1、一體式膜生物反應(yīng)器處理醫(yī)院污水1工程裝置與污水水質(zhì)一體式膜生物反應(yīng)器處理醫(yī)院污水的工程裝置設(shè)在北京海淀鄉(xiāng)衛(wèi)生院內(nèi)，設(shè)備的內(nèi)部構(gòu)造見(jiàn)圖1，設(shè)計(jì)處理能力為20m3/d。整個(gè)裝置主要由生物反應(yīng)池和膜組件組成。生物反應(yīng)池采用好氧完全混合式活性污泥反應(yīng)池，有效容積為6m3，設(shè)有隔板將其分為大小相等的兩個(gè)池子，內(nèi)置聚乙烯中空纖維膜組件24塊，每塊膜組件的面積為4 m2，膜總面積為96m2。膜組件下設(shè)有穿孔管曝氣，曝氣量控制在8090m3/h。中空纖維膜采用間歇運(yùn)行，抽吸頻率為開(kāi)13 min，關(guān)2 min。壓差計(jì)用于監(jiān)測(cè)膜過(guò)濾壓力的變化。液位計(jì)控制活性污泥反應(yīng)器液面的恒定。流量計(jì)用于測(cè)定膜出水的流量。接種污

2、泥取自北京高碑店污水處理廠二沉池回流污泥。污水先流入調(diào)節(jié)池，然后由泵提升經(jīng)細(xì)篩網(wǎng)過(guò)濾后進(jìn)入膜生物反應(yīng)器。在反應(yīng)器中，污水中的有機(jī)物主要被微生物分解，混合液在泵的抽吸作用下，經(jīng)膜過(guò)濾后得到處理水。工程裝置所采用的膜組件是日本三菱公司生產(chǎn)的聚乙烯中空纖維膜，膜組件形狀為板狀，長(zhǎng)為0.8m，寬為0.5m，膜孔徑為0.4m，中空纖維膜外徑為0.44mm，內(nèi)徑為0.27mm。海淀鄉(xiāng)衛(wèi)生院是一家規(guī)模較小的綜合性醫(yī)院，用水量平均為20m3/d，具體水質(zhì)情況如表1所示。表1海淀鄉(xiāng)衛(wèi)生院污水水質(zhì)CODCr(mg/L)BOD5(mg/L)氨氮(mg/L)濁度(NTU)溫度()pH細(xì)菌總數(shù)(個(gè)/mL)大腸桿菌群落(

3、個(gè)/100mL)48277.5205510.123.76.127.914206.27.19.9×1031 6002設(shè)備運(yùn)行情況與分析2.1去除污染物效果2.11COD的去除圖2顯示了膜生物反應(yīng)器進(jìn)水、生物反應(yīng)器上清液和膜出水中COD濃度的變化情況。從圖2可以看出：生物反應(yīng)器中的活性污泥對(duì)COD的去除起到了主要作用，在進(jìn)水COD變化較大的情況下，生物反應(yīng)器內(nèi)活性污泥的效能仍發(fā)揮得很好，例如開(kāi)始運(yùn)行的第5 d和第18 d，由于醫(yī)院進(jìn)行體檢，導(dǎo)致進(jìn)水COD濃度突然上升到200300 mg/L，但經(jīng)過(guò)生物反應(yīng)器中微生物的降解后，其上清液的COD濃度仍可維持在100 mg/L以下；膜對(duì)系統(tǒng)的穩(wěn)

4、定出水起到了決定性作用，例如系統(tǒng)進(jìn)水水質(zhì)變化大(COD濃度從48 mg/L變化到277.5 mg/L)，上清液COD濃度也隨之有較大的變化，運(yùn)行20 d以后，由于進(jìn)水中COD濃度偏低(在150 mg/L以下波動(dòng))，生物反應(yīng)器中微生物生長(zhǎng)緩慢，其處理性能不夠穩(wěn)定，去除率在20%80%之間大幅度波動(dòng)，但膜分離彌補(bǔ)了生物反應(yīng)器處理性能的不穩(wěn)定，膜出水水質(zhì)始終變化不大，出水COD濃度穩(wěn)定在25 mg/L以下，為實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定、良好的出水水質(zhì)提供了有力保證。2.1.2氨氮的去除膜生物反應(yīng)器投入運(yùn)行后，系統(tǒng)對(duì)氨氮具有良好的去除效果。當(dāng)進(jìn)水氨氮在1025 mg/L之間波動(dòng)(平均值為17.74 mg/L)時(shí)，生物反

