鄭 祥， 樊耀波
(中國(guó)科學(xué)院生態(tài)環(huán)境研究中心，北京100085)

　　 摘 要：采用處理規(guī)模為10m³/d的厭氧/好氧膜生物反應(yīng)器(A/O MBR)處理毛紡印染廢水，試驗(yàn)結(jié)果表明：當(dāng)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(shí)，相應(yīng)的出水指標(biāo)分別為20.2 mg/L、1.6 mg/L、25倍、0.51 NTU，其水質(zhì)達(dá)到《生活雜用水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》(CJ25.1—89)；溶解氧是影響處理效果的一個(gè)關(guān)鍵因素；隨著運(yùn)行時(shí)間的延長(zhǎng)、膜污染的增加，溫度對(duì)膜通量的影響降低；膜面流速較高時(shí)，污泥濃度對(duì)膜通量沒有顯著影響。
　　關(guān)鍵詞： MBR； 印染廢水； 膜通量
　　中圖分類號(hào)：X703.1
　　文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A
　　文章編號(hào)： 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(yīng)器(MBR)由于使用了膜分離技術(shù)，可在HRT較短而SRT很長(zhǎng)的工況下運(yùn)行，延長(zhǎng)了廢水中難生物降解的大分子有機(jī)物在反應(yīng)器中的停留時(shí)間，最終將其去除^{［1 、2］}。目前，國(guó)內(nèi)對(duì)MBR處理生活污水的研究較多，而對(duì)處理難降解工業(yè)廢水卻少有報(bào)導(dǎo) 。毛紡印染廢水由于含多種染料等難降解有機(jī)物，傳統(tǒng)生物處理技術(shù)對(duì)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(yàn)就采用MBR處理 毛紡印染廢水時(shí)，溶解氧、污泥濃度、污泥負(fù)荷、容積負(fù)荷和水力停留時(shí)間等因素對(duì)處理效果的影響以及溫度和污泥濃度對(duì)膜通量的影響進(jìn)行了探討。

1 試驗(yàn)材料與方法

1.1 試驗(yàn)裝置與流程
　　試驗(yàn)在北京某毛紡廠污水站進(jìn)行。廢水經(jīng)過0.5 mm篩板過濾后進(jìn)入系統(tǒng)，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(jī)物的分子結(jié) 構(gòu)以利進(jìn)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(duì)分子質(zhì)量為5×10⁴，膜總面積為12m²。

1.2 分析項(xiàng)目與方法
　　試驗(yàn)分析項(xiàng)目有pH值、溫度、MLSS、DO、NH3-N、COD、色度、濁度等，測(cè)定方法均采用《水和廢水監(jiān)測(cè)分析方法》(第3版)的標(biāo)準(zhǔn)方法。
1.3 原水水質(zhì)及運(yùn)行參數(shù)
　　原水水質(zhì)與運(yùn)行參數(shù)如表1、2所示。 表1 原水水質(zhì) 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(yùn)行參數(shù) 統(tǒng)計(jì)值 溫度(℃) pH DO(mg/L) 容積負(fù)荷［g/(m ³·d^-1)］ 污泥負(fù)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(jié)果與討論

2.1 處理效果
　　系統(tǒng)出水水質(zhì)的平均值見表3。

表3 MBR出水水質(zhì)與CJ 25.1—89的比較 項(xiàng) 目 COD(mg/L)
BOD₅(mg/L) 濁 度(NTU) NH₃-N(mg/L) 色度(倍) 進(jìn)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(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》(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(jīng)MBR處理后水質(zhì)良好，COD、BOD₅、濁度都很低，出水雖有一定色度，但已達(dá)到或優(yōu)于建設(shè)部生活雜用水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)(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(duì)COD去除效果的影響見圖2。

　　試驗(yàn)結(jié)果表明:當(dāng)DO＞1 mg/L時(shí)對(duì)COD有良好的去除效果,其去除率可達(dá)90%以上,且DO再增加對(duì)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(shí)系統(tǒng)也能獲得較好的去除效率。但是嚴(yán)重缺氧時(shí)間較長(zhǎng)，如DO＜0.5 mg /L時(shí)膜出水會(huì)出現(xiàn)異味，其COD可達(dá)60 mg/L左右，COD的去除率降至80%～87%。由此可見，在MBR中一般應(yīng)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(jī)物濃度較低且含有難生物降解性物質(zhì)，因此好氧生物單元污泥濃度在較低的范圍內(nèi) (0.32～2.8 g/L)波動(dòng)。運(yùn)行初期，MLSS在0.32～1.3 g/L的范圍內(nèi),COD的去除效果比較理想，17個(gè)出水COD數(shù)值中僅有4個(gè)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(gè)均低于25 mg/L。當(dāng)MLSS＞1.3 g/L、系統(tǒng)進(jìn)入運(yùn)行穩(wěn)定期后，只要沒出現(xiàn)DO不足(DO＜0.5 mg/L)的特殊情況，MBR的出水COD值均較低且穩(wěn)定(見圖3)。
　　對(duì)好氧生物單元上清液COD的同步監(jiān)測(cè)結(jié)果表明：MLSS與上清液COD存在明顯的負(fù)相關(guān)關(guān)系。這說明系統(tǒng)中由于膜的截留作用彌補(bǔ)了MLSS變化造成的生物反應(yīng)器處理性能的不穩(wěn)定，在0.32～2.8 g/L的污泥濃度范圍內(nèi)MLSS變化對(duì)出水COD影響不明顯。

