BIOSEP膜生物反应器处理城市污水

第２８卷第３期２００８年６月膜科学与技术～伍：＾佃ＲＡＮＥＳＣＩＥＮＣＥＡＮＤＴＥＣＨＮ（）Ｉ．０ＧＹＶｄ．２８Ｎｏ．３Ｊ叽．２００８文章编号：１００７—８９２４［２００８｝０３～００７９—０４ＢＩＯＳＥＰ膜一生物反应器处理城市污水吕建兴，李光明（同济大学环境科学与工程学院，上海２０００９２）摘要：法国威力雅水务（ＶｅｏｌｉａＷａｔｅｒ）开发的膜生物反应工艺——ＢＩＯＳＥＰ技术，其城市污水处理应用工程之一的德吕镇（Ｔｈｅｌｕｓ）污水站已运行４年．在经过长期运行后．对其进行处理效果进行了一次为期３周的评估．在进水ＳＳ最高达８６８ｍｇ／Ｌ、ＣＯＤ（化学需氧量）在９３２～１８９０ｍｇ／Ｌ的情况下，污水站出水ＳＳ（悬浮固体）小于２ｍｇ／Ｌ，ＯＤＤ小于３０ｒｅ＿ｇ／ｑ－．，去除率在９８％以上．但其存在出水中硝酸盐氮过高的问题．而对于膜组件的运行中膜堵塞的问题，４年实际运行过程中，在化学浸泡清洗对膜通量的提高效率有限的情况下，优化膜滤运行方式对预防膜堵塞、稳定膜通量有着良好的效果．关键词：膜一生物反应器；Ｂ１０ＳＥＰ；城市污水处理；膜通量中图分类号：Ｘ７０３．３文献标识码：Ａ膜一生物反应器（ＭＢＲ）是由膜组件和生物反应器相结合的一种废水处理系统．威力雅水务公司（ＶｅｏｌｉａＷａｔｅｒ）于１９９３年开始开发Ｂ１０ＳＥＰ技术．ＢＩｏＳＥＰ是浸渍型抽吸式超滤膜一生物反应器的一种，相比传统活性污泥法，占地少，出水水质好（９５％以上的ＯＯＤ去除率，９９％以上的ＳＳ去除滤，９８％以上的氨氮去除率）．全法国共有８座应用ＢＩＯＳＥＰ技术的污水站，其中２座用于城市污水．德吕镇（Ｔｈｅｌｕｓ）污水站便是２座污水站的其中一座．ＢＩＯｓＥＰ在城市污水处理的应用时间相比其在工业废水领域应用时间来说要短，实际运行经验要少．因此，在运行一段时间后，对它进行评估性测试有利于该技术的完善和进一步的推广运用．２００５年年底，对德吕镇污水站４年多来运行的情况进行了一次综合性的评估，并对实际运行中出现的问题进行分析，寻找原因，解决问题，进一步提高污水站的处理效果．１德吕镇污水站简介德吕镇污水站于２０００年１１月建成并投入运行．污水站由完全分离制管网供水．污水经过２ｌｎｌＴｌ方孔螺旋格栅进入系统，其工艺流程见图１．厌氧池的有效容积为８０ｍ？，３０ｍ？作为调节容量．好氧有效池容积为１００ｍ３．膜组件使用加拿大Ｚｅｎｏｎ公司的中空纤维膜．污水站装备有两组膜，总面积为５５８ｍ２．膜滤运行过程：由厌氧池水位决定膜滤动作，每个过滤周期过滤１０ｍｉｎ，其中９０Ｓ进行即时反冲洗，反冲洗管路装备有０．５ｍｍ的过滤设备，冲洗水压约为过滤水压的两倍，每两天进行一次在线加药反冲洗，每次冲洗４个周期，每个周期历时２０ｍｉｎ．反冲洗冲洗过程中，用１５０Ｌ／ｈ额定流量加药泵为两组膜加入７５ｇ／Ｌ的次氯酸钠溶液，单组膜反冲洗水流量为２６ｍ？