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平板膜MBR用于竹园二厂中水回用的试验研究_尚飞霄

第11期Environmental Science &Technology

第34卷第11期2011年11月

Vol.34No.11

Nov.2011

尚飞霄，徐高田，阮慧娟，等.平板膜MBR 用于竹园二厂中水回用的试验研究[J].环境科学与技术,2011,34(11):109-112.Shang Fei-xiao,Xu Gao-tian,Ruan Hui-juan,et al.Experimental study on wastewater reuse of Zhuyuan No.2wastewater treatment plant by flat-sheet MBR[J].Environmental Science &Technology,2011,34(11):109-112.

平板膜MBR 用于竹园二厂中水回用的试验研究

尚飞霄，徐高田*，阮慧娟，董文杰

（上海大学环化学院，上海200444）

摘要：采用平板膜膜生物反应器（平板膜MBR ）对上海竹园第二污水处理厂的二沉池出水进行中水回用试验。先使用人工配水，以出水氨氮为响应值，通过响应曲面法进行装置优化运行条件的试验设计，得出HRT 为1.1h ，CST 为9min ，曝气速率为0.77L/h 时，氨氮的去除效果最好。在此参数下运行装置，

通入竹园二厂二沉池出水，监测运行期间的水质情况。试验结果表明，在低负荷进水条件下，平板膜MBR 对COD 、氨氮和总磷的去除率并不高，平均去除率分别为63.56%、79.73%和76.25%，但出水水质优于回用标准，膜污染对装置运行的影响较小。

关键词：平板膜MBR ；中水回用；响应曲面法中图分类号：X703

文献标志码：A

doi ：10.3969/j.issn.1003-6504.2011.11.022

文章编号：1003-6504(2011)11-0109-04

Experimental Study on Wastewater Reuse of Zhuyuan No.2

Wastewater Treatment Plant by Flat-sheet MBR

SHANG Fei-xiao,XU Gao-tian *,RUAN Hui-juan,DONG Wen-jie

（School of Environmental and Chemical Engineering,Shanghai University,Shanghai200444,China ）

Abstract ：A flat -sheet MBR was used for wastewater reuse by treating secondary sedimentation tank effluent from Zhuyuan No.2Wastewater Treatment Plant.Flat-sheet MBR was fed with manual wastewater to optimize the operating parameters by using response surface methodology,it was found that removal effect of NH 4+-N was the best under the conditions of HRT 1.1h,CST 9min and air flow 0.77L/h.MBR plant was operating under the conditions,feeding with secondary sedimentation tank effluent of Zhuyuan,the effluent quality was monitored during the operating period.Results indicated that the efficiency that flat-sheet MBR plant removed COD NH 4+-N and TP was not very good,with average efficiency of 63.56%,79.73%and 76.25%respectively.But the effluent quality was better than reuse standard,and the plant operating weakly affected membrane fouling.

Key words ：flat-sheet MBR;wastewater reuse;response surface methodology

《环境科学与技术》编辑部：（网址）ｈｔｔｐ：／／ｆｊｋｓ．ｃｈｉｎａｊｏｕｒｎａｌ．ｎｅｔ．ｃｎ（电话）０２７－８７６４３５０２（电子信箱）ｈｊｋｘｙｊｓ＠１２６．ｃｏｍ收稿日期：2011-01-20；修回2011－02－05基金项目：上海市科委项目（0852*******）

作者简介：尚飞霄(1985-)，男，硕士，主要研究方向为膜生物反应器在污水处理中的应用，（手机）158********（电子信箱）shangfeixiao1985@https://www.wendangku.net/doc/0b12726262.html, ；*通讯作者，副教授，博士，（电子信箱）xugt@https://www.wendangku.net/doc/0b12726262.html, 。

膜生物反应器（MBR ）应用在污水处理始于20世

纪60年代末[1]，经过几十年的研究与探索，MBR 在国

内外有了更加广泛的应用。

尽管膜污染问题仍是制约MBR 发展的一个重要因素，但由于出水水质稳定、可去除氨氮及难降解物质、剩余污泥产量少、占地面积小、操作方便等优点[2]，以及国内外对膜污染研究的深

入[3-5]，

MBR 在中水回用领域还是倍受青睐。目前，中水回用中MBR 主要处理生活污水[6-8]，对处理低污染水的研究还比较少，本试验主要以低进水负荷的污水厂二沉池出水作为处理对象，研究在进水营养物质浓

