FBR藝處理生活污水試驗研究

第34卷第12期水處理技術(shù)Vol.34 No.12742008年12月TECHNOLOGY OF WATER TREATMENTDe..2008FBR工藝處理生活污水試驗研究程恒衛，張景成了，張彥平，王燕妮2(1.中核能源科技有限公司,北京100084; 2.哈 爾濱工業(yè)大學(xué)市政環(huán)境工程學(xué)院,黑龍江哈爾濱150090;3.河北工業(yè)大學(xué)土木工程學(xué)院，天津300401)搞要:采用價(jià)格低廉的無(wú)紡布代替膜生物反應器中的膜組件組成新型無(wú)紡布生物反應器(Fabric bioreactor,FBR),研究了兩種孔徑的無(wú)紡布(15μm和1μm)生物反應器對模擬生活污水的處理效果,并對FBR工藝的污染情況進(jìn)行了分析.試驗結果表明，兩種孔徑的無(wú)紡布的處理效果差別甚微; FBR工藝對濁度、SS.COD和NH,N的平均去除效果很好。出水符合城市雜用水水質(zhì)標準。平行試驗結果表明,FBR工藝對生活污水的處理效果達到MBR工藝的96.2%.采用NaCIO溶液可有效清洗被污染的無(wú)紡布,表面通量的恢復率達到97.2%。關(guān)鋤詞:布生物反應器;膜生物反應器;污水處理中圖分類(lèi)號:X703.1文獻標識碼:A文章編號: 1000700(2008)12-0740-04膜生物反應器(MBR)作為-種高效水處理工0.8 m,有效容積為50 L.采用工業(yè)用無(wú)紡濾布,材質(zhì)藝，具有出水水質(zhì)好、占地面積少等優(yōu)點(diǎn)，在污水處為滌綸,過(guò)濾孔徑選用1μm和15um兩種;中空纖理及回用方面有著(zhù)廣闊的應用前景(的。目前限制維膜組件為天津膜天膜工程技術(shù)有限公司生產(chǎn)的MBR廣泛應用的主要原因是MBR系統中膜組件MF膜，膜孔徑為0.2 μm,膜面積為1 m2。原水由水.造價(jià)過(guò)高[,強度較低,使用壽命較短，運行能耗高間。箱進(jìn)入好氧生物反應器，反應器內的液位由浮球閥針對MBR的以上缺點(diǎn)，國內外研究者采用廉價(jià)的控制,浮球閥的位置可調整，以便設定不同的停留時(shí)微網(wǎng)材料作為膜基材，研究了動(dòng)態(tài)膜生物反應器的間。污水在反應器內經(jīng)微牛物降解后,一-部分出水通工藝特性和運行效果,取得了諸多研究成果10。本過(guò)無(wú)紡布重力流出，然后經(jīng)蠕動(dòng)泵排至出水箱;同試驗采用價(jià)格低廉的無(wú)紡布代替膜生物反應器中的時(shí)，另一部分出水在蠕動(dòng)泵負壓抽吸作用下通過(guò)膜膜組件，通過(guò)活性污泥過(guò)濾過(guò)程中形成的生物動(dòng)態(tài)膜實(shí)現近似于微濾膜的過(guò)濾效果，組成新型的無(wú)紡布生物反應器(Fabric bioreactor, FBR),該技術(shù)具有造價(jià)低、運行費用低、膜污染易于控制等優(yōu)點(diǎn)。試8日驗研究了FBR工藝在重力自流條件下對模擬生活污水的處理效果，并對FBR在運行過(guò)程中的污染情17況進(jìn)行了分析。1材料與方法1一原水箱:2- -生物反應池:3- -中 空纖維膜組件:4-濾布1;1.1 試驗裝t5-濾布2;6- -空氣壓縮機;7-氣體流氧計:8- -浮球閥;9 -真試驗采用的反應器裝置如圖1所示。為了便于空表:10-蠕動(dòng)泵:11- 時(shí)間控制器: 12- -液體流量:計:13溫挖和MBR對比，整個(gè)系統由好氧生物反應器和無(wú)紡裝置:14←曝氣器:15- -導流隔板:16 -穿孔瞞板:17- -出水箱圖1試驗裝置布/膜組件組成。生物反應器長(cháng)0.5m，寬0.2m,高Fig.1 Schematic of the FBR and MBR experimental system中國煤化工收稿日期: 208-03-11JYHCNMHG作者簡(jiǎn)介:程恒衛(1977-) ,男，碩+, T程師，研究方向為膜技術(shù)及水污染治理聯(lián)系電話(huà): 13810862985;E.mailchwhit@163.com.程恒衛等, FBR工藝處理生活污水試驗研究75組件排入出水箱中。試驗過(guò)程中采用空氣壓縮機提水平均COD分別為28.8 mg*L"和26.6mgL'.這是供連續曝氣，曝氣量通過(guò)閥門(mén)、氣體流量計控制調因為在運行過(guò)程中,微生物在無(wú)紡布表面聚集,生成節。反應器內水溫通過(guò)溫度控制裝置保持在18C+了具有有效攔截作用的動(dòng)態(tài)生物膜;同時(shí)無(wú)紡布內1C.膜出水流量通過(guò)液體流量計直接讀出。真空表部的立體網(wǎng)狀結構及大量的空隙又為微生物的生長(cháng)可顯示膜過(guò)濾壓差的變化。