在建設(shè)美麗鄉(xiāng)村的需求背景下，農(nóng)村污水治理的市場發(fā)展空間巨大。膜生物反應(yīng)器技術(shù)具有產(chǎn)水水質(zhì)標準高、土建占地面積小、污染物降解效率高、剩余污泥量較少、模塊化設(shè)計集成度高、自動化程度高等優(yōu)點，使得其農(nóng)村污水處理中得到了廣泛的應(yīng)用。MBR膜產(chǎn)品的穩(wěn)定通量、抗污染性能、使用壽命、保存方式等因素是MBR工藝在農(nóng)村污水應(yīng)用的關(guān)鍵，而且在一定程度上也限制了MBR工藝在農(nóng)村污水中大范圍推廣應(yīng)用。目前，在農(nóng)村污水MBR工藝中應(yīng)用的膜材料包括PVDF、PES、PVC等，普遍存在的問題包括無法脫水保存、使用壽命短、通量衰減率高、清洗恢復不徹底、離線清洗復雜等。一體化SP-MBR反應(yīng)器是一種適應(yīng)于農(nóng)村污水處理的集成裝備，它核心膜材料采用進口PTFE中空纖維膜作為MBR的分離膜，其材料具有通量大、使用壽命長、可脫水保存、污染恢復徹底等特點，本試驗研究該工藝對農(nóng)村污水的水質(zhì)去除效果，論證PTFE膜產(chǎn)品的通量穩(wěn)定性，為該工藝的廣泛推廣提供理論依據(jù)。
1、試驗方法
1.1 水源水質(zhì)
一體化試驗設(shè)備的進水為云南某污水廠沉砂池出水，COD范圍150~350mg/L，BOD5/COD范圍0.4~0.6，NH+4-N濃度范圍為30~40mg/L，TP濃度范圍為3~5mg/L，一體化反應(yīng)器的接種污泥采用該污水處理廠好氧池回流污泥，馴化20天后開始連續(xù)運行。
1.2 試驗設(shè)備
試驗設(shè)備采用一體化的集裝箱式試驗裝置，設(shè)計處理水量50噸/天，采用的是SP-MBR工藝，缺氧池、好氧池、膜池和設(shè)備操作間集中標準的20寸集裝箱中，內(nèi)部采用鋼板隔開，裝置流程簡圖如圖1所示。
1.3 PTFE膜組件
一體化式SP-MBR中的膜組件采用日本住友的浸沒式PTFE膜組件，膜組件的性能參數(shù)見表1。
1.4水質(zhì)檢測方法
一體化SP-MBR反應(yīng)器的進水、膜池混合液和膜系統(tǒng)的出水的COD、TP、NH+4-N均采用標準方法測試。
膜系統(tǒng)運行過程中的瞬時通量(Flux)通過電磁流量計的讀數(shù)與膜面積換算得出。
膜系統(tǒng)運行過程中的跨膜壓力(TMP)通過負壓傳感器與液位計的讀數(shù)計算得出。
2、研究內(nèi)容
2.1 SP-MBR工藝對污染物的去除率
一體式SP-MBR反應(yīng)器COD污染物的去除效果如圖2所示。
從圖2可以看出，即使進水COD在150~350mg/L之間波動，SP-MBR反應(yīng)器的出水水質(zhì)相當穩(wěn)定，COD平均去除率達到92%，MBR膜出水COD在10~35mg/L范圍，基本達到《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標準》GB18918-2002一級A排放標準。
從圖3可以看出，試驗運行初始階段，出現(xiàn)過NH+4-N出水不穩(wěn)定，之后即使反應(yīng)器的進水NH+4-N有明顯變化，但SPMBR反應(yīng)器對NH+4-N的去除率均在95%以上，出水NH+4-N濃度基本穩(wěn)定在1.50mg/L以下，充分說明膜分離濃縮了生長周期較長的硝化菌，所以保持了極好的硝化效果。
從圖4可以看出，SP-MBR反應(yīng)器對T-P的去除效果比較穩(wěn)定，去除率在90%左右波動，主要因為在反應(yīng)器的進水口投加了0.25mol/T聚合硫酸鐵輔助化學除磷，所有在進水TP質(zhì)量濃度為2.5~4.5mg/L時，出水T-P濃度達到0.5mg/L以下，SP-MBR反應(yīng)器僅靠生化作用出水總磷達遠遠達不到0.5mg/L的高排放標準，根據(jù)出水實際的用途及需求，可以適當投加化學藥劑保證穩(wěn)定的總磷去除效果。
2.2 PTFE膜運行情況
2.2.1 運行工況
參考膜廠家提供的基本膜性能參數(shù)，設(shè)計一體化SP-MBR反應(yīng)器運行通量25L/(m2?h)，恒流量運行，其他運行參數(shù)如表2所示。
2.2.2 運行情況
一體式SP-MBR反應(yīng)器自2017年10月10日正式連續(xù)運行，到2018年1月20日連續(xù)運行100天時間內(nèi)，膜系統(tǒng)運行最高跨膜壓差接近-50kPa，在膜系統(tǒng)運行第100天執(zhí)行在線恢復性化學清洗。
整個測試周期歷時120天，期間的PTFE膜組件運行性能情況見圖5。
采用NaClO和NaOH混合藥液進行清洗，浸泡水溫20℃，靜置時長6h，TMP由清洗前的-60kPa恢復至-8kPa，基本恢復到了新膜投入運行初期的TMP值。在堿性環(huán)境下，NaClO的氧化性更突出，可以更好的清除膜表面的微生物污染物，所以NaClO和NaOH混合清洗效果更佳。
市面上常見的MBR膜產(chǎn)品一般是PVDF材質(zhì)，這種材質(zhì)的MBR膜不耐強堿，故常規(guī)PVDF膜不能采用強堿性條件進行清洗，而PTFE材質(zhì)MBR膜的耐堿性能超強，耐受的pH范圍在0~14，所以在化學清洗過程中可以采用強堿清洗有機污染物，達到很好的清洗效果。
3、結(jié)論
(1)通過在農(nóng)村污水中的試驗，分析一體化SP-MBR反應(yīng)器對COD、NH+4-N、TP等關(guān)鍵指標平均去除率分別可以達到92%、96%、91%，可見對水質(zhì)污染物的去除效果較好。
(2)試驗結(jié)果證明，PTFE膜組件在一體化SP-MBR反應(yīng)器中，實際的運行瞬時通量可穩(wěn)定達到25L/(m2?h)，而且能夠保證在線的恢復性清洗周期不低于3個月。
(3)農(nóng)村污水中膜污染類型主要為微生物有機物污染，本試驗中通過500mg/LNaClO和0.5%NaOH混合進行在線恢復性化學清洗時，基本可以確保膜性能100%恢復。( >
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