度低的情况下，平板膜MBR 对污染物去除的效果，以及装置的运行情况。

上海竹园第二污水处理厂[9]（以下简称竹园二厂）是上海二级污水处理厂之一，以处理日常生活污水为主，执行《城市污水处理厂污染物排放标准》（GB18919—2002）二级出水排放标准。为降低污水厂运行成本，改变上海水资源短缺的局面，缓解城市用水的供需矛盾，达到污水资源化，竹园二水厂决定增

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水平HRT/h CST/min

曝气速度/L ·min -1

10.550.42 1.0100.73

1.5

1.0

A B C

表2试验因素与水平

Table 2Experiment factors and levels

等级序号试验条件

氨氮/mg ·L -1

A B C 41 1.5150.7 4.35320.5150.7 6.1163 1.5100.4 4.98154 1.0100.7 3.51145 1.0100.7 3.24116 1.05 1.0 3.69170.550.7 6.17128 1.015 1.0 3.88169 1.0100.7 3.177100.510 1.0 5.891311 1.0100.7 3.335120.5100.4 6.08213 1.550.7 4.24914 1.050.4 3.911715 1.0100.7 3.451016 1.0150.4 4.068

1.5

1.0

4.43

表3试验结果

Table 3Experiment results

项目COD BOD 5NH 4+-N TP SS 二沉池902817.8 1.010回用水

1.0

表1试验用水及回用水水质指标

Table 1Water quality of experimental and reuse water （mg/L ）

设中水回用系统，厕所冲洗、洗车、道路保洁以及泵机的循环冷却水。

因此，本试验针对竹园二厂二沉池出水水质，通过膜生物反应器的处理，达到《城市污水再生利用城

市杂用水水质》

（GB/T18920-2002）的水质标准和《城市污水再利用工业用水水质》（GB/T 19923-2005）中冷却用水水质标准。1试验装置与方法

1.1

试验装置和流程

试验装置主要由厌氧搅拌器、厌氧池、缺氧池、好氧曝气池、平板膜组件、泵及自控系统组成。其工艺流

程图见图1。污水经泵提升至厌氧池，

经厌氧搅拌后，混合液溢流经缺氧池至好氧曝气池，停留一段时间进行好氧处理后，经膜过滤后形成出水。膜出水为间歇方式，自控装置在污水达到设定的停留时间后，启动抽滤泵，进行抽滤出水。好氧池采用穿孔曝气的方式对膜表面进行大气泡曝气，可以减缓膜污染速度。本装置的有效容积为30L ，厌氧池、缺氧池、好氧池的体积比为1∶1∶10。平板膜组件为上海蓝景膜技术工程有限公司的产品，有效膜面积为1m 2。

1.2

试验用水及试验方案

试验用水为竹园二厂二沉池出水，其水质如表1所示。试验先依据上述水质配置人工废水，通过响应曲面法设计试验方案，优化平板膜MBR 装置的运行参数，然后通入试验用水运行，对进出水水质进行监测分析。

1.3

分析方法

试验对常规进出水水质指标进行了检测，包括pH 、水温、悬浮固体、COD 、氨氮、总磷等。均采用国家

环保局《水和废水监测分析方法》中的标准方法进行监测。2试验内容

2.1

装置最优化条件的选择

本试验采用响应曲面法中的Box-Behnken 法[10]

进行装置参数的优化试验设计，可调控的影响因素（膜出水压力为设定的10kPa ）有三个：水力停留时间

（HRT

）、膜出水时间（CST ）和曝气速率，所以选定以上三个因素为影响值，根据单因素分析确定了各个因素的选值范围，在此基础上以出水氨氮的浓度为响应值，设计了三因素三水平的响应曲面试验，因素水平

