丁杭軍，文湘華，黃霞，劉若鵬，劉銳
(清華大學(xué)環(huán)境模擬與污染控制國家重點(diǎn)聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室，北京100084)

　　摘　要：工程應(yīng)用的結(jié)果表明，一體式好氧中空纖維膜—生物反應(yīng)器用于處理醫(yī)院污水在技術(shù)上是可行的，其對(duì)醫(yī)院污水中的COD、氨氮、濁度的平均去除率分別可達(dá)80%、93%、83%，出水水質(zhì)良好、穩(wěn)定、無色無嗅，優(yōu)于國家建設(shè)部頒發(fā)的醫(yī)院污水排放標(biāo)準(zhǔn)。系統(tǒng)已穩(wěn)定運(yùn)行6個(gè)多月，膜阻力上升穩(wěn)定、緩慢，其間沒有對(duì)膜進(jìn)行過任何清洗。
　　關(guān)鍵詞：膜—生物反應(yīng)器；醫(yī)院污水；處理效果
　　中圖分類號(hào)：X505
　　文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A
　　文章編號(hào)：1000-4602(2001)09-0001-05

Application of the Integrative Membrane-bioreactor for Treatment of Hospital Wastewater
DING Hang-jun，WEN Xiang-hua，HUANG Xia，LIU Ruo-peng，LIU Rui
(State Key Joint Lab for Environmental Simulation and Pollution Control,Tsinghua University,Beijing 100084,China)

　　Abstract：The results of engineering application of integrative hollow fiber membrane-bioreactor for treatment of hospital wastewater show that the use of this process for treatment of hospital wastewater is technically feasible.The removal rate of 80%,93%,and 83% is achieved respectively for COD,NH3-N,and turbidity in hospital wastewater.The effluent is colorless and odorless with good and stable quality,and surpasses the hospital wastewater discharge standard issued by the ministry of construction.The system has run for more than 6 months without any chemical cleaning.The transmembrane pressure increases slowly and steadily.
　　Keywords：membrane-bioreactor;hospital wastewater;treatment efficiency

1　工程裝置與污水水質(zhì)

　　一體式膜—生物反應(yīng)器處理醫(yī)院污水的工程裝置設(shè)在北京海淀鄉(xiāng)衛(wèi)生院內(nèi)，設(shè)備的內(nèi)部構(gòu)造見圖1，設(shè)計(jì)處理能力為20m³/d。
　　整個(gè)裝置主要由生物反應(yīng)池和膜組件組成。生物反應(yīng)池采用好氧完全混合式活性污泥反應(yīng)池，有效容積為6m³，設(shè)有隔板將其分為大小相等的兩個(gè)池子，內(nèi)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(shè)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(yùn)行，抽吸頻率為開13 min，關(guān)2 min。壓差計(jì)用于監(jiān)測(cè)膜過濾壓力的變化。液位計(jì)控制活性污泥反應(yīng)器液面的恒定。流量計(jì)用于測(cè)定膜出水的流量。
　　接種污泥取自北京高碑店污水處理廠二沉池回流污泥。污水先流入調(diào)節(jié)池，然后由泵提升經(jīng)細(xì)篩網(wǎng)過濾后進(jìn)入膜—生物反應(yīng)器。在反應(yīng)器中，污水中的有機(jī)物主要被微生物分解，混合液在泵的抽吸作用下，經(jīng)膜過濾后得到處理水。

　　工程裝置所采用的膜組件是日本三菱公司生產(chǎn)的聚乙烯中空纖維膜，膜組件形狀為板狀，長(zhǎng)為0.8m，寬為0.5m，膜孔徑為0.4μm，中空纖維膜外徑為0.44mm，內(nèi)徑為0.27mm。海淀鄉(xiāng)衛(wèi)生院是一家規(guī)模較小的綜合性醫(yī)院，用水量平均為20m³/d，具體水質(zhì)情況如表1所示。

表1　海淀鄉(xiāng)衛(wèi)生院污水水質(zhì) CODCr(mg/L) BOD₅(mg/L) 氨氮(mg/L) 濁度(NTU) 溫度(℃) pH 細(xì)菌總數(shù)(個(gè)/mL) 大腸桿菌群落(個(gè)/100mL) 48～277.5 20～55 10.1～23.7 6.1～27.9 14～20 6.2～7.1 9.9×10³ ＞1 600