提供了良好的棲息點(diǎn)，使得無(wú)紡布本身具有物理和1.2試驗用水生物雙重攔截作用，從而彌補了布一孔徑大的不足。采用人工配水模擬生活污水，基本水質(zhì)為系統運行期間發(fā)生污泥膨脹，但系統出水水質(zhì)并未COD 300 ~460 mg'L',NH;-N 18 ~30 mg'L',TP受到明顯影響,這說(shuō)明污泥膨脹對FBR處理效果影2.2~4.5 mgL',pH 6.5~7.5,溫度18C。響很小。13 分析項目與方法濁度: WG2-200濁度儀;COD:5B-6型COD速60000測儀;NH;-N:納氏試劑比色法; TP:鉬銻抗分光光度50oo法:SS:重量法(ALC-110.4梅特勒-托利多電子天平、PHG-9070A電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱)。上精液COD2結果與討論1062.1濁度和 ss的去除?運行時(shí)間21242730圖2為運行期間系統出水濁度變化曲線(xiàn)。由圖圈3 FBR 運行期間對COD去除效果2可見(jiàn)，運行初期濁度小于4 NTU,隨著(zhù)運行時(shí)間的Fig.3 Rermoval eficiency of COD during tbe experiment of FBR延長(cháng),無(wú)紡布表面形成動(dòng)態(tài)膜，強化了對顆粒物質(zhì)的23 NH_N的去除截留作用，濁度降到了1.0 NTU以下，而且出水濁度由圖4可以看出，隨著(zhù)反應時(shí)間的延長(cháng),FBR穩定.布1(15 μm)平均出水濁度為0.96 NTU,布2.對NHz-N的去除率逐漸增加。運行后期，兩種孔徑的(1 μm)平均出水濁度為0.94 NTU,無(wú)紡布孔徑的無(wú)紡布生物反應器對NH3-N的平均去除率大于90%,差異對濁度的去除幾乎沒(méi)有影響。經(jīng)FBR處理后的出水平均NH-N分別為2.8 mg*L和2.6mg*L',并且出水ss未檢出，說(shuō)明無(wú)紡布對顆粒性物質(zhì)有很高無(wú)紡布孔徑對NH-N去除率影響較小。FBR優(yōu)良的的去除截留作用。硝化作用得益于無(wú)紡布高效的泥水分離作用，使世代時(shí)間較長(cháng)的硝化菌在反應器中累積，不斷富集的4.0p3.5硝化菌完成了氨氮的硝化過(guò)程。所以FBR與MBR類(lèi)似，系統對NH-N的去除效果易受生物反應器處士理效果影響"。劃15MH10F0.50036912151821242730480里運行時(shí)間/d圜2 FBR 出水濁度變化曲線(xiàn)+原水NH,N+上清液NH,NFig.2 Variation of turbidity during the experiment ofFBR←布上主睡事。船去除事FBR中的無(wú)紡布與MBR中的膜組件的關(guān)鍵作20-用在于替代傳統活性污泥法中的二沉池，實(shí)現固液分離,降低出水濁度。從以上結果可以看出,選擇無(wú)紡布替代MBR中的膜組件是可行的。圜4 PBR 運行期間對NH_N去除效果2.2 COD 的去除Fig.4 Removal efficiency ofNH-N during the experiment ofFBR圖3為運行期間FBR系統對COD的去除情況。2.4中國煤化工可以看出，兩種孔徑的無(wú)紡布(15 μm和1 μm)對YHCNMHG前期,TP去除率較COD去除效果差別不大，平均去除率均大于90%,出高，布1、布2平均去除率均在80%以上，最高達76水處理技術(shù)第34卷第12期95%。這是由于該時(shí)期污泥增長(cháng)迅速,微生物大量繁濾阻力增加，無(wú)紡布被污染。被污染的無(wú)紡布過(guò)濾阻殖,微生物自身生長(cháng)和聚磷菌的攝磷作用使系統TP力包括無(wú)紡布固有阻力Rm濾餅層阻力Re和形成去除率較高。系統運行后期,污泥增長(cháng)緩慢,磷在污的凝膠阻力R，其中污染阻力為R=R.+Rp根據泥中大量聚集，形成高磷污泥,系統TP去除能力明Darcy's定律，在過(guò)濾壓差TFP為100Pa,水溫為顯下降,布1.布2平均去除率僅50%左右,最小去20C 的條件下測定各阻力值,見(jiàn)表2。從表2可以看除率只有7%。排除部分污泥后繼續運行,TP去除率出，FBR的過(guò)濾阻力主要來(lái)自于濾餅層阻力，約占有所回升,說(shuō)明排泥是除磷的有效途徑之一。同時(shí)還總阻力的98%,而濾餅層阻力屬于可逆污染,這就可以看出，運行期間系統對TP的去除率波動(dòng)較大,使得無(wú)紡布的清洗對恢復表面通最變得簡(jiǎn)單有效。試布1、布2出水TP含量時(shí)常高于，上清液(上清液取驗采用水力清洗和次氯酸鈉藥劑清洗兩種方式考察樣于生物反應池，位于濾布1、濾布2之前)。分析其無(wú)紡布污染恢復的情況。