洗浴污水大多產(chǎn)生于公共浴室、賓館等地，一般水量大而有機物含量低，是污水資源化的重要水源，經(jīng)適當處理后可回用于綠化、沖洗廁所等。
1 試驗裝置與方法
1.1工藝流程
一體式中空纖維膜—生物反應器的中試裝置設在清華大學(xué)東北浴室附近，用于處理學(xué)生浴室的洗浴污水，其工藝流程如圖1所示。整個(gè)裝置主要由生物反應池和膜組件兩部分組成。生物反應池尺寸為0.9 m×0.93 m×2 m，有效容積為1.5 m3，內部被隔板分為升流區和降 流區兩部分。聚乙烯中空纖維微濾膜組件共有8塊，膜總面積32m2，分兩層置于反應池升 流區。膜組件下設有穿孔管，曝氣量控制在35～50 m3/h。壓差計用于監測在運行過(guò)程 中膜過(guò)濾壓差的變化。液位控制器用于控制生物反應池液面使之恒定。電子流量計用于測定膜出水的瞬時(shí)流量和累計流量。
一體式中空纖維膜—生物反應器的中試裝置設在清華大學(xué)東北浴室附近，用于處理學(xué)生浴室的洗浴污水，其工藝流程如圖1所示。整個(gè)裝置主要由生物反應池和膜組件兩部分組成。生物反應池尺寸為0.9 m×0.93 m×2 m，有效容積為1.5 m3，內部被隔板分為升流區和降 流區兩部分。聚乙烯中空纖維微濾膜組件共有8塊，膜總面積32m2，分兩層置于反應池升 流區。膜組件下設有穿孔管，曝氣量控制在35～50 m3/h。壓差計用于監測在運行過(guò)程 中膜過(guò)濾壓差的變化。液位控制器用于控制生物反應池液面使之恒定。電子流量計用于測定膜出水的瞬時(shí)流量和累計流量。
洗浴污水經(jīng)0.9 mm的不銹鋼篩網(wǎng)過(guò)濾后進(jìn)入高位水箱，再流入生物反應池，有機物被活性污泥中的微生物分解，混合液在出水泵的抽吸作用下經(jīng)膜過(guò)濾后形成處理出水。出水泵采用間歇方式運行，即開(kāi)13min，停4 min。整個(gè)系統的設計處理能力為10 m3 /d，水力停留時(shí)間(HRT)為3.15 h，試驗過(guò)程沒(méi)有人為排泥。
1.2試驗用水水質(zhì)
試驗污水水質(zhì)如表1所示。
1.2試驗用水水質(zhì)
試驗污水水質(zhì)如表1所示。
| 溫度(℃) | 濁度(NTU) | pH | 嗅 | NH3-N(mg/L) | NO2--N( mg/L) |
| 20～25 | 146～185 | 5.8～6.3 | 芳香 | 0.59～1.01 | 0.02～0. 08 |
| NO3--N(mg/L) | COD( mg/L) | TOC(mg/L) | SS(mg/L) | BOD5(mg/L) | LAS(mg/L) |
| 0.03～0.07 | 130～322 | 68～126 | 15～50 | 99～212 | 3.5～8.9 |
1.3測試項目與方法
測試項目包括各種常規水質(zhì)指標，均采用國家環(huán)保局《水和廢水監測分析方法》中的標準方法進(jìn)行監測。
2 試驗結果與分析
2.1污染物去除效果
圖2為原水、生物反應池上清液和膜過(guò)濾出水的COD變化情況以及系統各部分對COD 的去除效果。
圖2為原水、生物反應池上清液和膜過(guò)濾出水的COD變化情況以及系統各部分對COD 的去除效果。