／ｈ，实际反冲洗水次氯酸钠浓度为２１６ｍｇ／Ｌ．膜的化学浸泡清洗设计周期为１年．１．集水井；２．自动格栅；３．手动清理格；４．曝气沉砂池；５．厌氧池；６．好氧池；７．污泥池；８．污泥回流图ｌ德吕污水处理站工艺流程图Ｆｉｇ．１Ｐ】［Ｄｏ瞄ｏｆｔｈｅＴｈｅｔｉｓｓｅｗａｇｅｔｒｅａｔｍｅｎｔｐｌａｎｔ投稿日期：２００６—１２—０７；修改稿收到日期：２００７－０１一ｌＯ作者简介：吕建兴（１９７７一）。

男，宜兴市人，硕士，研究方向为膜滤污水处理中的应用．万方数据・８０・膜科学与技术第２８卷污水站从投人运行至今已有４年多，在运行起初两年内，运行非常稳定，出水水质良好．在２００３年初，对膜组件用高压水冲洗，以恢复膜通量．从２００４年开始至今，污水站的运行随着膜组件的老化，膜堵塞问题日益严重，并出现了氨氮处理的问题．２实验方法２００５年１１月２９日到１２月２０日，对运行状况做了连续测试，测试内容包括进出水的各项指标、厌氧池氧化还原电位（ＯＲＰ）、好氧池污泥浓度及溶解氧浓度．污水处理量５７～９２ｎ１３／ｄ，由于市镇污水的ＣＯＤ／ＢＯＤ５相对稳定，所以，只进行ＣＯＤ的测试，测试了可溶性ＣＯＤｓ和总ＣＯＤ，，而未作ＢＯＤ５测试．因为法国对排放总氮有严格的要求，所以对所有氨氮指标进行了测试．测试期间，好氧池水温１０～１５℃．整个测试期间好氧池液合液悬浮固体（ＭＬＳＳ）在１２ｇ／Ｌ左右．采用比膜通量作为膜过滤性能的表征指标．测试方法见表１．表１测定方法Ｔａｂｌｅ１Ｍｅｔｈｏｄ０ｆｍｅａｓｕｒａｔｉｏｎ项目测定方法００ＤＴＮＴＰＮ０２——ＮＮ０３——ＮＭＬＳＳ０ＰＲ重铬酸钾法测定消解，纳氏试剂光度法钼酸铵分光光度法Ｎ一（１一萘基）一乙二胺光度法酚二磺酸光度法重量法ＯＰＲ复合电极在整个测试开始前，针对德吕污水站污水进行了Ｚｅｎｏｎ膜过滤与普通滤纸过滤模拟传统沉淀池对ＣＯＤ去除效果测试比较实验，测试为期一周，分别从进水口格栅后及好氧池中取污水样．德吕污水站使用的是Ｚｅｎｏｎ公司ＺｅｅＷｅｅｄ５００Ｂ型膜，采用强化材料作为膜纤维的外层，而内层则采用弹性材料，外层和内层的纤维直径分别为１．９ｍｍ和０．９ＩＴＩＩＴＩ，膜孔径０．１肛ｍ．测试所用超滤膜膜片由Ｚｅｎｏｎ公司提供，除外形为平面圆形外，材质及过滤物理特性同德吕污水站组膜．３结果与讨论整个系统总体对于污水有着良好的处理效果．膜滤对ＳＳ有着相当高的去除率，在进水水质ＳＳ最高达８９８ｍｇ／Ｌ情况下，出水ＳＳ低于２ｍｇ／Ｌ．而磷的去除主要依靠在好氧池投加眦１３来去除，所以在计算准确和投药设备运行正常的情况下，能达到较好的去除效果，实际运行中能达到９０％以上的总磷去除率．３．１ＣＯＤ的处理效果ｏＯＤ处理效果见图２．在整个测试期间，ＣＯＤ都低于德吕污水站的排放指标３０ｍｇ／Ｌ．整个系统的ＣＯＤ除率高达９８％以上．