水解酸化好氧处理聚丙烯酸生产废水好氧段的启动

1、小区污水再生回用循环系统小试试验研究姜亦增 曹井国 陈迪海（天津水工业工程设备有限公司，天津，300070）摘要：采用膜生物反应器（MBR）-臭氧工艺处理生活污水，进行小试试验研究。接种污泥采用某洗浴废水MBR池活性污泥，经过2个周期的启动试验后，膜出水COD、氨氮去除率可达80.1%和55.3%；在30 d的运行过程中，COD和氨氮的去除率分别为76.5%-93.2%和52.4-98.6%；MBR反应器污泥活性较好，镜鉴可观察到原生动物；膜比通量从运行初期的50.57 L/(h·m2·m)降至21.87 L/(h·m2·m)，膜出水浊度为0.08-0.

2、41 NTU，膜出水经臭氧消毒后，可有效杀灭病原菌，保证产水水质达到城市污水再生利用 城市杂用水水质（GB/T 18920-2002）的要求。关键词：MBR、臭氧、小区污水、水回用Lab-scale experimental study of domestic wastewater treatment and circularly reuses system for home communityCao Jing-guo, Zhang Shu-chao, Li YangAbstract: Utilizing membrane bioreactor (MBR) followed with ozon

3、e process to treat domestic wastewater in lab-scale. Inoculated sludge was get from a MBR for bath wastewater treatment After 2 weeks startup experiment, the removal rate of COD and ammonia of effluent from membrane achieved to 80.1% and 55.3%, respectively. During 30 d running period, the removal r

4、ate of COD and ammonia of effluent from membrane were 76.5%-93.2% and 52.4-98.6%. The activity of activated sludge in MBR was well. Protozoa can be observed with microscope. The specific flux (SF) decreased from 50.57 L/(h·m2·m) to 21.87 L/(h·m2·m), the turbidity was fluctuated i

5、n 0.08-0.41 NTU. After disinfection of ozone, the pathogenic microorganisms can be disinfected effectively. Which ensured the product to fit the demands of The reuse of urban recycling water-Water quality STANDARD for urban miscellaneous water consumption(GB/T 18920-2002)Keywords: MBR, ozone, wastew

6、ater of home community, water reuse膜生物反应器（MBR）处理生活污水具有以下优点：有效的固液分离、出水水质好且稳定、剩余污泥产量少、耐水量水质负荷变化能力强、工艺流程简单、结构紧凑、占地面积节省，易于集成、一体化；研究表明1：膜的高效截留作用使活性污泥微生物截留于生物反应器中，维持了较高的活性污泥浓度和微生物量，并有利于某些专性菌的出现，从而保证了MBR工艺对含碳有机物包括难降解有机物的高效去除作用；膜生物反应器技术实现了水力停留时间（HRT）和污泥停留时间（SRT）的完全分离，有利于世代周期长的微生物如硝化细菌增殖，MBR工艺体现了传统硝化反硝化、同步硝化

7、反硝化以及短程硝化反硝化的脱氮理念；膜表面形成的凝胶层对细菌和病毒的截留去除，使MBR具有物理消毒作用，体现了MBR工艺处理回用水及生活污水的优势。本项目为天津市和平区科技支撑计划项目，采用膜生物反应器对生活污水进行处理。本文对膜生物反应器+臭氧工艺处理生活污水的效果进行研究，以期为进一步的一体化装备的研制提供依据。一、材料与方法1.水质及水量原水取自某大学生活污水泵站，原水水质如表1所示：表1 原水水质COD(mg/L)NH3-N(mg/L)TDS(mg/L)pH总大肠菌群（个/L）数值147-26829-112844-1169104105出水需达到城市污水再生利用 城市杂用水水质GB/T

8、18920-2002）的要求。其中主要指标为：pH值6-9，溶解性总固体1500 mg/L，五日生化需氧量15 mg/L，氨氮10 mg/L，总大肠菌群3 个/L。2.工艺流程原水经高位水箱和恒位水箱进入膜生物反应器（MBR）中，MBR反应器有效体积为13L（总体积为17L），设计水力停留时间为8h，气水比为25-351，为缓解膜污染膜组件采用出水8min，停止出水2min的模式运行。膜出水经臭氧消毒后进入恒位水箱，控制臭氧投加量3-5mg/L，产水在产水池中停留时间大于20min。膜组件采用天津膜天膜科技有限公司生产的PVDF中空纤维膜，膜面积为0.5m2，公称过滤孔径为0.22m。臭氧发生

