程海峰，孟佳陽，方 芳，范小江，胡 昌，梅愛華，夏仁潔

（1.張家港市水務(wù)局，江蘇 蘇州 215600；2.深圳市華遠(yuǎn)環(huán)境科技有限公司，廣東 深圳 518055；3.張家港市給排水有限公司，江蘇 蘇州 215600）

前言

近十年來，得益于國家和各級(jí)地方政府的重視，我國水污染防治工作得到快速發(fā)展，城鎮(zhèn)污水處理設(shè)施建設(shè)與改造加快，水環(huán)境質(zhì)量和水生態(tài)明顯改善。我國的污水處理技術(shù)借鑒了大量的國外先進(jìn)經(jīng)驗(yàn)，并結(jié)合國內(nèi)的實(shí)際情況不斷改進(jìn)，形成了適合我國實(shí)際情況的污水處理工藝，呈現(xiàn)出百家爭鳴的情況[1]。

膜生物反應(yīng)器（MBR）工藝將膜分離技術(shù)與活性污泥法相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)水力停留時(shí)間（HRT）和污泥停留時(shí)間(SRT)的分別燮制，同時(shí)解決了傳統(tǒng)活性物理法存在的污泥膨脹、污泥濃度低等因素造成的出水水質(zhì)不達(dá)標(biāo)等問題，且具有出水水質(zhì)好、節(jié)省占地、運(yùn)行穩(wěn)定、自動(dòng)化程度高等優(yōu)點(diǎn)[2]，在污水處理及其提標(biāo)中得到廣泛應(yīng)用。目前MBR 工藝應(yīng)用中超濾膜以中空纖維膜為主，還有一小部分為有機(jī)平板膜。有機(jī)膜一般使用壽命5 年左右[3]，膜更換頻繁導(dǎo)致運(yùn)營成本升高。此外，有機(jī)膜耐污染性能一般，在線維護(hù)性化學(xué)清洗操作頻繁，一定程度上影響產(chǎn)水效率及膜使用壽命[4]。

與有機(jī)膜相比，平板陶瓷膜具有機(jī)械強(qiáng)度高、運(yùn)行通量高、耐污染、使用壽命長等優(yōu)點(diǎn)，開始在MBR工藝中得到應(yīng)用[5]，隨著國產(chǎn)化水平的進(jìn)一步提高和成本的降低，其在MBR 工藝中的應(yīng)用優(yōu)勢將更加明顯。

本研究采用國產(chǎn)平板陶瓷膜，研究其在市鎮(zhèn)污水處理中的處理效果、運(yùn)行穩(wěn)定性和經(jīng)濟(jì)成本，以期為納米平板陶瓷膜在市鎮(zhèn)污水處理中的大規(guī)模應(yīng)用提供技術(shù)支撐。

1 材料與方法

1.1 原水水質(zhì)

平板陶瓷膜生物反應(yīng)器中試試驗(yàn)規(guī)模為100 m3/d，試驗(yàn)時(shí)間長10 個(gè)月，從冬季12 月開始。中試設(shè)備進(jìn)水為張家港市某污水廠生化池進(jìn)水，具體試驗(yàn)進(jìn)水水質(zhì)指標(biāo)見表1。

表1 試驗(yàn)原水水質(zhì)

1.2 中試裝置與工藝流程

中試工藝流程如圖1 所示，該工藝系統(tǒng)主要由原水提升泵、兼氧池、缺氧池、膜池（好氧池）和清水池組成。污水廠沉砂池出水在原水提升泵的作用下進(jìn)入兼氧池，由生化池風(fēng)機(jī)向兼氧池供氣，通過兼氧池內(nèi)的在線DO 儀燮制風(fēng)機(jī)的頻率使兼氧池DO 濃度維持在0.6～1.0 mg/L。兼氧池出水進(jìn)入缺氧池，池內(nèi)布置有攪拌機(jī)維持污泥的流動(dòng)性。缺氧池出水進(jìn)入膜池，由膜擦洗風(fēng)機(jī)向膜組件曝氣，曝氣量為120 m3/h，膜池DO濃度基本保持在3 mg/L 以上。水在抽吸泵的作用下經(jīng)平板陶瓷膜過濾進(jìn)入清水池。在膜池內(nèi)還布置有回流泵，將膜池混合液回流至兼氧池，回流比為300%。整個(gè)系統(tǒng)由PLC 自動(dòng)燮制，根據(jù)液位和流量燮制水泵和閥門的啟停。兼氧池、缺氧池、膜池的水力停留時(shí)間分別為2.5 h、4.4 h 和3.1 h。

圖1 中試工藝流程和平板陶瓷膜圖片

試驗(yàn)采用的陶瓷膜為張家港市華遠(yuǎn)環(huán)境科技有限公司的產(chǎn)品，共分為3 個(gè)膜組件，每個(gè)組件含100片陶瓷膜，過濾面積50 m2，共計(jì)150 m2，膜片規(guī)格參數(shù)見表2 所示。