從圖2可以看出，整個(gè)系統對COD的去除率為78.5%～100%，出水COD濃度穩定在40 m g/L以下�；钚晕勰鄬OD的去除起到了主要作用，在進(jìn)水COD為130～322mg/L的情 況下，生物反應池上清液的COD濃度一般都低于100 mg/L，但其處理性能不夠穩定，C OD去除率在42%～85%之間波動(dòng)。膜對系統的穩定出水起到了重要作用，彌補了生物反應池處理性能的不穩定，提高了系統整體的抗沖擊負荷能力，使COD去除效率保持在較高水平。
圖3為原水、生物反應池上清液和膜過(guò)濾出水的陰離子洗滌劑(LAS)濃度變化及系統各部 分對LAS的去除效果。
由圖3可見(jiàn)，生物反應池上清液和膜過(guò)濾出水中LAS濃度基本相等，盡管進(jìn)水LAS濃 度很高，在3.46～8.90 mg/L之間變化，但系統出水始終＜0.2 mg/L。整個(gè)系統和 生物反應池部分對LAS的去除率均在98%以上。
以上結果說(shuō)明LAS的去除主要靠生物反應池中微生物的分解作用，膜對LAS的截留作用很小。
2.2系統出水水質(zhì)
表2匯總了系統穩定運行后的膜出水水質(zhì)與建設部頒布的生活雜用水回用標準(CJ25.1—19 89)的主要項目比較。大腸菌群在運行前期未檢出，故在運行后期沒(méi)有繼續檢測，但發(fā)現膜內表面滋生有微生物，可能對出水會(huì )造成一定影響。其余各項出水水質(zhì)指標均滿(mǎn)足雜用水回 用標準，也就是說(shuō)，膜出水只需經(jīng)簡(jiǎn)單消毒處理就可以安全回用于沖廁、綠化、掃除、洗車(chē)等場(chǎng)合。
以上結果說(shuō)明LAS的去除主要靠生物反應池中微生物的分解作用，膜對LAS的截留作用很小。
2.2系統出水水質(zhì)
表2匯總了系統穩定運行后的膜出水水質(zhì)與建設部頒布的生活雜用水回用標準(CJ25.1—19 89)的主要項目比較。大腸菌群在運行前期未檢出，故在運行后期沒(méi)有繼續檢測，但發(fā)現膜內表面滋生有微生物，可能對出水會(huì )造成一定影響。其余各項出水水質(zhì)指標均滿(mǎn)足雜用水回 用標準，也就是說(shuō)，膜出水只需經(jīng)簡(jiǎn)單消毒處理就可以安全回用于沖廁、綠化、掃除、洗車(chē)等場(chǎng)合。
| 項目 | SS(mg/L) | NH3-N (以N計，mg/L ) |
COD (mg/L) |
BOD5 (mg/L) |
LAS(mg/L) |
| 本系統出水沖廁、 綠化掃除、洗車(chē) |
— ≤10 ≤5 |
0. 22～0.42 ≤20 ≤10 |
＜40 ≤50 ≤50 |
＜5 ≤10 ≤10 |
＜0.2 ≤1.0 ≤0.5 |
| 項目 | 色度(倍) | 濁度(NTU) | pH | 嗅大 | 腸菌群(個(gè)/L) |
| 本系統出水沖廁、 綠化掃除、洗車(chē) |
＜3 ≤30 ≤30 |
＜1 ≤10 ≤5 |
6.5 6.5～9.0 6.5～9.0 |
無(wú)異常 無(wú)不快感 無(wú)不快感 |
運行前期未檢出 ≤3 ≤3 |
2.3容積負荷與污泥負荷