厌氧池澄清液的ＣＯＤ３１～１２５ｍｇ／Ｌ，原水中大量不溶性ＣＯＤ由ＳＳ所造成，通过２ＩＴｌｌＴＩ的螺旋格栅已能去除大部分不溶性ｏｏＤ．在膜滤之前，Ａ／０系统已经取得了良好的ＣＯＤ去除效果．膜对有机物的进一步去除作用，使得ＢＩＯＳＥＰ系统对有机物具有较高的去除率．对德吕污水站污水进行的膜滤与普通滤纸过滤模拟沉淀池对∞Ｄ去除效果对比实验表明，Ｚｅｌｘｍ相对传统方式的处理方法，有着５％到９％的００Ｄ去除贡献量．摹、槲篮稍确口ｏＵ昌：兮２：２瓮二晶＾＾＾ＴＴＴＴＴ吕：８：兮：兮：兮日期／年一月一日图２００Ｄ去除效果Ｆｉｇ．２ＯＤＤｒｅｒｎｏｖａｌｐｅｒｆｏ唧ａｎｃｅ３．２氨氮的处理效果德吕污水站的总氮ＴＮ［ＴＮ为ＴＫＮ（总凯氏氮）与Ｎ０２一一Ｎ、Ｎ０３一一Ｎ之和］出水要求低于２０ｍｇ／Ｌ，而实际运行中，根据以往的实验测试数据，出水中总氮的组成部分硝酸盐氮经常超标，导致达不到总氮的排放要求．在整个测试过程中，污水站日处理量低于设计值的１８３ｍ３／ｄ，凯氏氮ＴＫＮ的负荷最高１３．７ｋｇ／ｄ，低于设计值１５ｋｇ／ｄ．反硝化率和出水中硝酸盐含量见图３．测试期间，污水原水的ＴＫＮ浓度９５～１４８ｎａｇ／Ｌ，出水中硝酸盐浓度在大多数情况下高于１０ｍｇ／Ｌ，其中有两次超过２０ｍｇ／Ｌ，最高达２５ｍｇ／Ｌ，此时反硝化率仅６９％．分析其原因，为了实现在线机械清洗的目的，膜组件在底部安装有穿孔管进行曝气，形成膜面剧烈万方数据第３期吕建兴等：ＢＩＯＳＥＰ膜一生物反应器处理城市污水・８ｌ・●■幻Ｅ≤Ｚ６。

Ｚ日期，年一月一日述镣篁普岖图３出水硝酸盐氦浓度及反硝化率Ｆｉｇ．３Ｎ０３一一Ｎｉｎｔｒｅａｔｅｄｗａｔｅｒａｎｄｄｅｎｉｔｒｉｆｉｃａｔｉｏｎｒａｔｉｏ紊动的水气流．水气流使膜丝之间、膜丝和膜刷之间相对运动产生摩擦来清洗膜，整个曝气过程为不间断进行．在整个测试期间，由于膜组件的供气装置的运行带来过量的溶解氧，为好氧池提供溶解氧的鼓风机从未运行过，使好氧池内溶解氧（Ｄ０）在测试期间始终高于４ｍｇ／Ｌ，造成了好氧池内ＤＯ无法控制，通过回流，影响厌氧池内的溶解氧浓度．测试期间厌氧池ＯＩ冲及好氧池ＤＯ变化曲线见图４，从１３日起好氧池溶解氧浓度的升高，ＯＲＰ与∞存在关系式ＯＲＰ＝ｎ＋ｂｉｎ［０２］，可以看到厌氧池ＯＲＰ相应从一２１３ｍＶ升至３５ｎｌｖ，不利于反硝化作用，导致出水中硝酸盐氮浓度过高而超标．产年挈芝倒艇害５００、一５０毫一１００蠢一１５０鲁一２００—２５０日期／ｇ一月一日图４好氧池溶解氧浓度和厌氧池氧化还原电位Ｆｉｇ．４ＶａｒｉａｔｉｏｎｏｆＯＲＰｉｎａｒ墙ｅｒＤｂｉｃｔａｎｋａｎｄＤＯｉｎａｅｒｏｂｉｃｔａｎｋ３．３膜滤的运行污水站运行４年来，每周两次，迸行人工的比膜通量和膜滤压及反冲洗水压的记录．系统的控制设备进行自动记录膜滤运行参数，用软盘作为储存介质并周期人工拷贝做备份集中．