2　設(shè)備運(yùn)行情況與分析

2.1　去除污染物效果
2.1?1COD的去除
　　圖2顯示了膜—生物反應(yīng)器進(jìn)水、生物反應(yīng)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(yīng)器中的活性污泥對(duì)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(yīng)器內(nèi)活性污泥的效能仍發(fā)揮得很好，例如開始運(yùn)行的第5 d和第18 d，由于醫(yī)院進(jìn)行體檢，導(dǎo)致進(jìn)水COD濃度突然上升到200～300 mg/L，但經(jīng)過生物反應(yīng)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(duì)系統(tǒng)的穩(wěn)定出
　　水起到了決定性作用，例如系統(tǒng)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(yùn)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(yīng)器中微生物生長(zhǎng)緩慢，其處理性能不夠穩(wěn)定，去除率在20%～80%之間大幅度波動(dòng)，但膜分離彌補(bǔ)了生物反應(yīng)器處理性能的不穩(wěn)定，膜出水水質(zhì)始終變化不大，出水COD濃度穩(wěn)定在25 mg/L以下，為實(shí)現(xiàn)穩(wěn)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(yīng)器投入運(yùn)行后，系統(tǒng)對(duì)氨氮具有良好的去除效果。
　　①當(dāng)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(yīng)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(shù)均在2 mg/L以下(平均值＜1.5 mg/L)，系統(tǒng)對(duì)氨氮的平均去除率可達(dá)93%。
　　②在整個(gè)運(yùn)行過程中，生物反應(yīng)器上清液和膜出水中氨氮含量基本相等，說明氨氮的去除主要靠生物反應(yīng)器中微生物的降解作用，膜對(duì)小分子的氨氮基本沒有截留作用。
　　③由于接種的高碑店污水處理廠二沉池污泥中的亞硝化細(xì)菌和硝化細(xì)菌經(jīng)過了一定時(shí)間的增殖和積累，且數(shù)量較多，故當(dāng)污泥剛剛接種到反應(yīng)器中，就有足量的亞硝化細(xì)菌和硝化細(xì)菌使氨氮發(fā)生充分的硝化反應(yīng)，即在系統(tǒng)初始運(yùn)行時(shí)期對(duì)氨氮就已具有很高的去除率(達(dá)到90%以上)。
　　膜—生物反應(yīng)器投入運(yùn)行后的進(jìn)水、上清液和出水的氨氮濃度變化情況見圖3。

2.1.3　濁度的去除
　　圖4為膜—生物反應(yīng)器投入運(yùn)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(yùn)行過程中的進(jìn)水濁度較高，在5～30 NTU之間波動(dòng)。在剛開始運(yùn)行的幾天里，由于膜表面的凝膠層尚未很好地形成，對(duì)一些膠體物質(zhì)未能起到很好的截留作用，膜出水濁度隨著進(jìn)水濁度的變化有較大幅度的波動(dòng)。而隨著運(yùn)行時(shí)間的延長(zhǎng)，膜出水濁度開始變得平穩(wěn)，表明部分多糖、蛋白質(zhì)等大分子溶解性有機(jī)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)際過濾孔徑變小，增強(qiáng)了膜對(duì)微小膠體物質(zhì)的截留作用。從圖4中可見，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(wěn)定，始終保持在3 NTU以下。凝膠層的形成對(duì)出水水質(zhì)起到了強(qiáng)化作用。
2.1.4　細(xì)菌、病毒的去除
　　來海淀鄉(xiāng)衛(wèi)生院就診的大都是心腦血管和感冒、發(fā)燒等常見病患者，由于這種特殊性，對(duì)其污水進(jìn)行檢測(cè)時(shí)未發(fā)現(xiàn)有特種病毒，對(duì)大腸菌群的檢驗(yàn)結(jié)果見表2。

表2　對(duì)大腸菌群的檢測(cè)結(jié)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(yīng)器內(nèi)微生物對(duì)大腸菌群不具有去除能力，膜對(duì)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(shù)，但微濾膜孔徑小，可將大分子大腸菌群截留于生物反應(yīng)池中。整個(gè)系統(tǒng)對(duì)大腸菌群的去除率高達(dá)98%以上，這進(jìn)一步說明了膜生物反應(yīng)器可以彌補(bǔ)傳統(tǒng)活性污泥法的不足，保證出水水質(zhì)穩(wěn)定、安全。另外，此次還檢測(cè)了膜對(duì)細(xì)菌的去除效果，但效果不是很明顯，主要是因?yàn)槿涌诒┞对诳諝庵校瑹o法進(jìn)行無菌操作，膜出水已被空氣中細(xì)菌所污染，不能檢測(cè)到膜對(duì)細(xì)菌的真正去除效果。
2.1.5　系統(tǒng)的出水水質(zhì)
　　表3為系統(tǒng)在達(dá)到滿負(fù)荷運(yùn)行后的膜出水水質(zhì)。

表3　　系統(tǒng)的出水水質(zhì) 項(xiàng)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 ＜4 16～18 6.2～7.1 無 23 醫(yī)院污水排放標(biāo)準(zhǔn)(GBJ48—83) ≤150 ≤100 ≤25 　 ＜55 6～9 　 ＜50