5、應(yīng)器上清液和膜出水中的氨氮除個(gè)別值接近5 mg/L外，大多數(shù)均在2 mg/L以下(平均值1.5 mg/L)，系統(tǒng)對(duì)氨氮的平均去除率可達(dá)93%。在整個(gè)運(yùn)行過(guò)程中，生物反應(yīng)器上清液和膜出水中氨氮含量基本相等，說(shuō)明氨氮的去除主要靠生物反應(yīng)器中微生物的降解作用，膜對(duì)小分子的氨氮基本沒(méi)有截留作用。由于接種的高碑店污水處理廠二沉池污泥中的亞硝化細(xì)菌和硝化細(xì)菌經(jīng)過(guò)了一定時(shí)間的增殖和積累，且數(shù)量較多，故當(dāng)污泥剛剛接種到反應(yīng)器中，就有足量的亞硝化細(xì)菌和硝化細(xì)菌使氨氮發(fā)生充分的硝化反應(yīng)，即在系統(tǒng)初始運(yùn)行時(shí)期對(duì)氨氮就已具有很高的去除率(達(dá)到90%以上)。膜生物反應(yīng)器投入運(yùn)行后的進(jìn)水、上清液和出水的氨氮濃度變化情況見(jiàn)

6、圖3。2.1.3濁度的去除圖4為膜生物反應(yīng)器投入運(yùn)行以后，進(jìn)水和膜出水濁度隨時(shí)間的變化情況。整個(gè)運(yùn)行過(guò)程中的進(jìn)水濁度較高，在530 NTU之間波動(dòng)。在剛開(kāi)始運(yùn)行的幾天里，由于膜表面的凝膠層尚未很好地形成，對(duì)一些膠體物質(zhì)未能起到很好的截留作用，膜出水濁度隨著進(jìn)水濁度的變化有較大幅度的波動(dòng)。而隨著運(yùn)行時(shí)間的延長(zhǎng)，膜出水濁度開(kāi)始變得平穩(wěn)，表明部分多糖、蛋白質(zhì)等大分子溶解性有機(jī)物由于濃差極化而慢慢吸附在膜的表面形成凝膠層，該凝膠層使得膜的實(shí)際過(guò)濾孔徑變小，增強(qiáng)了膜對(duì)微小膠體物質(zhì)的截留作用。從圖4中可見(jiàn)，盡管在啟動(dòng)后期進(jìn)水濁度波動(dòng)仍然很大，但膜出水濁度比較穩(wěn)定，始終保持在3 NTU以下。凝膠層的形成對(duì)出

7、水水質(zhì)起到了強(qiáng)化作用。2.1.4細(xì)菌、病毒的去除來(lái)海淀鄉(xiāng)衛(wèi)生院就診的大都是心腦血管和感冒、發(fā)燒等常見(jiàn)病患者，由于這種特殊性，對(duì)其污水進(jìn)行檢測(cè)時(shí)未發(fā)現(xiàn)有特種病毒，對(duì)大腸菌群的檢驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表2。表2對(duì)大腸菌群的檢測(cè)結(jié)果樣品大腸菌群(個(gè)/100mL)進(jìn)水1600上清液1600膜出水23從表2中可以看出，生物反應(yīng)器內(nèi)微生物對(duì)大腸菌群不具有去除能力，膜對(duì)大腸菌群的去除則起到了決定性的作用。上清液和進(jìn)水中含有相同的大腸菌群數(shù)，但微濾膜孔徑小，可將大分子大腸菌群截留于生物反應(yīng)池中。整個(gè)系統(tǒng)對(duì)大腸菌群的去除率高達(dá)98%以上，這進(jìn)一步說(shuō)明了膜生物反應(yīng)器可以彌補(bǔ)傳統(tǒng)活性污泥法的不足，保證出水水質(zhì)穩(wěn)定、安全。另外，此

8、次還檢測(cè)了膜對(duì)細(xì)菌的去除效果，但效果不是很明顯，主要是因?yàn)槿涌诒┞对诳諝庵校瑹o(wú)法進(jìn)行無(wú)菌操作，膜出水已被空氣中細(xì)菌所污染，不能檢測(cè)到膜對(duì)細(xì)菌的真正去除效果。2.1.5系統(tǒng)的出水水質(zhì)表3為系統(tǒng)在達(dá)到滿負(fù)荷運(yùn)行后的膜出水水質(zhì)。表3系統(tǒng)的出水水質(zhì)項(xiàng)目CODCr(mg/L)BOD5(mg/L)氨氮(mg/L)濁度(NTU)溫度()pH嗅大腸桿菌(個(gè)/100mL)膜出水250.41.5416186.27.1無(wú)23醫(yī)院污水排放標(biāo)準(zhǔn)(GBJ4883)150100255569502.2微生物特性整個(gè)運(yùn)行過(guò)程中生物反應(yīng)池內(nèi)污泥的增殖情況如圖5所示。由圖5可知，運(yùn)行前30 d(即整個(gè)啟動(dòng)階段)，污泥濃度波動(dòng)較大