膜堵问题主要自２００４年开始，膜过滤压和比膜通量的变化其具体情况见图５，好氧池ＭＫ蕊与比膜通量变化见图６．芒岜出糟翊图５膜过滤压和比膜通量飚．５Ｆｉｌｔｒａｔｉｏｎｐｒｅｓｓｕｒｅａｎｄｍｅｍｂｒａｎｅｆｌｕｘ日期，年一月一日，翟军‘算；已、咖昭餐丑ｐＩ哥‘辜一‘昌一●Ｉ上一￥嘲昭鹫筮图６ＭＬＳＳ和比膜通量Ｆｉｇ．６ＭＬＳＳａｎｄｎｘ日ｌ妇ｅｆｌｕｘＺｅｎｏｎ新膜的清水单位压力膜通量在６０００Ｌ／（ｍｅ・ｈ・ＭＰａ）左右，膜滤压在正常过滤时不超过３５ｋＰａ．在２００３年初进行第一次高压水冲洗后，德吕污水站膜组件的单位压力膜通量基本维持在１２００Ｌ／（ｍ２・ｈ・ＭＰａ）．２００４年初，由于好氧池污泥浓度的升高，从１０ｇ见上升到１９ｇ／Ｌ，导致单位压力膜通量的急剧下降，至２００４年６月，膜通量下跌至０而导致污水站停止运行．之后，进行整个污水站长期运行来的第一次化学浸泡清洗．整个清洗过程为：膜组件起出好氧池后，进行高压水冲洗，以去除膜表面的污泥，然后在次氯酸钠溶液中浸泡１２ｈ，在进行１２ｈ的盐酸溶液浸泡．实际清洗效果有限，而且在随后的半年内，尽管降低了好氧池污泥浓度，使之维持在１２ｍｇ几左右，但膜处理能力还是下降很快．至２００５年初，由于膜通量下降造成污水站处理能力的不足，不得不进行第二次化学浸泡清洗，为了保证清洗效果，清洗过程进行了温度的控制．整个过程温度昏＿●．吝—Ｎ●一一●ｎ—Ｎ．●呙●∞ｏ●寸Ｎ—．卜Ｎ。

．寸ｏ罱墒∞Ｎ．．奠８¨期●∞ｏ一苎品日●【寸尚．苴）穹．ｏ寸尚●●寸０尚万方数据・８２・膜科学与技术第２８卷维持在３０℃在进行第一组膜清洗后投入实际运行并进行观察，实际清洗后带来的膜滤能力的提高在短时间内就丧失．所以决定放弃第二组膜的化学浸泡清洗，由于清洗过程耗时较长，污水站本身未装备膜组件起出装置，每次清洗都需外请吊车，从而尝试改从膜滤运行模式上寻找解决方法．经过调整后运行方式的改变为：（１）增加在线加药反冲洗的频率．从原来的每周一次到后来的每周两次，提高到今天实际运行过程中的每两天一次．（２）增加在线反冲洗时次氯酸钠溶液的浓度．从原来的Ｏ．５ｎａｇ／Ｌ提高到２１６ｍｇ／Ｌ．在更改运行方式后，从２００５年３月起，膜运行逐渐稳定，单位压力下膜通量甚至有所提高，在此后运行中，单位压力膜通量稳定在７００～８００Ｌ／（ｈ・秆・ＭＰａ），膜滤压也基本降至３５ｋＰａ以下．对于２００４年初的膜通量下降，与污泥浓度的升高有着很大的关系．有研究表明，降低污泥浓度ＭＬＳＳ，提高膜面流速，可以提高水气流对膜面冲刷效率，使膜通量维持在较高的水平，曝气量是影响膜比通量的主要因素…２．而对于德吕镇污水站，其曝气量已经为定值，污泥浓度的升高不可避免的降低了水气流对膜面的冲刷效率，导致膜通量的下降，同时造成对膜物理性能的下降，使之在进行化学浸泡清洗后所得到的能力的恢复在短时间内丢失．膜孔的吸附及堵塞阻力，这部分阻力可以采用化学清洗等方法全部或部分去除［２】２．