膜—生物反應器中膜的高效截留作用使微生物全部截留于生物反應池中，不僅維持了較高的 污泥濃度和容積負荷，而且可以增強反應池的抗沖擊負荷能力。在試驗過(guò)程中，容積負荷和污泥負荷與傳統活性污泥工藝相比波動(dòng)較大［容積負荷波動(dòng)于0.50～1.85 kgCOD/(m3· d)，污泥負荷波動(dòng)于0.33～2.02 kgCOD/(kgVSS·d)］，但這種波動(dòng)沒(méi)有對COD和 LAS的去除效果產(chǎn)生影響，充分顯示了膜—生物反應器的抗沖擊負荷能力。此外，試驗 達到的最大容積負荷UV為1.85 kgCOD/(m3·d)，相當于活性污泥法的2～3倍。
2.4膜通量和膜過(guò)濾壓差的變化
為減緩啟動(dòng)階段的膜污染，須分階段由小到大控制膜通量。首先將膜通量控制在6.25 L/( m2·h)運行一段時(shí)間，然后逐步增大至9.4L/(m2·h)、13.125 L/(m2·h) ，最后穩定于13.75 L/(m2·h)不變。運行125 d后，由于膜過(guò)濾壓差較高而重新將膜通量降低至11 L/(m2·h)左右。
試驗運行前期膜過(guò)濾壓差增長(cháng)迅速，經(jīng)分析可能是由于污泥沉積在膜表面所致，因此分別在運行至第34、60、90和100 d時(shí)停止進(jìn)、出水，只維持曝氣，企圖去除膜面污泥層，對膜的過(guò)濾性能進(jìn)行恢復。從膜過(guò)濾壓差的變化情況來(lái)看，第34 d和60 d的恢復效果較好，但第90 d以后的恢復效果不太好，尤其是第100 d，幾乎無(wú)恢復效果。運行至21 6 d，膜過(guò)濾壓差上升到了60kPa，運行停止。
2.5膜污染分析
為了解造成膜污染的原因，運行第208 d時(shí)剪下一段膜絲進(jìn)行電鏡觀(guān)察(見(jiàn)圖4)�？梢钥闯�， 膜外表面污泥沉積情況很不均勻(圖4a)。在膜絲內部負壓和膜面紊流形成的剪切力等雙重作用下，有些污泥在膜外表面的局部沉積下來(lái)，這些沉積污泥由絲狀真菌、放線(xiàn)菌、球菌和桿菌組成。絲狀真菌表面輪廊清晰，產(chǎn)生的分泌物較少，而其余菌種周?chē)加泻窈竦囊粚臃置谖�。這些分泌物不僅對凝結菌膠團起到了重要作用(圖4b)，還附著(zhù)于膜表面或進(jìn)入膜的孔道成為膜表面凝膠層的重要組成物質(zhì)(圖4c)。另一方面凝膠層對膜外表面的污染相當普遍，整體來(lái)看形成得相對均勻，但從小范圍來(lái)看厚度差異較大，變化于0～5μm之間(圖4c)。
膜內表面微生物的滋生也是膜污染的一個(gè)重要原因(圖4 d)。在膜的內表面均勻生長(cháng)了一層以絲狀真菌為骨架、球菌和桿菌相附著(zhù)的薄薄的微生物層，這些微生物也分泌出一些代謝產(chǎn)物，但比膜外表面少得多。膜內表面污染主要以微生物層為主。
膜—生物反應器中膜的高效截留作用使微生物全部截留于生物反應池中，不僅維持了較高的 污泥濃度和容積負荷，而且可以增強反應池的抗沖擊負荷能力。在試驗過(guò)程中，容積負荷和污泥負荷與傳統活性污泥工藝相比波動(dòng)較大［容積負荷波動(dòng)于0.50～1.85 kgCOD/(m3· d)，污泥負荷波動(dòng)于0.33～2.02 kgCOD/(kgVSS·d)］，但這種波動(dòng)沒(méi)有對COD和 LAS的去除效果產(chǎn)生影響，充分顯示了膜—生物反應器的抗沖擊負荷能力。此外，試驗 達到的最大容積負荷UV為1.85 kgCOD/(m3·d)，相當于活性污泥法的2～3倍。
