山东省纺织设计院 山东济南 250100
摘要：膜生物反应器（MBR）是一种由膜过滤取代传统生化处理技术中二次沉淀池和砂滤池的水处理技术。与传统活性污泥法相比，MBR具有出水水质好、固液分离效率高、工艺流程简单等优点。然而，由于膜组件价格昂贵、强度较低、使用寿命短，从而限制了MBR国内外研究者采用无纺布作为膜组件，研究了无纺布生物反应器的运行效果，取得了诸多研究成果。但无纺布一旦被污染，采用简单的物理清洗对凝胶层污染去除效果较差，表面通量恢复率低。本试验采用尼龙纺织布过滤组件代替传统膜生物反应器中的膜组件，构建新型尼龙纺织布生物反应器（NWFBR），考察3种不同孔径尼龙纺织布生物反应器对模拟生活污水的处理效果，并对运行过程中尼龙纺织布的通量进行分析。
关键词：尼龙纺织布 膜生物反应器 生活污水 高通量
1 试验部分
1.1 试验装置
试验采用的装置为多个过滤组件并联的布生物反应器。整个系统由进水池、污水泵、好氧生物反应器、过滤组件、曝气装置、出水系统组成。原水由进水池靠潜水泵引入好氧生物反应器，污水经活性污泥降解后，经过浸没在反应器中的尼龙纺织布过滤组件，截留过滤后的出水经由出水管通过真空泵的负压作用间歇出水。曝气头通过空气压缩管与空气压缩机相连，连续曝气。反应器内泥水混合物的温度约等于室内温度，几乎保持固定不变。生物反应器容积为25L，过滤组件的有效过滤面积为 19.625cm2。
1.2 试验用水
试验采用人工配水模拟城市生活污水，投加蛋白胨、葡萄糖、硫酸铵、磷酸二氢钾、碳酸氢钠等。具体配水水质：温度20 ℃；COD为 411～589 mg/L；氨氮质量浓度为10.7～18 mg/L；总磷质量浓度为2.1～3.5 mg/L；pH 为7.5【1】。
1.3 分析指标及方法
浊度：WG2-200 浊度仪；COD：重铬酸钾法；NH3 -N：纳氏试剂分光光度法；SS：重量法。
1.4 尼龙纺织布的性能表征
1.4.1 布通量的测定
用自行研发的抽吸式尼龙纺织布生物反应器。在20 ℃，抽吸压力分别为0.01和0.09 MPa 的操作条件下，将清水和泥水混合物分别注入尼龙纺织布生物反应器中，测定其清水通量和泥水混合物通量J=滤液体积 /（有效过滤面积×时间）。
1.4.2 布孔径和接触角的测定
用最大泡点压力法测布孔径。布表面的纯水接触角用 JY-82型接触角测定仪进行测量。测试时将干燥平整的布安装在样品台上，用微量进样器将2.5 μL去离子水滴于布的表面，利用光学原理测量其接触角。
2 结果与讨论
2.1 3 种布的性能比较
在操作温度20 ℃，操作压力0.01MPa 条件下，测定布的清水通量，用最大泡点压力法测布孔径、用邢聆君等，尼龙纺织布生物反应器处理生活污水的研究JY-82型接触角测定仪量布的接触角。纯水接触角通常用来表征材料的亲水性，亲水性好，透水率高。0.031mm 和 0.019mm的尼龙纺织布均显示了较好的亲水性，而0.015mm的尼龙纺织布则显示了超亲水性。由于布的孔径和亲水性共同决定了其清水通量，故0.019mm的尼龙纺织布还比0.031mm 的尼龙纺织布通量略高。同时0.015mm的清水通量远小于0.031mm和0.019 mm的，这表明尼龙纺织布的孔径过小，孔径对通量的影响超过了布的亲水性作用，会极大的影响其通量。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆等在研究PES 膜在MBR中的膜污染问题时，在操作温度24℃，操作压力 0.20MPa 条件下，PES 膜的清水通量为303.85L/（m 2 ·h），显然3种尼龙纺织布的清水通量都明显大于传统膜通量，这提现了尼龙纺织布作为过滤材料代替传统膜生物反应器中膜组件的优势。
2.2 COD的去除效果