結果發(fā)現，采用水力清洗對原因可能是因為活性污泥可以吸附裹挾部分磷酸鹽無(wú)紡布內部污染及凝膠層污染去除效果較差,無(wú)紡布等含磷物質(zhì),當水中總磷含量低時(shí),在曝氣擾動(dòng)及存表面通量恢復率達74.3%;而采用0.3%的NaCIO溶在濃差的情況下,其中的磷又會(huì )釋放出來(lái),導致了出液浸泡24 h后,表面通量的恢復率達到97.2%。試驗水TP反而高于上清液的情況，同時(shí)也說(shuō)明了反應結果表明NaCIO溶液可有效去除凝膠層污染。器中的TP主要還是通過(guò)微生物降解的。表2無(wú)紡布過(guò)濾阻力分析Table2_ Analysis of fltration resistance of non-woven fabrnic阻力過(guò)濾阻力/m'占 總阻力的百分比1%| 100總阻力R1.3206x100固有阻力R。2.7471x1070.21孔隙及凝膠阻力R。2.4265x101.84: 305濾餅層阻力Rr1.2936x10*097.95常293結論FBR對污染物具有較好的去除效果,無(wú)紡布孔圖5 FBR運行期間對TP去除效果徑大小對處理效果影響甚微。兩種孔徑(15μm 和Fig.5 Removal eficiency ofTP during the experiment of FBR1μm)的無(wú)紡布生物反應器對ss和濁度去除效果2.5 FBR 與MBR處理效果比較極佳，對COD和NH-N的去除率均大于90%。系統根據以上結果可知,以15 μm和1 μm無(wú)紡布運行前期對總磷的平均去除率大于80%,運行后期組成布生物反應器對模擬生活污水處理效果差別很下降到50%。FBR處理效果達到MBR工藝的.小，因此選用更為廉價(jià)的15μm無(wú)紡布與MBR生96.2%,出水符合城市雜用水水質(zhì)標準。物反應器的處理效果進(jìn)行對比，試驗結果見(jiàn)表1(均被污染的無(wú)紡布過(guò)濾阻力主要來(lái)自濾餅層阻為30d平均值)?？梢钥闯?，FBR對模擬生活污水力,約占總阻力的98%;采用NaCI0藥劑清洗可有處理效果可達到MBR處理能力的96.2%左右,出水效去除無(wú)紡布污染。水質(zhì)符合城市雜用水水質(zhì)標準GB/T18920-2002。試驗采用的無(wú)紡布的價(jià)格為6.5元.m’,與中空纖維膜的價(jià)格500元.m2相去甚遠，從而可大幅度衰1 PBR與 MBR去除效果比較降低造價(jià)。Table 1 Comparison of the removal eficiency of FBR and MBR項目COD/ NHr-NIpHTP/濁度mgL° mg*L'mg*L' NTU參考文獻:出水14.112.01 6.5~7.5 0.94 0.17MBR1] QinJJ, Wai M N, Tao G H, et al. Membrane bioreactor study for去除率1% 96.84 93.1676.2reclamation of mixed sewage mostly from industrial sources [0FBR28.80 2.80 6.5~7.5 1.24 0.96Separation and Purification Technology,2007,53(3):296-300.去除率1% 93.11 89.7371.562] TaoG Kinn K Thao W. et al Membrane bioreactors for water2.6 FBR 污染及清洗中國煤化(coox20,1<67):.FBR運行過(guò)程中,隨著(zhù)反應時(shí)間的延長(cháng),無(wú)紡CN MH G.布表面的濾餅層逐漸增厚,壓實(shí),過(guò)濾壓差增大,過(guò)3] 李風(fēng)子,土黨,劉平，寺.膜土初區理器在水處理中的應用與程恒衛等, FBR工藝處理生活污水試驗研究77新發(fā)展[小.工業(yè)水處理2005,25(1);10-14.環(huán)境科學(xué)與管理, 205,304):4246.[4] Van Der RostHF, Van Beatem AGN, Lawrence DP. MBR tech-8] 孟凡生, F:業(yè)耀.膜生物反應器在我國的研究發(fā)展展望印.水資nology in municipal wastewater treatment: challeaging the tradi-源保005,21(4);1-3.tional treatnent technologies [J].Water Science and Technology,9] 邱憲鋒,張建,高寶玉,等內循環(huán)動(dòng)態(tài)膜生物反應器處理生活2002,46(4-5):273-280.污水[小.中國環(huán)境科學(xué)2007.2):65-168.[5] Stepheason T, Judd s, Jfferson B, et al. Membrane bioreactors[10] Fan B, Huang X. 