水出水 ( ) 废水出水 ( ) 废水出水 去除率( ) 51 2 4 81 7 9 68 5 61 3 0 23 1 47 5 97 4 29 7 3 1 01 4 1 51 7 2 88 7 81 2 7 62 9 27 7 16 929 7 1 1 51 3 5 5 1 7 2 4 8 7 3 1 3 4 62 2 48 3 46 329 6 8 2 01 1 7 91 1 8 68 9 9 1 1 31 8 68 3 56 8l9 8 5 2 51 2 3 91 2 88 9 71 1 8 61 8 88 4 16 8l9 8 5 3 01 1 8 7l o 19 1 51 1 9 81 9 48 3 86 7l9 8 5 3 51 3 1 81 29 0 91 3 7 21 4 88 9 2 7 1l9 8 6 4 01 2 0 51 0 2 49 1 51 2 3 61 2 88 9 66 7l9 8 5 4 51 1 9 39 5 89 21 3 11 78 76 319 8 4 浙江工业大学工程硕士论文：膜生物反应器一反渗透处理洗浴废水回用的研究 m b r 对各污染物的去除率 图4 - 1m b r 对c o d 、n h 3 - n 、s s 去除率 f i g 4 一ir e m o v a lr a t eo fc o d 、n h 3 - n 、s sb ym b r 从系统稳定运行期间m b r 反应器出水c o d 、n h 3 - n 、s s 的每5 日平均值来 看，出水c o d 在9 5 8 - 1 7 9 6 m g l 之间，n h 3 一n 在1 2 8 - 3 1 4 m g l ，s s 在l - 2 m g l ， 从m b r 反应器对三种污染物的去除率来看，三种污染物的去除率均在8 5 以上， 尤其是对于s s 的去除率基本保持在9 8 。可见，洗浴废水经过m b r 反应器后， 水体内主要的无机和有机污染物得到了去除和降解。从m b r 出水水质来看，常规 的监测指标均已优于c j f r 4 8 1 9 9 9 生活杂用水水质标准的要求，而且水质稳定。 在运彳亍期间同步测得的m b r 出水s d i 污染指数均 3 5 ，本处理工艺中所使用的 低压反渗透装置要求进水s d i 值为4 0 ，作为反渗透处理工艺的进水重要监测指 标，将m b r 出水作为后续低压反渗透r o 处理的原水，是可以满足反渗透进水水 质要求的。 4 2 3m b r 对色度、浊度的去除效果分析 在稳定运行期间，洗浴废水色度基本稳定在4 5 倍，个别时段达到1 5 倍；m b r 出水色度稳定在1 倍，个别时段为2 - 3 倍。洗浴废水浊度在1 3 3 1 7 8 n t u 之间， m b r 出水浊度一 2 n t u 。可以看出：由于微生物的降解及微滤膜的高效分离作用， 膜生物反应器对色度和浊度的去除率很高。 一们 一 鲫 鲫 枷 加 。 一巷斟篮悄 浙江工业大学工程硕士论文：膜生物反成器一反渗透处理洗浴废水回用的研究 4 3 低压反渗透装置r o 对于脱盐能力的效果分析 由于m b r 装置出水水质已经达到中水回用标准，r o 装置在系统中的作用主 要是脱盐，因此只分析r o 的脱盐效果。 监测低压反渗透的进、出水的电导率可以间接的反映出装置的脱盐效果，故 取稳定运行期间r o 装置的进、出水电导率进行列表和作相关曲线如下： 表4 - 3r o 装置进、出水电导率及去除率( 5 目平均) t a b l e 4 3t h er e m o v a lr a t eo f s a l tb yr o 运行 r o 处理装置 时间 ( d ) r o 进水电导率fus e m )r o 出水电导率( “s e m )去除率( ) 51 3 2 5 2 8 l7 9 1 01 2 8 72 7 0 7 9 1 51 1 5 02 5 27 8 2 01 0 4 01 2 88 8 2 5 1 0 2 21 2 88 7 3 01 0 9 21 6 78 5 3 51 1 3 l2 5 37 7 4 01 1 5 72 3 5 8 0 4 51 0 4 91 9 48 2 1 4 0 0 口1 2 0 0 弋1 0 0 0 j8 0 0 斛6 0 0 曲4 0 0 删2 0 0 o 、 夕八 h h _ i | 1 k 、l - | 一 一 b 。j ，、，j ，、一 02 04 0 运行时间( d ) 图4 - 2 低压反渗透进出水电导率 f i g 4 2t h e r e m o v er a t eo f s a l tb yr o 浙江工业大学工程硕士论文：膜生物反应嚣一反渗透处理洗浴废水回用的研究 1 8 8 窜；8 戛1 3 悄i 8 1 8 02 04 06 0 运行时间( d ) 图4 3 低压反渗透脱盐率 f i g 4 3 t h er e m o v er a t eo f s a l tb yr o 从列表和曲线中可以看出，低压反渗透出水的电导率在1 2 8 2 8 1us c m 的范围 之内，我国生活饮用水的电导率在5 0 0us c m 之内，由此可见，低压r o 处理装置 的脱盐效果相当良好，已使出水的电导率远优于生活饮用水标准，有效地起到了 优良的除盐效果。再从r o 对于电导率的去除率曲线图上分析，去除率保持在 7 7 8 8 之间，可见低压r o 的脱盐效果和处理的稳定性非常好。r o 处理装置作 为再生处理工艺的最后一道关键的系统，其处理的效果关系到最终的出水水质。 实验的记录列表和曲线，可以明显地看出r o 处理系统运行相当稳定，处理效果优 良，其出水可以满足达到生活饮用水水质标准的要求。 4 4 负荷变化对处理