如表2所示，

试验结果如表3所示，响应曲面如图2～4所示。为方便比对，试验用水为以表1为参照的人工配水。经过响应曲面法优化后，选取的最优条件参数

为HRT ：

1.1h ，CST ：9min ，曝气速率：0.77L/h 。

2.2

装置运行结果

平板膜MBR 装置在优化参数后不间断运行35d ，运行期间装置一切正常，出水水质如表4所示，表

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第11期想，出水的指标要优于《城市污水再生利用城市杂用

水水质》

（GB/T18920-2002）的水质标准和《城市污水再利用工业用水水质》（GB-T 19923-2005）中冷却用水水质标准。3

分析及讨论

3.1COD 的去除

运行期间水温为18～30℃，污泥驯化完成后，平板膜MBR 装置连续运行35d ，对COD 的去除效果见图3。从图3可以看到，装置对COD 的去除率并不是很高，去除率为56.61%～70.12%之间。这是因为在低负荷进水条件下，膜生物反应器内的微生物吸收不到大量的营养物质，无法迅速生长繁殖，初期甚至出现微生物大量死亡，污泥浓度下降的情况，这种情形在装置运行10d 后有所好转，厌氧池与缺氧池的酸化水解去除一部分有机物，活性污泥的好氧分解再加上膜分离的截留作用，使得出水水质始终在30mg/L 以下保持相对稳定，出水COD 优于回用标准。

3.2氨氮的去除

进出水氨氮浓度及装置对氨氮的去除效果如图4

所示。氨氮的去除率可以达到70%以上，但总体上呈下降趋势。这是由于平板膜MBR 具有较好的泥水分离效果，能有效富集硝化菌，但进水C/N 比较低，后续碳源不足，污泥浓度下降，硝化菌在反应器内富集比较困难，抑制了硝化反硝化作用所以氨氮的去除率有

所下降。但在装置运行稳定的情况下，

出水氨氮浓度始终低于4.5mg/L ，比较稳定。在条件允许的情况下，适当增加碳源，可以提高氨氮的去除率。

3.3

总磷的去除

由图5可以看出，装置对总磷的去除效果一般，去除率在60.90%～77.41%。总磷的去除率与进水总磷浓度呈相关性，进水总磷浓度越高，去除率也随之提高。这是因为进水的有机碳源不足，导致厌氧阶段没有足够能量提供给聚磷菌用来转化为大量PHB （聚β羟基丁酸），在好氧阶段，聚磷菌就没有大量的PHB 进行好氧分解，使好氧吸磷阶段的除磷效果变差。但进水水质中的总磷浓度也很低，因此经过装置并不高效的除磷过程，出水的总磷浓度一直低于0.6mg/L ，

项目pH 浊度/NTU 色度/度SS BOD 5COD 氨氮总磷/mg ·L -1装置出水 6.8～7.90.06100.2 4.1221.53 3.400.29杂用水标准 6.0～9.0530—10—10—冷却水标准

6.5～8.5

表4装置出水及回用标准

Table 4Effluent quality and quality standard of recycling water

给出的装置各出水指标为运行期间的平均值。由表4可见，平板膜MBR

装置处理效果比较理

尚飞霄，等平板膜MBR 用于竹园二厂中水回用的试验研究

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已经达到回用标准。

3.4悬浮物的去除

本试验选用的平板膜有效膜孔径为0.45μm，对分子量为500～50000的有机物或无机颗粒有很高的截留性能，通过膜表面的微孔结构对物质进行选择性分离，可以去除污水中大量的病菌、大分子物质、胶体等。因此，平板膜MBR装置对SS的去除效果非常好，去除率几乎可以达到100%，如图6所示。

3.5膜污染的影响

膜污染一直以来都是制约膜生物反应器更广泛应用的一大难题，有研究表明，除了浓差极化现象会导致膜微孔堵塞，造成膜污染外，胞外聚合物（EPS）和溶解性微生物产物（SMP）也是影响膜污染的重要因素[11-13]。本试验装置采用间歇出水的方式，并且用穿孔曝气的方式对膜表面进行大气泡曝气，可以极大缓解浓差极化现象；而且，本试验进水负荷低，限制了EPS 和SMP的聚集[14]，因此在装置运行期间，装置的运行受膜污染的影响很小。

4结论

（1）在进水营养物质浓度较低的情况下，平板膜MBR装置对COD、氨氮、总磷的去除率不是很高，装置运行过程中出现活性污泥大量死亡，污泥浓度下降的情况，但是出水水质相对稳定，装置运行期间出水水质优于城市杂用水回用和工业冷却水回用标准，达到试验的预期效果。

（2）装置运行期间，由于进水负荷较低，限制了容易引起膜污染的EPS和SMP在膜表面附近富集，而且对平板膜表面进行大气泡曝气，也极大缓解了膜污染的产生，因此膜污染对装置的运行影响很小。

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