一體式膜—生物反應器處理醫院污水

　　一體式膜—生物反應器處理醫院污水的工程裝置設在北京海淀鄉衛生院內，設備的內部構造見(jiàn)圖1，設計處理能力為20m³/d。 

　　整個(gè)裝置主要由生物反應池和膜組件組成。生物反應池采用好氧完全混合式活性污泥反應池，有效容積為6m³，設有隔板將其分為大小相等的兩個(gè)池子，內置聚乙烯中空纖維膜組件24塊，每塊膜組件的面積為4 m²，膜總面積為96m²。膜組件下設有穿孔管曝氣，曝氣量控制在80～90m³/h。中空纖維膜采用間歇運行，抽吸頻率為開(kāi)13 min，關(guān)2 min。壓差計用于監測膜過(guò)濾壓力的變化。液位計控制活性污泥反應器液面的恒定。流量計用于測定膜出水的流量。 

　　接種污泥取自北京高碑店污水處理廠(chǎng)二沉池回流污泥。污水先流入調節池，然后由泵提升經(jīng)細篩網(wǎng)過(guò)濾后進(jìn)入膜—生物反應器。在反應器中，污水中的有機物主要被微生物分解，混合液在泵的抽吸作用下，經(jīng)膜過(guò)濾后得到處理水。

表1　海淀鄉衛生院污水水質(zhì)CODCr(mg/L)BOD5(mg/L)氨氮(mg/L)濁度(NTU)溫度(℃)pH細菌總數(個(gè)/mL)大腸桿菌群落(個(gè)/100mL)48～277.520～5510.1～23.76.1～27.914～206.2～7.19.9×103＞1 600

2.1　去除污染物效果 

2.1.1��1COD的去除 

　　圖2顯示了膜—生物反應器進(jìn)水、生物反應器上清液和膜出水中COD濃度的變化情況。

　　從圖2可以看出： 

　　①生物反應器中的活性污泥對COD的去除起到了主要作用，在進(jìn)水COD變化較大的情況下，生物反應器內活性污泥的效能仍發(fā)揮得很好，例如開(kāi)始運行的第5 d和第18 d，由于醫院進(jìn)行體檢，導致進(jìn)水COD濃度突然上升到200～300 mg/L，但經(jīng)過(guò)生物反應器中微生物的降解后，其上清液的COD濃度仍可維持在100 mg/L以下；　　

　　②膜對系統的穩定出 

　　水起到了決定性作用，例如系統進(jìn)水水質(zhì)變化大(COD濃度從48 mg/L變化到277.5 mg/L)，上清液COD濃度也隨之有較大的變化，運行20 d以后，由于進(jìn)水中COD濃度偏低(在150 mg/L以下波動(dòng))，生物反應器中微生物生長(cháng)緩慢，其處理性能不夠穩定，去除率在20%～80%之間大幅度波動(dòng)，但膜分離彌補了生物反應器處理性能的不穩定，膜出水水質(zhì)始終變化不大，出水COD濃度穩定在25 mg/L以下，為實(shí)現穩定、良好的出水水質(zhì)提供了有力保證。 

2.1.2　氨氮的去除 

　　膜—生物反應器投入運行后，系統對氨氮具有良好的去除效果。 

　　①當進(jìn)水氨氮在10～25 mg/L之間波動(dòng)(平均值為17.74 mg/L)時(shí)，生物反應器上清液和膜出水中的氨氮除個(gè)別值接近5 mg/L外，大多數均在2 mg/L以下(平均值＜1.5 mg/L)，系統對氨氮的平均去除率可達93%。 

　　②在整個(gè)運行過(guò)程中，生物反應器上清液和膜出水中氨氮含量基本相等，說(shuō)明氨氮的去除主要靠生物反應器中微生物的降解作用，膜對小分子的氨氮基本沒(méi)有截留作用。 

　　③由于接種的高碑店污水處理廠(chǎng)二沉池污泥中的亞硝化細菌和硝化細菌經(jīng)過(guò)了一定時(shí)間的增殖和積累，且數量較多，故當污泥剛剛接種到反應器中，就有足量的亞硝化細菌和硝化細菌使氨氮發(fā)生充分的硝化反應，即在系統初始運行時(shí)期對氨氮就已具有很高的去除率(達到90%以上)。 

　　膜—生物反應器投入運行后的進(jìn)水、上清液和出水的氨氮濃度變化情況見(jiàn)圖3。

2.1.3　濁度的去除 

　　圖4為膜—生物反應器投入運行以后，進(jìn)水和膜出水濁度隨時(shí)間的變化情況。

　　整個(gè)運行過(guò)程中的進(jìn)水濁度較高，在5～30 NTU之間波動(dòng)。在剛開(kāi)始運行的幾天里，由于膜表面的凝膠層尚未很好地形成，對一些膠體物質(zhì)未能起到很好的截留作用，膜出水濁度隨著(zhù)進(jìn)水濁度的變化有較大幅度的波動(dòng)。而隨著(zhù)運行時(shí)間的延長(cháng)，膜出水濁度開(kāi)始變得平穩，表明部分多糖、蛋白質(zhì)等大分子溶解性有機物由于濃差極化而慢慢吸附在膜的表面形成凝膠層，該凝膠層使得膜的實(shí)際過(guò)濾孔徑變小，增強了膜對微小膠體物質(zhì)的截留作用。從圖4中可見(jiàn)，盡管在啟動(dòng)后期進(jìn)水濁度波動(dòng)仍然很大，但膜出水濁度比較穩定，始終保持在3 NTU以下。凝膠層的形成對出水水質(zhì)起到了強化作用。 