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

　　由于MBR出水水質(zhì)穩(wěn)定，所以其動(dòng)力學(xué)參數(shù)COD污泥負(fù)荷和容積負(fù)荷隨進(jìn)、出水的COD 濃度變化而變化，MBR中COD容積負(fù)荷、COD污泥負(fù)荷的變化分別為0.83～2.45 kg/(m³·d)、0.568～5.85 kg/(kg·d)。在系統(tǒng)運(yùn)行初期MLSS僅為0.32 g/L， 污泥負(fù)荷高達(dá)3.71 kg/(kg·d)，系統(tǒng)出水COD在15～45 mg/L之間，對(duì)COD的平均去 除率達(dá)90%左右。系統(tǒng)運(yùn)行10 d后，MLSS升至0.9 g/L，COD污泥負(fù)荷降至1.40 kg /(kg·d)。系統(tǒng)進(jìn)入穩(wěn)定運(yùn)行期，COD污泥負(fù)荷一般在0.60～1.80 kg/(kg·d) 之間，此時(shí)出水的COD值＜25 mg/L,對(duì)COD的平均去除率達(dá)92%。在系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行 期，由于進(jìn)水COD的波動(dòng)而污泥負(fù)荷曾一度升至5.85 kg/(kg·d)，但出水水質(zhì)和各項(xiàng)指標(biāo)的去除率并無大的變化，表明MBR系統(tǒng)具有較強(qiáng)的抗沖擊負(fù)荷的能力。從圖4、5可看到出水水質(zhì)隨污泥負(fù)荷與容積負(fù)荷而變化的情況，即一般隨污泥負(fù)荷與容積負(fù)荷增高，相應(yīng)的出水COD略有增加。MBR的污泥負(fù)荷與容積負(fù)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(guī)活性污泥法縮小3～5倍，可大大節(jié)約占地和投資。
2.2.4 水力停留時(shí)間(HRT)
　　水力停留時(shí)間對(duì)COD去除效果的影響見圖6。

　　當(dāng)HRT在5.5～8 h時(shí)，HRT對(duì)COD的去除效果無明顯的影響；當(dāng)HRT＞8 h時(shí), 出水COD濃度隨HRT的延長(zhǎng)略有降低。在實(shí)際工程設(shè)計(jì)中，用膜生物反應(yīng)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(duì)膜通量的影響見表4。

表4 水溫對(duì)膜通量的影響 試驗(yàn)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(yùn)行53 d
未化學(xué)清洗 1999年11月2日 28 54.69 1999年11月8日 18 5 50.00 0 運(yùn)行60 d
未化學(xué)清洗 1999年11月9日 23 50.00 1999年12月5日 14 8 44.44 0 運(yùn)行87 d
未化學(xué)清洗 1999年12月6日 22 44.44 1999年12月13日 12 9 41.94 -5 運(yùn)行95 d
未化學(xué)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(xué)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(xué)清洗后1 d 2001年1月12日 8 8 42.85

　　水溫直接影響有機(jī)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(fā)現(xiàn)，隨著運(yùn)行時(shí)間的延長(zhǎng)、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(fā)現(xiàn)膜通量有相應(yīng)明顯增加的現(xiàn)象；但對(duì)膜組件進(jìn)行化學(xué)清洗后，發(fā)現(xiàn)水溫的升高會(huì)引起膜通量明顯增加。分析這一現(xiàn)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(dǎo)致膜過濾阻力的增加，降低了溫度對(duì)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(jī)物及惰性物質(zhì)等的變化，它們同樣會(huì)對(duì)膜通量產(chǎn)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(shí)的膜通量幾乎無差別，本試驗(yàn)在120 d以上的運(yùn)行中也得出了類似的結(jié)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(duì)膜通量的影響。

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

3 結(jié)論

　?、? 采用MBR工藝處理毛紡印染廢水能得到優(yōu)質(zhì)而穩(wěn)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(shè)部頒布的《生活雜用水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》(CJ 25.1—89)。
　?、? 溶解氧是影響處理效果的一個(gè)關(guān)鍵因素，污泥濃度、污泥負(fù)荷、容積負(fù)荷和水力停留時(shí)間等因素對(duì)處理效果的影響不明顯。
　?、? 隨著運(yùn)行時(shí)間的延長(zhǎng)、膜污染的增加，溫度對(duì)膜通量的影響降低。
　　④ 當(dāng)污泥濃度較低且膜面流速較高時(shí)，污泥濃度對(duì)膜通量沒有顯著影響。

參考文獻(xiàn)：

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　　［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(jiǎn)介：鄭祥(1978- ), 男，福建福州人，中國(guó)科學(xué)院博士研究生，主要從事膜技術(shù)方面的研究。
　　電　　話：(010)62849108
　　E-mail:zhengxiang7825@hotmail.com
　　收稿日期：2001-06-20