表2 平板陶瓷膜參數(shù)

1.3 分析項(xiàng)目與檢測方法

CODCr經(jīng)微波消解后采用HACH DR3900 快速測定儀檢測；氨氮采用納氏試劑比色法檢測，TN 采用堿性過硫酸鉀消解紫外分光光度法檢測，TP 采用鉬酸銨分光廣度法檢測，SS 采用重量法進(jìn)行檢測。DO、ORP、跨膜壓差、流量、液位等采用在線傳感器進(jìn)行檢測。

2 結(jié)果與討論

2.1 污染物去除率（COD氨氮、TN、TP、SS）

圖2 所示為平板陶瓷膜MBR 工藝對(duì)CODCr的去除效果?？梢钥闯觯囼?yàn)期間進(jìn)水CODCr濃度范圍為80～273mg/L，平均進(jìn)水濃度160.3 mg/L。中試設(shè)備出水CODCr的濃度低于20 mg/L，平均出水濃度12 mg/L，達(dá)到地表III 類水標(biāo)準(zhǔn)，出水水質(zhì)受進(jìn)水濃度波動(dòng)影響較小，耐沖擊燮荷能力強(qiáng)。從季節(jié)上看，冬季時(shí)中試設(shè)備對(duì)CODCr平均去除率（90.5%）略低于春節(jié)（93.2%）和夏季（94%），這可能是冬季水溫較低，微生物活性相對(duì)較低所致。

圖2 CODCr 的去除效果

陶瓷膜MBR 中試對(duì)氨氮的去除效果如圖3 所示，試驗(yàn)期間設(shè)備進(jìn)水氨氮濃度為11～53 mg/L，平均進(jìn)水濃度30.4 mg/L，陶瓷平板膜MBR 出水氨氮濃度穩(wěn)定低于1.0 mg/L，平均濃度為0.3 mg/L，去除率高于90%，出水水質(zhì)達(dá)到地表III 類水標(biāo)準(zhǔn)。

圖3 氨氮的去除效果

圖4 為平板陶瓷膜MBR 工藝對(duì)TN 的去除效果。從圖中可以看出，進(jìn)水TN 濃度為13～54 mg/L，平均進(jìn)水濃度31.8 mg/L，陶瓷膜MBR 出水TN 濃度低于10 mg/L，平均出水濃度6.6 mg/L。去除率方面，陶瓷膜CMBR 中試冬季對(duì)TN 平均去除率為68.6%，比春季（78.1%）和夏季（78.5%）低，這主要是由于冬季水溫低，反硝化細(xì)菌活性相對(duì)較低所致。

圖4 TN 的去除效果

由圖5 可知，平板陶瓷膜MBR 中試進(jìn)水TP 濃度為1.3～7 mg/L，平均進(jìn)水濃度3.5 mg/L，陶瓷膜MBR出水TP 濃度為0.1～1.3 mg/L，平均濃度0.42 mg/L。結(jié)合運(yùn)行期間可以看出，在污泥濃度上升階段MBR 出水TP 濃度基本低于0.3 mg/L，在污泥濃度維持穩(wěn)定階段出水TP 濃度達(dá)到1.0 mg/L 左右。單獨(dú)的生化除磷不能滿足出水要求，需增加化學(xué)除磷。

圖5 TP 的去除效果

2.2 運(yùn)行情況

陶瓷膜MBR 試驗(yàn)MLSS 的啟動(dòng)濃度為8 000 mg/L，第55 天濃度上升至15 014 mg/L，根據(jù)污泥增長速率制定排泥計(jì)劃，每天排泥0.3 m3，將MLSS 濃度燮制在15 000 mg/L 左右。

試驗(yàn)啟動(dòng)期，陶瓷膜MBR 膜通量由15LMH 提升至35LMH，跨膜壓差從-4.1 kPa 上升至-13.5 kPa，第32 天開始，將膜通量提高至40LMH，跨膜壓差穩(wěn)定在-14～-16 kPa，在線化學(xué)清洗周期維持30 d 以上。

3 結(jié)論

平板陶瓷膜MBR 對(duì)COD、氨氮、TN 的去除效果穩(wěn)定，出水COD 濃度低于20 mg/L，氨氮濃度低于1 mg/L，TN 濃度低于10 mg/L，出水水質(zhì)達(dá)到回用要求。受生物除磷效率的影響，MBR 出水TP 需要增加化學(xué)除磷才能達(dá)到0.3 mg/L 的排放要求。膜系統(tǒng)運(yùn)行通量可達(dá)40LMH，MLSS 濃度可達(dá)15 000 mg/L，系統(tǒng)污泥減量效果明顯。