9、，沒(méi)有明顯的增長(zhǎng)趨勢(shì)，這主要是由于進(jìn)水中COD濃度較低(平均為87.84 mg/L)，導(dǎo)致污泥生長(zhǎng)緩慢。但考慮到在此污泥濃度條件下，生物反應(yīng)器系統(tǒng)已具有比較良好的處理效果，因此沒(méi)有采取刺激污泥生長(zhǎng)的措施。在運(yùn)行階段，污泥波動(dòng)相對(duì)較小，加之運(yùn)行6個(gè)月來(lái)反應(yīng)器沒(méi)有進(jìn)行過(guò)人為排泥，微生物濃度呈現(xiàn)出明顯的增長(zhǎng)趨勢(shì)。生物反應(yīng)器中污泥的VSS/SS比值在此期間基本無(wú)變化，除個(gè)別點(diǎn)外，大部分在0.60.8之間，說(shuō)明到目前為止生物反應(yīng)器中尚未出現(xiàn)無(wú)機(jī)物的積累。2.3污泥生物相觀察在生物反應(yīng)器運(yùn)行過(guò)程的各個(gè)階段，分別對(duì)反應(yīng)池中污泥混合液進(jìn)行了鏡檢，發(fā)現(xiàn)啟動(dòng)和穩(wěn)定運(yùn)行期間污泥生物相有著較大的差別。剛開(kāi)始啟動(dòng)階段，

10、生物相不豐富，其中原生動(dòng)物很少，且不很活潑；菌膠團(tuán)比較松散，沒(méi)有形成特定的形狀，大量的絲狀菌穿插在菌膠團(tuán)中。而在穩(wěn)定運(yùn)行期，污泥混合液在顯微鏡下出現(xiàn)較多行動(dòng)活潑的原、后生動(dòng)物，如鐘蟲(chóng)、等枝蟲(chóng)等，菌膠團(tuán)結(jié)合緊密，已有一些特定的形狀。此外，根據(jù)小試和中試的結(jié)果，由于調(diào)試時(shí)采用了先對(duì)污泥充分馴化后再分階段啟動(dòng)膜系統(tǒng)的啟動(dòng)方式，故到目前為止，該系統(tǒng)已經(jīng)穩(wěn)定運(yùn)行6個(gè)多月，期間膜過(guò)濾壓力上升緩慢，未對(duì)膜進(jìn)行過(guò)任何形式的清洗，可見(jiàn)做好膜系統(tǒng)的啟動(dòng)工作可以減緩膜的污染與堵塞，使膜在較長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)穩(wěn)定高效地工作，同時(shí)也說(shuō)明膜生物反應(yīng)器操作簡(jiǎn)單、方便，易于管理。3結(jié)論一體式膜生物反應(yīng)器用于處理醫(yī)院污水在技術(shù)上是可行的

11、，對(duì)醫(yī)院污水中COD、NH3-N、濁度的平均去除率分別可達(dá)80%、93%、83%，其出水水質(zhì)良好、穩(wěn)定(其中COD25 mg/L、NH3-N1.5 mg/L、濁度4 NTU)且無(wú)色無(wú)嗅，大腸菌群23 個(gè)/100mL，符合我國(guó)醫(yī)院污水排放標(biāo)準(zhǔn)。在膜生物反應(yīng)器中，活性污泥對(duì)COD的去除起主要作用，但在啟動(dòng)階段由于污泥性能還不夠成熟，生物反應(yīng)器對(duì)COD的去除率波動(dòng)較大，而膜分離則彌補(bǔ)了生物反應(yīng)器處理性能的不穩(wěn)定性，有力地保證了出水水質(zhì)的穩(wěn)定、良好。由于接種污泥中硝化細(xì)菌含量較多，系統(tǒng)在啟動(dòng)初期就對(duì)NH3-N具有很高的去除效率，氨氮的去除主要依靠生物反應(yīng)器的作用。在整個(gè)運(yùn)行期間內(nèi)，膜過(guò)濾阻力增加緩慢，

