膜生物反應器在城市污水處理中的最優工況研究

李志明

（廣東省海洋工程職業技術學校廣東廣州510320）

1 膜生物反應器工作原理

膜生物反應器實驗裝置由曝氣系統、出水泵、反應區、進水箱、進水泵、出水箱、PLC自動控制器構成。利用壓力泵從進水箱中抽取待處理污水，當反應器內混合液的液面到達最低點的時候，感應器向控制系統傳遞信號，隨之開始進水。當進水液面到達最高點時，反應器就會停止進水。當原水進入到反應區之后，經過微生物的處理以及膜過濾，經由出水泵輸送出水箱，反應器中配備著反洗裝置，可以用于反洗。反應器裝有溶氧感應器、PH計、溫度計等。支持在線讀數。對于曝氣量以及出水量通過流量計來進行控制。

2 實驗設計

本實驗采用當今應用比較普遍的淹沒式膜生物反應器工藝，內部設置中空纖維簾式膜 (由膜天膜公司生產，PVDF微慮膜)，以城市生活污水的處理為目標，通過構建正交方法來確立影響生物膜反應器的出水處理效果的關鍵影響因素。從考量出水效果(出水COD)最優良的方面來探討最好的生物膜反應器運行工況。

通過大量工程實踐以及許多文獻可以知道：抽停比，氣水比以及MLSS等生物膜反應器的運行工況對生物膜反應器出水效果有著極其重要的影響，通過構建一個三水平三因素的正交實驗，可考查這三個重要運行因素對生物膜反應器出水效果帶來的影響，而三水平三因素的正交實驗需要9個階段的不間斷運行，通過對在這9個階段出水水質COD的測量，能夠采用正交的統計法探索出影響出水水質COD的關鍵影響因素，然后就能夠確定生物膜反應器的最佳運行工況。

3 實驗過程

3.1 實驗裝置與方法

待處理污水取自某生活污水處理廠曝氣沉沙池，經過一到兩天的初沉降，可以除掉原水中的大多數顆粒性物質。為了避免顆粒物對膜纖維造成機械損壞，在進入水泵之前裝備孔徑約為lmm的紗網，起到細格柵的過濾功能。原水水質COD情況如表1所示。

表1 原水水質COD情況

本實驗出水標準希望達到GBl8918-2002二級排放標準，排放標準參照表2：

表2 COD最高允許排放標準（日均值）

為了簡化管理，本實驗采用了PLC控制系統內部設備。例如當反應器液面位置達到設定低液位的時候，生化池開始實行控制進水；當達到高液位的時候，反應器停止進水。在電氣自動控制柜上裝備有觸屏式模擬顯示器，它能夠顯示出整個處理系統的狀態和數據，確保系統的穩定運行。采取了間歇出水的運行方式，其工作周期依照實驗工況能夠調整，在實驗開始初期，主要進行污泥的培養、儀器的調試以及試運行。在實驗階段：總共做了9個階段的工況.具體參數為:實驗的膜通量始終維持在 16.5L/m2·h，HRT=4.5h。MLSS，氣水比以及抽停比參數實施分階段調整如表3所示：

表3 九個階段參數

3.2 COD的去除效果及正交實驗分析

本實驗通過重鉻酸鉀法測定COD的濃度，對實驗穩定時期考察了9個階段約110天的有機物的處理效果，每一個階段都取其測量結果的平均值。從圖1中很容易地看到，在通過考查的9個階段期間，COD的去除效果比較平穩。進水COD濃度在212-137mg/L，平均濃度在170mg/L，出水COD平均濃度在32.5mg/L，最低能夠達到16.8mg/L；平均去除率為81.0%。在水質監測實驗過程中，因為水中含有濃度比較高的氯離子對COD的測定形成很大的影響，實驗方法上是通過加入一定量的硫酸汞來對干擾進行消除，不過受條件限制；只可以通過對比實驗實施并不精準的干擾扣除操作。圖中橫坐標為9個階段。

圖1 COD的去除情況

(1)MLSS對COD去除效果的影響

實驗考查了污泥濃度MLSS在9500-11500 mg/L，6000-7500 mg/L，3000-4500 mg/L的三個水平九個階段所獲得的COD的平均去除率，得到COD去除效果與MLSS之間的關系如圖4-2所示：通過圖2可以知道，MLSS隨著濃度的增大，COD去除效率一直在持續增長，而在3000-4500 mg/L階段到6000-7500 mg/L階段的COD去除效率要小于6000-7500 mg/L階段到9500-11500 mg/L階段的增長的COD去除效率。依據正交實驗的代表性，認為COD去除效果伴隨著MLSS的增長而加強。

圖2 MLSS對COD去除效果

(2)抽停時間對COD去除效果的影響

實驗對抽停比在 10：2，6：2，3：1這三個水平九個階段所獲得的平均COD去除效果，獲得COD去除效果與抽停比的關系如圖3所示，通過圖3可以知道：當抽停比為6：2的時候COD去除效果最佳。而抽停比為10：2以及3：1的時候，COD去除效果存在顯而易見的降低趨勢，認為延長停抽時間對于COD去除效果下降有很明顯的影響。

圖3 抽停時間對COD去除效果

(3)氣水比對COD去除效果的影響

實驗研究了當氣水比在 30-35：1，25-30：1，20-25：1 這三個水平九個階段時對COD去除效果的影響，并得到其平均COD去除效果，圖4是氣水比與平均COD去除效果的關系圖。通過圖4可以得出：當氣水比為25-30：1時，COD平均去除效果最為明顯。由此表明，曝氣量提高了反應器中的混合液的循環速度，這樣使得污染物在膜的表面不易累積，并且還能夠提高污染物脫離膜表面的速度，過大的曝氣強度會導致膜表面的泥餅層越來越薄，對出水水質有一定的影響。

圖4 氣水比對COD去除效果

(4)實驗因素的主次關系以及最佳組合條件的確定.

依照不同水平實驗的結果的最小值以及最大值的差，也就是通過極差來對因素的主次進行判斷，通過實驗獲得各因素的極差結果如表4所示：三個因素對COD的去除效果的影響大小順序為：抽停比＜MLSS＜氣水比。

本實驗出水標準符合GBl8918-2002二級排放標準，獲得COD去除效果最優組合條件為：氣水比在25-30：1，抽停比在6：2，MLSS濃度在9500-11500mg/L之間。

4 總結

實驗對停抽比，MLSS以及氣水比展開了正交分析。依照正交分析，結合考量了膜運行長期的穩定性以及產水量的多少，獲得了最佳的組合條件，即抽停比在6：2；氣水比在25-30：1；MLSS濃度在9500-11500mg/L之間時為最佳工況。

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