9、器采用北京格兰丰水处理设备有限公司生产的L-1000型空气源小型臭氧发生器，臭氧产生量1g/h。3.试验过程启动：向反应器投加某MBR池活性污泥进行接种，投加量为5L（固体悬浮物SS约为15g/L），通过高位水箱向恒位水箱注入生活污水，使反应器内固液混合物总体积达到13L；同时开启空气压缩机，调节曝气量使溶解氧大于2mg/L，闷曝48h，驯化活性污泥微生物，检测出水水质及污泥特性。系统连续运行8h，对MBR反应器内水体进行置换，继续闷曝48h，检测出水水质及污泥特性，视情况决定是否重复上述步骤。运行：驯化成功后，系统开始正常运行。调节曝气量使溶解氧大于2mg/L，通过排泥控制反应器内固体悬浮物

10、（SS）在3g/L之间。通过一段时期的进出水水质监测，考察系统的运行状态，活性污泥的性状，膜污染情况和臭氧消毒的效果。4.分析检测方法CODCr、BOD5、NH3-N和总大肠菌群采用标准方法2；SS采用滤纸恒重量法，SV、OUR、SOUR和膜比通量（SF）见文献3-5；pH采用玻璃电极法；DO采用HACH溶氧仪测定；微生物形态用显微镜观察；浊度采用HACH-2100P浊度仪测量。 二、结果与讨论1有机物和氨氮的去除启动阶段是反应器运行的准备阶段，目标是培养能够适应污水的活性污泥，一旦有效的活性污泥形成，无论是颗粒或是絮体形态，反应器都会稳定运行。所以，是否能快速有效的启动，是一个反应器能否高效

11、稳定运行的前提条件。以COD和氨氮的去除作为系统启动和运行的指示指标，启动和运行阶段的有机物和氨氮去除情况分别如图2和图3所示。图2 COD去除情况图3 NH3-N去除情况由于接种污泥采用某污水处理MBR池内污泥，污水水质差异不大，污泥能快速适应新污水。由图2和图3可知，在两个周期的启动试验后，膜出水COD和氨氮分别为38 mg/L和50 mg/L。COD和氨氮的去除率分别为80.1%和55.3%，活性污泥可有效降解有机物和氨氮，启动基本成功。 运行过程中，进水COD为147-268 mg/L，膜出水COD为19-47 mg/L,去除率为76.5-93.2%，COD去除效果相对稳定。进水氨氮2

12、9-112 mg/L，初期进水氨氮含量较高，认为造成了启动负荷较高，至运行后期，进水氨氮降低，而同时膜生物反应器内的硝化细菌已得到较好的增殖，能够有效去除氨氮，运行期间，膜出水氨氮为0.69-43 mg/L，氨氮的去除率为52.4-98.6%。2.微生物活性微生物活性及种类除了可通过COD和NH3-N的去除表现外，还可通过监测污泥的污泥沉降比（SV）、污泥体积指数（SVI）、氧吸收速率（OUR）、活性污泥比耗氧速率（SOUR)和镜检等方法进行考察3,4。反应器启动过程中考察了活性污泥的SV、SVI、OUR、SOUR的变化情况，如图4所示。图4 MBR内活性污泥SV及SVI变化曲线由图4可知，早

13、期SV偏高，随着运行时间的延长，活性污泥逐渐形成容易结合的絮体，因此，SV逐渐降低，由最初的98降至运行结束时的55，而且仍有降低的趋势，SVI基本保持在200以上，表明污泥有膨胀的趋势。OUR和SOUR与微生物对底物的利用速率以及微生物的增殖有很好的相关性。试验期间监测了反应器中的微生物耗氧情况，结果见表2所示。表2 污泥OUR，SOUR的变化情况日期OUR/mg/(L·s)VSS/g/LSOUR/mgO2/(g MLVSS·h)5月23日（11d）0.001955月28日（16d）0.002372.2263.832886月2日（20d）0.00256月6日（24d）0.