12、說(shuō)明膜生物反應(yīng)器易于管理，操作方便。一體式膜-生物反應(yīng)器中膜面污泥沉積速率及其影響因素 1. 前言 膜污染是影響膜-生物反應(yīng)器穩(wěn)定運(yùn)行的關(guān)鍵因素。膜面污泥的沉積是造成膜污染的主要構(gòu)成部分。而污泥顆粒在膜面的沉積與否與膜面液體錯(cuò)流流速、膜通透量、污泥濃度和污泥粒徑等密切相關(guān)。這些操作條件決定著膜面污泥沉積速率的大小，進(jìn)而對(duì)膜污染發(fā)展速率有著重要影響。綜合研究曝氣量、膜通量和污泥濃度對(duì)膜面污泥沉積速率的影響，針對(duì)不同的污泥濃度，選擇適宜的曝氣量和膜通量，對(duì)減緩膜污染，降低膜-生物反應(yīng)器的運(yùn)行能耗具有重要意義，但有關(guān)這方面的系統(tǒng)研究尚未見(jiàn)有報(bào)道。本研究將以一體式膜-生物反應(yīng)器為研究對(duì)象，通過(guò)均勻設(shè)計(jì)

13、試驗(yàn)，研究膜面污泥沉積速率與操作條件之間的關(guān)系，并建立有關(guān)數(shù)學(xué)模型，為一體式膜-生物反應(yīng)器的優(yōu)化運(yùn)行提供依據(jù)。2. 試驗(yàn)裝置與方法2.1試驗(yàn)裝置試驗(yàn)中使用兩套相同的一體式膜-生物反應(yīng)器裝置同時(shí)運(yùn)行。生物反應(yīng)器有效容積為180L，被兩塊擋板分割成一個(gè)升流區(qū)和兩個(gè)降流區(qū)。采用的膜組件是中空纖維微濾膜，孔徑為0.4m， 膜面積為3m2，置于升流區(qū)內(nèi)，膜下設(shè)有穿孔管鼓風(fēng)曝氣。膜組件的運(yùn)行采用間歇操作模式，抽吸出水15min，停抽5min。2.2試驗(yàn)設(shè)計(jì)為建立膜間液體上升流速及膜面污泥沉積速率的數(shù)學(xué)計(jì)算模型，本試驗(yàn)采用均勻設(shè)計(jì)的試驗(yàn)方法，對(duì)曝氣量（G）、膜通量（J）和污泥濃度（X）分別取10個(gè)水平（G：

14、10100m3/(m2.h)；J：4.527 L/(m2.h)；X：220 g/L），然后按照均勻設(shè)計(jì)表U11（1110）安排10次試驗(yàn)，在每次試驗(yàn)中考察膜間液體上升流速和膜過(guò)濾阻力上升速率。膜間液體上升流速采用LS45型旋杯流速儀測(cè)定。3. 結(jié)果與討論3.1膜間液體上升流速模型通過(guò)均勻設(shè)計(jì)試驗(yàn)，建立了適于活性污泥混合液（非牛頓流體）條件下的膜間液體上升流速模型：Usr=1.311·ULr1.226·e-0.0105x式中，Usr和ULr分別為活性污泥混合液中和清水中的膜間液體上升流速。清水中的膜間液體上升流速ULr與曝氣強(qiáng)度密切相關(guān)，隨曝氣強(qiáng)度的增加而增大。混合液污泥濃度

15、對(duì)膜間液體上升流速起著負(fù)面影響。3.2膜面污泥沉積速率模型通過(guò)均勻設(shè)計(jì)試驗(yàn)，測(cè)定了不同操作條件下膜過(guò)濾阻力的變化（圖1為示例）。由該圖可知，膜過(guò)濾阻力基本上隨時(shí)間線性增加。因此，可以通過(guò)直線擬和，求出膜過(guò)濾阻力上升速率(K)，并建立K與操作條件的關(guān)系式，如下：K=(8.933×107)·X0.532·J0.376·ULr-3.047(2)由此模型可知，污泥濃度及膜通量對(duì)污泥沉積速率均有正影響，而膜面流速則表現(xiàn)出顯著的負(fù)影響。3.3不同條件下膜污染發(fā)展速率的預(yù)測(cè)利用式（2），可以對(duì)不同運(yùn)行條件下的膜過(guò)濾阻力的變化，即污染發(fā)展速率進(jìn)行預(yù)測(cè)。由圖2可見(jiàn)，膜過(guò)濾阻力上升速率K隨膜通量J的增大而增加，隨膜間液體流速（即曝氣強(qiáng)度）ULr的增大而減小。