2.4膜通量和膜過(guò)濾壓差的變化
為減緩啟動(dòng)階段的膜污染，須分階段由小到大控制膜通量。首先將膜通量控制在6.25 L/( m2·h)運行一段時(shí)間，然后逐步增大至9.4L/(m2·h)、13.125 L/(m2·h) ，最后穩定于13.75 L/(m2·h)不變。運行125 d后，由于膜過(guò)濾壓差較高而重新將膜通量降低至11 L/(m2·h)左右。
試驗運行前期膜過(guò)濾壓差增長(cháng)迅速，經(jīng)分析可能是由于污泥沉積在膜表面所致，因此分別在運行至第34、60、90和100 d時(shí)停止進(jìn)、出水，只維持曝氣，企圖去除膜面污泥層，對膜的過(guò)濾性能進(jìn)行恢復。從膜過(guò)濾壓差的變化情況來(lái)看，第34 d和60 d的恢復效果較好，但第90 d以后的恢復效果不太好，尤其是第100 d，幾乎無(wú)恢復效果。運行至21 6 d，膜過(guò)濾壓差上升到了60kPa，運行停止。
2.5膜污染分析
為了解造成膜污染的原因，運行第208 d時(shí)剪下一段膜絲進(jìn)行電鏡觀(guān)察(見(jiàn)圖4)�？梢钥闯�， 膜外表面污泥沉積情況很不均勻(圖4a)。在膜絲內部負壓和膜面紊流形成的剪切力等雙重作用下，有些污泥在膜外表面的局部沉積下來(lái)，這些沉積污泥由絲狀真菌、放線(xiàn)菌、球菌和桿菌組成。絲狀真菌表面輪廊清晰，產(chǎn)生的分泌物較少，而其余菌種周?chē)加泻窈竦囊粚臃置谖�。這些分泌物不僅對凝結菌膠團起到了重要作用(圖4b)，還附著(zhù)于膜表面或進(jìn)入膜的孔道成為膜表面凝膠層的重要組成物質(zhì)(圖4c)。另一方面凝膠層對膜外表面的污染相當普遍，整體來(lái)看形成得相對均勻，但從小范圍來(lái)看厚度差異較大，變化于0～5μm之間(圖4c)。
膜內表面微生物的滋生也是膜污染的一個(gè)重要原因(圖4 d)。在膜的內表面均勻生長(cháng)了一層以絲狀真菌為骨架、球菌和桿菌相附著(zhù)的薄薄的微生物層，這些微生物也分泌出一些代謝產(chǎn)物，但比膜外表面少得多。膜內表面污染主要以微生物層為主。
3 結論
�、僖惑w式膜—生物反應器工藝用于處理并回用洗浴污水在技術(shù)上是可行的。試驗表明，無(wú)論進(jìn)水水質(zhì)如何變化，均能得到優(yōu)質(zhì)而穩定的膜過(guò)濾出水：COD＜40mg/L、NH3-N＜ 0.5 mg/L、LAS＜0.2 mg/L，且無(wú)色無(wú)味、無(wú)SS，符合建設部頒布的生活雜用水回用標準。
�、谠谀ぁ锓磻髦谢钚晕勰鄬OD和LAS的去除起主要作用，而膜分離對維持穩定的系統出水起到了重要作用。
�、勰ぁ锓磻鞯� 試驗容積負荷UV為0.50～1.85 k gCOD/(m3·d)，污泥負 荷Ua為0.33～2.02 kgCOD/(kgVSS·d)，二者隨進(jìn)水水質(zhì)波動(dòng)較大，但由于膜—生物 反應器抗沖擊負荷能力較強，這一波動(dòng)沒(méi)有影響系統出水水質(zhì)。
�、芟到y在沒(méi)有對膜進(jìn)行任何化學(xué)清洗的條件下連續運行了216 d。
�、蓦婄R觀(guān)察表明，膜外表面污泥層的沉積、凝膠層的增厚和膜內表面微生物的滋生是造成 膜污染的主要原因。