2.1.4　細菌、病毒的去除 

　　來(lái)海淀鄉衛生院就診的大都是心腦血管和感冒、發(fā)燒等常見(jiàn)病患者，由于這種特殊性，對其污水進(jìn)行檢測時(shí)未發(fā)現有特種病毒，對大腸菌群的檢驗結果見(jiàn)表2。

表2　對大腸菌群的檢測結果樣品大腸菌群(個(gè)/100mL)進(jìn)水＞1600上清液＞1600膜出水23

　　從表2中可以看出，生物反應器內微生物對大腸菌群不具有去除能力，膜對大腸菌群的去除則起到了決定性的作用。上清液和進(jìn)水中含有相同的大腸菌群數，但微濾膜孔徑小，可將大分子大腸菌群截留于生物反應池中。整個(gè)系統對大腸菌群的去除率高達98%以上，這進(jìn)一步說(shuō)明了膜生物反應器可以彌補傳統活性污泥法的不足，保證出水水質(zhì)穩定、安全。另外，此次還檢測了膜對細菌的去除效果，但效果不是很明顯，主要是因為取樣口暴露在空氣中，無(wú)法進(jìn)行無(wú)菌操作，膜出水已被空氣中細菌所污染，不能檢測到膜對細菌的真正去除效果。 

2.1.5　系統的出水水質(zhì) 

　　表3為系統在達到滿(mǎn)負荷運行后的膜出水水質(zhì)。 

表3　　系統的出水水質(zhì)項目CODCr(mg/L)BOD5(mg/L)氨氮(mg/L)濁度(NTU)溫度(℃)pH嗅大腸桿菌(個(gè)/100mL)膜出水＜25＜0.4＜1.5＜416～186.2～7.1無(wú)23醫院污水排放標準(GBJ48—83)≤150≤100≤25　＜556～9　＜50

2.2　微生物特性 

　　整個(gè)運行過(guò)程中生物反應池內污泥的增殖情況如圖5所示。

　　由圖5可知，運行前30 d(即整個(gè)啟動(dòng)階段)，污泥濃度波動(dòng)較大，沒(méi)有明顯的增長(cháng)趨勢，這主要是由于進(jìn)水中COD濃度較低(平均為87.84 mg/L)，導致污泥生長(cháng)緩慢。但考慮到在此污泥濃度條件下，生物反應器系統已具有比較良好的處理效果，因此沒(méi)有采取刺激污泥生長(cháng)的措施。在運行階段，污泥波動(dòng)相對較小，加之運行6個(gè)月來(lái)反應器沒(méi)有進(jìn)行過(guò)人為排泥，微生物濃度呈現出明顯的增長(cháng)趨勢。 

　　生物反應器中污泥的VSS/SS比值在此期間基本無(wú)變化，除個(gè)別點(diǎn)外，大部分在0.6～0.8之間，說(shuō)明到目前為止生物反應器中尚未出現無(wú)機物的積累。 

2.3　污泥生物相觀(guān)察 

　　在生物反應器運行過(guò)程的各個(gè)階段，分別對反應池中污泥混合液進(jìn)行了鏡檢，發(fā)現啟動(dòng)和穩定運行期間污泥生物相有著(zhù)較大的差別。剛開(kāi)始啟動(dòng)階段，生物相不豐富，其中原生動(dòng)物很少，且不很活潑；菌膠團比較松散，沒(méi)有形成特定的形狀，大量的絲狀菌穿插在菌膠團中。而在穩定運行期，污泥混合液在顯微鏡下出現較多行動(dòng)活潑的原、后生動(dòng)物，如鐘蟲(chóng)、等枝蟲(chóng)等，菌膠團結合緊密，已有一些特定的形狀。 

　　此外，根據小試和中試的結果，由于調試時(shí)采用了先對污泥充分馴化后再分階段啟動(dòng)膜系統的啟動(dòng)方式，故到目前為止，該系統已經(jīng)穩定運行6個(gè)多月，期間膜過(guò)濾壓力上升緩慢，未對膜進(jìn)行過(guò)任何形式的清洗，可見(jiàn)做好膜系統的啟動(dòng)工作可以減緩膜的污染與堵塞，使膜在較長(cháng)時(shí)間內穩定高效地工作，同時(shí)也說(shuō)明膜生物反應器操作簡(jiǎn)單、方便，易于管理。

　　①一體式膜—生物反應器用于處理醫院污水在技術(shù)上是可行的，對醫院污水中COD、NH₃-N、濁度的平均去除率分別可達80%、93%、83%，其出水水質(zhì)良好、穩定(其中COD＜25 mg/L、NH₃-N＜1.5 mg/L、濁度＜4 NTU)且無(wú)色無(wú)嗅，大腸菌群＜23 個(gè)/100mL，符合我國醫院污水排放標準。 

　　②在膜—生物反應器中，活性污泥對COD的去除起主要作用，但在啟動(dòng)階段由于污泥 
　　性能還不夠成熟，生物反應器對COD的去除率波動(dòng)較大，而膜分離則彌補了生物反應 
　　器處理性能的不穩定性，有力地保證了出水水質(zhì)的穩定、良好。 

　　③由于接種污泥中硝化細菌含量較多，系統在啟動(dòng)初期就對NH₃-N具有很高的去除效率，氨氮的去除主要依靠生物反應器的作用。 

　　④在整個(gè)運行期間內，膜過(guò)濾阻力增加緩慢，說(shuō)明膜生物反應器易于管理，操作方便。