运行期间尼龙纺织布生物反应器对COD的去除。试验证明去除效果比较稳定。上清液、0.031mm、0.019mm、0.015 mm尼龙纺织布出水COD 的平均去除率分别为 89.1%、92.2%、93.5%和 93.2%。可以得出，出水 COD 去除率一直大于上清液 COD 去除率，这是因为尼龙纺织布过滤组件对悬浮性有机物具有一定的吸附截留作用，并且随着运行时间的推移，尼龙纺织布表面会吸附一些颗粒物质，逐渐形成沉积层并生长部分活性微生物，当污水透过尼龙纺织布过滤时，起到对污染物的截留降解作用。此外，系统运行的第22～28天发生污泥膨胀，平均SVI为 210mL/g，这段时间上清液、0.031mm、0.019mm、0.015 mm 尼龙纺织布出水 COD 的平均去除率分别为 93%、96.6%、97.5%和 97.1%。由于丝状菌的大量生长，使得反应器中的生物处理效率得到了一定提高，同时过滤出水的COD去除率也变高，说明尼龙纺织布过滤出水的处理效果依赖于生物降解的作用。
2.3 氨氮的去除效果
稳定运行期间尼龙纺织布生物反应器对氨氮的去除，试验结果表明运行后期处理效果极佳。上清液、0.031mm、0.019mm、0.015 mm尼龙纺织布出水氨氮的平均去除率分别为97.9%、92.9%、93.6%和 93.9%。氨氮是溶解性小分子无机物，纺织布本身对氨氮没有截留作用，反应器优良的硝化作用得益于尼龙纺织布高效的泥水分离作用延长了污泥停留时间，有利于硝化细菌的生长繁殖，不断富集的硝化菌完成了氨氮的硝化过程。至于上清液中氨氮低于出水氨氮的情况，经分析认为可能有以下两个原因：（1）由于布表面的沉积层不稳定，布表面孔径较大甚至某些地方出现“漏洞”。（2）在抽吸出水的过程中，附着在布上的微生物由于得不到营养进行内源代谢，部分分解成氨氮进入出水。具体原因有待进一步分析研究。
2.4 浊度和 SS 的去除效果
运行期间系统出水浊度变化。上清液、0.031mm、0.019mm、0.015 mm 尼龙纺织布出水平均浊度分别为7.98、2.62、1.99、2.23 NTU。3种尼龙纺织布的出水均透明、无色、无味，用中速定量滤纸对出水进行过滤，均未检测到SS。在运行前期，0.031 mm尼龙纺织布的出水偶有悬浮物，这可能是因为有部分粒径小于25 μm的悬浮物进入出水中。但是，随着运行时间的延长，尼龙纺织布表面形成了滤饼层，强化了过滤组件对颗粒物质的截留作用，出水浊度有所下降并保持稳定。在污泥膨胀阶段，SV 30高达98%，污泥的沉降效果极差，但是尼龙纺织布的出水浊度并未受其影响。从以上结果可以看出，选择尼龙纺织布替代 MBR 中的膜组件是可行的。
2.5 尼龙纺织布污染及清洗
2.5.1 短期运行通量分析
在20 ℃，抽吸压力为0.09 MPa的操作条件下，测定布的泥水混合物通量，考察3种布的通量衰减。所有的布在15 min 内通量陡减，到100～150min 后趋于相同，并且通量保持在74～100 L/（m2 ·h）之间。由此可知，布的通量主要由滤饼层所形成的孔径决定，并不是由布的孔径决定。
2.5.2 长期运行通量分析及清洗
连续运行30d尼龙纺织布的通量变化。由于3种布表面都形成了密实的沉积层，故都发生了明显的通量衰减。在运行的第6、12、16、18、20、22、24、26 天进行了水力清洗，用自来水自然水压（压力约 0.03 MPa）对污染后尼龙布表面进行冲洗约2 min，沉积层被完全清洗下来，尼龙布表面只有少量污染物，布通量的恢复率达到90%左右，这说明布内部也被污染，部分污染物进入尼龙布经纬丝之间的缝隙中。等在研究 PES 膜在 MBR中的膜污染问题时，在操作温度 24 ℃，操作压力0.20 MPa 条件下，运行28 h后 PES 膜的泥水混合物通量为25.64 L/（m 2 ·h），显然3种尼龙纺织布的通量都明显比传统膜通量高。
参考文献：
[1] 吴志超，田陆梅，王旭，等.动态膜 - 生物反应器处理城市污水的运行特性研究[J].环境污染与防治，2008，30（5）：47-50.
论文作者:华林林,徐朋,董凤
论文发表刊物:《建筑模拟》2019年第35期
论文发表时间:2019/12/18
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