改变膜滤的运行方式，增加在线加药反冲洗的频率，加大加药量，有利于去除膜孔的吸附能力及堵塞阻力．４结论整个污水站有着良好的出水．但在好氧池内，为保证膜滤的正常进行而在膜组件底部进行不间断曝气，造成好氧池内溶解氧过高，通过回流，从而使厌氧池内溶解氧浓度升高，影响了反消化作用，导致污水出水中硝酸盐含量过高．对此问题，解决法方可以把好氧池分隔为好氧区和过滤区以减小保证膜正常运行的曝气量对好氧池溶解氧浓度的影响．一项新技术的广泛应用除了它的良好的处理效果，合理的投资外，能否长时间稳定运行也是至关重要的因素．在欧洲人工费用相当高，所以通常采用自动化的设备来减轻劳动强度和方便管理，这样，运行的稳定性就成为决定管理便捷的重要调节．对于ＢＩＯＳＥＰ，在运行的前两年，Ｚｅｎｏｎ的膜运行稳定，处理效果良好，且由于膜通量的下降并不明显，处理水量稳定，能满足设计要求．但随着时间的推移，从第３年开始，就开始出现膜通量迅速下降，导致污水站处理水量下降，除德吕污水站外，其他运用ＢＩＯｓＥＰ工艺的污水站存在同样的问题，第一座ＢＩＯＳＥＰ工业流程的污水站为解决长期运行膜通量下降导致的污水处理量不足，甚至添加了价格昂贵的新膜．在实际运行过程中，寻找简单有效的清洗方式是很重要的，而实际运行的经验证明，改善运行的方式，能有效地延长膜的化学浸泡清洗的周期，从而节省了人工和投资．参考文献［１］徐慧芳，樊耀波．机械清洗膜组件对膜通量影响的初步研究［Ｊ］．环境科学，２００４，２５（３）：７８—８３．［２］顾国维，何义亮．膜生物反应器在污水处理中的研究和应用［Ｍ］．北京：化学工业出版社，２００２：２９２—２９３．ＡｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｏｆＢＩＯＳＥＰｉｎｓｅｗａｇｅｔｒｅａｔｍｅｎｔＬＵＪｉａｎｘｉｎｇ，ＬＩＧｕａｎｇｍｉｎｇ（ＳｃｈｏｏｌｏｆＥｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＴｏｎｇｉｉＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｓｈａｎｇｈａｉ２０００９２，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：ＴｈｅＴｈｄｕｓｓｅｗａｇｅｔｒｅａｔｍｅｎｔｐｌａｎｔｉＳｏｎｅｏｆｔｈｅｐｌａｎｔｓｗｈｏｕｓｅｔｈｅＢＩＯＳＥＰｏｆＶｅｏｌｉａＷａｔｅｒ．Ｉｔｈａｓｓｅｒｖｅｄｆｏｒｆｏｕｒｙｅａｒｓ．ＴｈｅａｓｓｅｓｓｍｅｎｔｏｆｔｈｅＴｈｄｕｓｐｌａｎｔｉｓｉｍｐｏｒｔａｎｔ．Ａｓａｒｅｓｕｌｔ．ｗｈｅｎＣＯＤｌｅｖｅｌａｎｄＳＳｉｎｔｈｅｉｎｆｌｕｅｎｔｉｓ９３２～１８９０ｍｇ／Ｌａｎｄ８６８ｎａｇ几。