14、004032.366.152546月14日（32d）0.005763.036.843564由表2可知，污泥活性呈递增趋势。在废水处理系统中，微生物能将有机底物分子内化学键的能量转变为ATP中高能磷酸键的能量，以用于微生物细胞生长和增值。能量的转化过程要通过氧化还原反应来实现，因为只有活性微生物才能利用氧这种最终电子受体，所以OUR间接反映了微生物消耗底物的强度和微生物的衰减速率6。此外，运行至32d时，取活性污泥进行镜检观察，可观测到草履虫等原生动物，说明好氧反应系统已经初步形成了生态系统。3.膜污染情况及出水浊度微滤膜出水面积0.5m2，膜孔径为0.22m，测量时的温度为26-29之间。膜污

15、染情况通过膜比通量（SF）来衡量，其变化情况如图5所示。图5 膜污染情况由图5可知，随着运行时间的延长，膜比通量呈下降趋势，由50.57L/(h·m2·m)降至21.87L/(h·m2·m)，膜比通量与反应器内固体悬浮物含量及运行时间有一定的相关性。将微滤膜取出，进行水力冲刷，再用0.5%的NaClO溶液浸泡24 h，测量膜比通量为46.4L/(h·m2·m)，恢复了91.75%。滤饼阻力是活性污泥MBR系统中膜阻力的主要贡献者，滤饼层在膜面的沉积是引起膜污染的主要原因。膜出水浊度可直观反映膜的运行情况，试验过程中膜出水浊度的变化情况

16、如图6所示。图6 出水浊度与跨膜压差由图6可知，运行初期，出水浊度偏高，最高可达0.41NTU，随着运行时间的延长，出水浊度逐渐降低，并逐渐稳定在0.1NTU以下，分析可能是一方面膜表面形成了滤饼层，另一方面小于0.22m的微粒进入膜孔内部所致。运行到33d后，出水浊度缓慢升高，这是由于膜丝表面形成的滤饼层和凝胶层使微滤膜孔的过水面积减小，造成了跨膜压差的升高，升高到一定程度后，堵塞在膜孔表面和内部的微粒被抽吸出来，最终使得出水浊度升高。美国EPA研究结果表明7：当出水浊度为0.5NTU时，可大大降低原虫存在及传播的危险；当出水浊度为0.3NTU时，对原虫的去除率可达到99%；当出水浊度为0.

17、1NTU时，对原虫的去除率可达到99.9%。可见微滤膜对产水安全性有一定的保证，但为确保产水安全可靠还要对产水进一步消毒。4.臭氧的消毒效果臭氧消毒可明显改善水的气味和味道，臭氧可以有效杀除细菌、病毒、胞囊、芽孢，尤其是隐孢子虫属，且可破坏大部分有机物如酚，同时可去除铁、锰，还可起到脱色去臭作用8。臭氧作为强氧化剂，广泛用于高级氧化技术，去除溶解的难降解有机物9。臭氧与MBR组合，也可用于前置预处理，提高MBR对有机物的去除效率，并缓解膜污染10。消毒过程结论1.采用同类废水处理膜生物反应器内的活性污泥接种，可快速启动新系统，在经过两个周期的启动试验后，膜出水COD、氨氮去除率可达80.1%和

18、55.3%；2.通过活性污泥的SV、SVI、OUR、SOUR，以及镜鉴，可直观得到膜生物反应器系统的微生物活性；3.由于持续曝气，膜生物反应器内污泥沉降性能可能一般，但并不影响处理效果。运行过程中，进水COD为147-268 mg/L，膜出水COD为19-47 mg/L,去除率为76.5-93.2%。进水氨氮29-112 mg/L，膜出水氨氮为0.69-43 mg/L，氨氮的去除率为52.4-98.6%；4.活性污泥在膜表面沉积是引起膜污染的主要原因，滤饼阻力是MBR系统中膜阻力的主要贡献者；5.膜出水经臭氧消毒后，可有效杀灭病原菌，最终出水中未检出大肠杆菌，可有效保证产水水质达到（城市污水再生利用 城市杂用水水质GB/T 18920-2002）的要求。参考文献1周明罗，陈建中，康海笑. 膜生物反应器去除污染物的特性J. 云南环境科学，2005，24(3):9-11.2 国家环境保护总局-水和废水监测分析方法编委会编.水和废水监测分析方法（第四版）M.中国环境科学出版社，北京，2002.3 任周鸣.活性污泥法的工艺参数控制（下）J.给水排水，2007, 33(12) : 44-49.4 尹军，王雪峰，王建辉，等.SBR工艺活性污泥比好氧速率与控制参数的关系J.环境污染与防治，2007, 29(7) : 481-483