2.2　微生物特性
　　整個(gè)運(yùn)行過程中生物反應(yīng)池內(nèi)污泥的增殖情況如圖5所示。

　　由圖5可知，運(yùn)行前30 d(即整個(gè)啟動(dòng)階段)，污泥濃度波動(dòng)較大，沒有明顯的增長(zhǎng)趨勢(shì)，這主要是由于進(jìn)水中COD濃度較低(平均為87.84 mg/L)，導(dǎo)致污泥生長(zhǎng)緩慢。但考慮到在此污泥濃度條件下，生物反應(yīng)器系統(tǒng)已具有比較良好的處理效果，因此沒有采取刺激污泥生長(zhǎng)的措施。在運(yùn)行階段，污泥波動(dòng)相對(duì)較小，加之運(yùn)行6個(gè)月來反應(yīng)器沒有進(jìn)行過人為排泥，微生物濃度呈現(xiàn)出明顯的增長(zhǎng)趨勢(shì)。
　　生物反應(yīng)器中污泥的VSS/SS比值在此期間基本無變化，除個(gè)別點(diǎn)外，大部分在0.6～0.8之間，說明到目前為止生物反應(yīng)器中尚未出現(xiàn)無機(jī)物的積累。
2.3　污泥生物相觀察
　　在生物反應(yīng)器運(yùn)行過程的各個(gè)階段，分別對(duì)反應(yīng)池中污泥混合液進(jìn)行了鏡檢，發(fā)現(xiàn)啟動(dòng)和穩(wěn)定運(yùn)行期間污泥生物相有著較大的差別。剛開始啟動(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(tuán)比較松散，沒有形成特定的形狀，大量的絲狀菌穿插在菌膠團(tuán)中。而在穩(wěn)定運(yùn)行期，污泥混合液在顯微鏡下出現(xiàn)較多行動(dòng)活潑的原、后生動(dòng)物，如鐘蟲、等枝蟲等，菌膠團(tuán)結(jié)合緊密，已有一些特定的形狀。
　　此外，根據(jù)小試和中試的結(jié)果，由于調(diào)試時(shí)采用了先對(duì)污泥充分馴化后再分階段啟動(dòng)膜系統(tǒng)的啟動(dòng)方式，故到目前為止，該系統(tǒng)已經(jīng)穩(wěn)定運(yùn)行6個(gè)多月，期間膜過濾壓力上升緩慢，未對(duì)膜進(jìn)行過任何形式的清洗，可見做好膜系統(tǒng)的啟動(dòng)工作可以減緩膜的污染與堵塞，使膜在較長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)穩(wěn)定高效地工作，同時(shí)也說明膜生物反應(yīng)器操作簡(jiǎn)單、方便，易于管理。

3　結(jié)論

　　①一體式膜—生物反應(yīng)器用于處理醫(yī)院污水在技術(shù)上是可行的，對(duì)醫(yī)院污水中COD、NH₃-N、濁度的平均去除率分別可達(dá)80%、93%、83%，其出水水質(zhì)良好、穩(wěn)定(其中COD＜25 mg/L、NH₃-N＜1.5 mg/L、濁度＜4 NTU)且無色無嗅，大腸菌群＜23 個(gè)/100mL，符合我國醫(yī)院污水排放標(biāo)準(zhǔn)。
　　②在膜—生物反應(yīng)器中，活性污泥對(duì)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(yīng)器對(duì)COD的去除率波動(dòng)較大，而膜分離則彌補(bǔ)了生物反應(yīng)
器處理性能的不穩(wěn)定性，有力地保證了出水水質(zhì)的穩(wěn)定、良好。
　　③由于接種污泥中硝化細(xì)菌含量較多，系統(tǒng)在啟動(dòng)初期就對(duì)NH₃-N具有很高的去除效率，氨氮的去除主要依靠生物反應(yīng)器的作用。
　　④在整個(gè)運(yùn)行期間內(nèi)，膜過濾阻力增加緩慢，說明膜生物反應(yīng)器易于管理，操作方便。

參考文獻(xiàn)：

　　［1］黃霞，桂萍，范曉軍，等.膜生物反應(yīng)器廢水處理工藝的研究進(jìn)展［J］.環(huán)境科學(xué)研究，1998，11(1)：40-44.
　　［2］Kishino H,Ishida H，et al.Domestic wastewater reuse using a submerged membrane bioreactor［J］.Desalination,1996,106(16):115-119.
　　［3］Knoblock M D,Sutton P M,Mishra P N，et al.Membrane biological reactor system for treatment of oily wastewater［J］.Wat Env Res,1994,66(2):133-139.
　　［4］劉銳，黃霞，錢易，等.一體式膜—生物反應(yīng)器處理生活污水的中試研究［J］.給水排水，1999,25(1):1-4.

---

　　作者簡(jiǎn)介：丁杭軍(1974-)，女，河南開封人，清華大學(xué)在讀碩士生，研究方向?yàn)槲鬯锾幚怼?br> 　　電　　話：(010)62772838
　　E-mail:chenzynhn@sina.com
　　收稿日期：2001-05-11