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The removalfficiency and fouling of FBR were studied on simulated domestic wastewater treatment. The results showed that FBR had good rermoval eficiencies forturbidit, ss, COD and NHyN, and the two non-woven fabric aperture as 15 μum and I μum had lttle eft on them. The eflueaet quality reaches thestandard of Water Quality Standard of City Miellaneous Water. Parallel experimental results showed that the removal fficiencies of FBR couldachieve 96.2% of MBR. The non-woven fabric fouling could be efectively removed by sodium bhypochlorite solution, and the recovery of fabric fuxcould reach 97.2%.Kayworda: fabric-bioreactor; membrane bioreactor; sewage treatment(上接第67頁(yè))[3]顧岡維,水污 染治理技術(shù)研充[M].上海:同濟大學(xué)出版社,1997:5] 謝嘉.水污染控制原理[M].成都:四川大學(xué)出版社2003:43-60.185-191.[6] 姚鳳儀.無(wú)機化學(xué)叢書(shū)(第五卷) :氧、硫、硒分族[M].北京:科學(xué)4] Kuenen J G. Colourless sulphur bacteria and their role in the sul-出版社,1998:170-215.phur cyle[J.PI Sil,195,43:49-76.STUDY ON THREE-PHASE AEROBIC BIO-FLUIDIZED BED FOR DESULFURIZATION OPWASTEWATER IN AN INNER CIRCULATIONLIU Xian shu, DING Sang-lan, LIU Min(College of Archieture and Enironmen, Sichuan unierity, Chengedu 610065, China)Abstnot: Appling inner circular aerobic bio-luidized bed to simulant sulf-wastewater by the meidium of granular active carbon, aimming to explore themain factors afecting the effect of the reactor, and to seek a reasonable operational parameters.Results showed that, for diferent sulfide load, there is anoptimum total volume of aeration, which makes the reactor eficiency above 92%; the decrease ofHRT and the increase of sufde consistency will他duce the eficiency of sulfide removal, increasing the aeration will enhance the ability o中國煤化Iieney when the infueatpH changes from 7.5-8.5; the los ratio of sulfide in the tail gas and the consisency ofiYHCNMH G" and ober infueter pHvalue to a certain extent; When the water in the reactor was milky white turbidity-like, it Teacucs uweusrupauouan COCI.Koyworda; three-phase aerobic bio- fluidized bed of inner circulation; active carbon; sulide volume load; air capacity