一体式SP-MBR反应器处理农村污水

　　在建设美丽乡村的需求背景下，农村污水治理的市场发展空间巨大。膜生物反应器技术具有产水水质标准高、土建占地面积小、污染物降解效率高、剩余污泥量较少、模块化设计集成度高、自动化程度高等优点，使得其农村污水处理中得到了广泛的应用。MBR膜产品的稳定通量、抗污染性能、使用寿命、保存方式等因素是MBR工艺在农村污水应用的关键，而且在一定程度上也限制了MBR工艺在农村污水中大范围推广应用。目前，在农村污水MBR工艺中应用的膜材料包括PVDF、PES、PVC等，普遍存在的问题包括无法脱水保存、使用寿命短、通量衰减率高、清洗恢复不彻底、离线清洗复杂等。一体化SP-MBR反应器是一种适应于农村污水处理的集成装备，它核心膜材料采用进口PTFE中空纤维膜作为MBR的分离膜，其材料具有通量大、使用寿命长、可脱水保存、污染恢复彻底等特点，本试验研究该工艺对农村污水的水质去除效果，论证PTFE膜产品的通量稳定性，为该工艺的广泛推广提供理论依据。

　　1、试验方法

　　1.1 水源水质

　　一体化试验设备的进水为云南某污水厂沉砂池出水，COD范围150~350mg/L，BOD5/COD范围0.4~0.6，NH+4-N浓度范围为30~40mg/L，TP浓度范围为3~5mg/L，一体化反应器的接种污泥采用该污水处理厂好氧池回流污泥，驯化20天后开始连续运行。

　　1.2 试验设备

　　试验设备采用一体化的集装箱式试验装置，设计处理水量50吨/天，采用的是SP-MBR工艺，缺氧池、好氧池、膜池和设备操作间集中标准的20寸集装箱中，内部采用钢板隔开，装置流程简图如图1所示。

　　1.3 PTFE膜组件

　　一体化式SP-MBR中的膜组件采用日本住友的浸没式PTFE膜组件，膜组件的性能参数见表1。

　　1.4水质检测方法

　　一体化SP-MBR反应器的进水、膜池混合液和膜系统的出水的COD、TP、NH+4-N均采用标准方法测试。

　　膜系统运行过程中的瞬时通量(Flux)通过电磁流量计的读数与膜面积换算得出。

　　膜系统运行过程中的跨膜压力(TMP)通过负压传感器与液位计的读数计算得出。

　　2、研究内容

　　2.1 SP-MBR工艺对污染物的去除率

　　一体式SP-MBR反应器COD污染物的去除效果如图2所示。

　　从图2可以看出，即使进水COD在150~350mg/L之间波动，SP-MBR反应器的出水水质相当稳定，COD平均去除率达到92%，MBR膜出水COD在10~35mg/L范围，基本达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》GB18918-2002一级A排放标准。

　　从图3可以看出，试验运行初始阶段，出现过NH+4-N出水不稳定，之后即使反应器的进水NH+4-N有明显变化，但SPMBR反应器对NH+4-N的去除率均在95%以上，出水NH+4-N浓度基本稳定在1.50mg/L以下，充分说明膜分离浓缩了生长周期较长的硝化菌，所以保持了极好的硝化效果。

　　从图4可以看出，SP-MBR反应器对T-P的去除效果比较稳定，去除率在90%左右波动，主要因为在反应器的进水口投加了0.25mol/T聚合硫酸铁辅助化学除磷，所有在进水TP质量浓度为2.5~4.5mg/L时，出水T-P浓度达到0.5mg/L以下，SP-MBR反应器仅靠生化作用出水总磷达远远达不到0.5mg/L的高排放标准，根据出水实际的用途及需求，可以适当投加化学药剂保证稳定的总磷去除效果。

　　2.2 PTFE膜运行情况

　　2.2.1 运行工况

　　参考膜厂家提供的基本膜性能参数，设计一体化SP-MBR反应器运行通量25L/(m2?h)，恒流量运行，其他运行参数如表2所示。

　　2.2.2 运行情况

　　一体式SP-MBR反应器自2017年10月10日正式连续运行，到2018年1月20日连续运行100天时间内，膜系统运行最高跨膜压差接近-50kPa，在膜系统运行第100天执行在线恢复性化学清洗。

　　整个测试周期历时120天，期间的PTFE膜组件运行性能情况见图5。

　　采用NaClO和NaOH混合药液进行清洗，浸泡水温20℃，静置时长6h，TMP由清洗前的-60kPa恢复至-8kPa，基本恢复到了新膜投入运行初期的TMP值。在碱性环境下，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。

　　市面上常见的MBR膜产品一般是PVDF材质，这种材质的MBR膜不耐强碱，故常规PVDF膜不能采用强碱性条件进行清洗，而PTFE材质MBR膜的耐碱性能超强，耐受的pH范围在0~14，所以在化学清洗过程中可以采用强碱清洗有机污染物，达到很好的清洗效果。

　　3、结论

　　(1)通过在农村污水中的试验，分析一体化SP-MBR反应器对COD、NH+4-N、TP等关键指标平均去除率分别可以达到92%、96%、91%，可见对水质污染物的去除效果较好。

　　(2)试验结果证明，PTFE膜组件在一体化SP-MBR反应器中，实际的运行瞬时通量可稳定达到25L/(m2?h)，而且能够保证在线的恢复性清洗周期不低于3个月。

　　(3)农村污水中膜污染类型主要为微生物有机物污染，本试验中通过500mg/LNaClO和0.5%NaOH混合进行在线恢复性化学清洗时，基本可以确保膜性能100%恢复。