MBR在处理船舶生活污水中的应用

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(中国人民解放军镇江船艇学院工程系，江苏 镇江 212003)

目前，内河船舶很少安装生活污水处理装置，其原因与处理工艺和技术有关。

船舶生活用水量的确定没有专门的标准和规范，通常参照《建筑给水排水设计规范》进行选用[1]。船艇生活污水量受时间和季节影响较大：就餐前后水量较大；一年中年夏季水量较大。

船舶生活污水主要自于厕所、盥洗室、洗衣房及厨房。主要污染物为BOD, SS和大肠杆菌。受水量的影响水质也存在波动。

根据上述特点和船舶的工作环境可知，船舶生活污水处理装置，除保证较好的出水水质，还必须满足以下特点：适应水质水量的波动，即具备抗冲击负荷能力；受海况及船舶运动特点影响小；占地省、运行费用低、安全美观；对操作人员的技术要求低，管理维护方便。

1 船舶生活污水常用处理工艺

目前船用生活污水处理装置主要有生化法、物化法和电解法。生化法投资省、运行费用低，应用最为广泛，其中以活性污泥/生物接触氧化重力沉淀为代表技术。但活性污泥法存在诸多缺陷[2]。

因此，有必要开发新型船用生活污水处理工艺。膜生物技术作为一种新型工艺，将传统活性污泥法和膜分离技术的有机结合，在国际上受到广泛关注。近10年来，国外相关膜生物反应器处理船舶、舰艇生活污水上的研究和应用报道较多[3]。国内研究工作相对比较滞后，到目前为止，应用膜生物反应器装置处理船舶生活污水的实例还未见报道。

2 膜生物反应器的处理技术

国内外针对船舶生活污水的处理装置的开发研制，大多基于城市生活污水处理工艺的应用实践而进行的小型化搬用或套用，故使用膜生物反应器处理城市生活污水的研究成果值得船舶行业借鉴。

2.1 对有机物及N、P等营养元素的去除

膜生物反应器对有机物的去除是活性污泥生化反应和膜组件截留(特别是高分子有机物)共同作用的结果。膜对无机离子态的氨氮或磷盐没有截留作用，反应器的脱氮除磷主要依赖生化反应。MBR可以通过膜的截留作用，在不增加池容的前提下延长了污泥龄，MBR较长的污泥龄为硝化菌的生长提供的必备的条件(硝化细菌世代周期较长：硝化细菌12～59 h，亚硝化细菌8～36 h)，同时也减少了硝化菌的流失[4]。主要工艺有：

2.1.1 A/O膜生物工艺

该工艺在前置反硝化在缺氧条件下运行，含碳有机物的去除、含氮有机物的氧化和氨氮的硝化在好氧条件下运行，亚硝酸盐和硝酸盐的反硝化在前置缺氧条件下运行。以膜代替重力沉淀池进行固液分离。A/O膜生物反应器在强化了常规活性污泥膜生物反应器的脱氮性能下，进一步提高了反硝化作用。反应器中较高的污泥浓度有利于反硝化的进行，在设计合理的A/O系统中，好氧池回流污泥中的剩余溶解氧会被很快耗尽，不会破坏缺氧池适宜的缺氧环境。但过高的污泥浓度会使空气曝气系统难于满足微生物的氧需求，造成硝化速率的降低。

A/O膜生物反应器对COD、NH4-N、TN具有较好的去除效果，但对TP的去除主要以活性污泥的吸附和膜的截留为主，去除效果较低[5-7]。

2.1.2 A2/O膜生物工艺

该工艺在A/O膜生物反应器的基础上加设厌氧区，活性污泥在好氧、厌氧交替的条件下产生“聚磷菌”，聚磷菌在厌氧条件下释放出磷，在好氧条件下摄取过量的磷，并通过排放剩余污泥，排除系统，达到强化除磷的目的。刘硕等[8]利用复合式A2/O膜生物反应器，并通过排泥实现磷的去除。该反应器对COD、NH3-N 、TN、TP的去除率达90.17%、92.32%、72%、71.23%。

较好的TP的去除是活性污泥的吸附、膜的截留和微生物共同作用的结果。

2.1.3 改变膜生物反应器的运行方式

膜生物反应器由活性污泥和膜组件两部分组成，通常采用控制曝气池的曝气效果在反应器中产生厌氧、缺氧、好氧的环境，从而在有机物去除的同时达到脱氮除磷的目的[9]。

与上述两工艺相比，该工艺结构简单，占地小，但自动化要求较高。

2.2 对SS浊度及生物指标的去除

MBR对SS浊度及大肠杆菌的去除依靠膜孔及膜面形成的生物膜沉积层协同截留作用。有资料[10]表明，在低气水比条件下，采用一体式膜生物反应器处理生活污水的出水SS为零，COD、BOD、NH3-N、浊度均优于生活杂用水水质标准。

3 膜生物反应器的应用改进

1) MBR中污泥浓度较高，导致氧传递率的降低，能耗大。可从两方面出发维持较好的氧传递率[11]:一是合理选择曝气及混合装置，使混合液有较高的紊动；二是调节运行参数，使生物保持良好的生长状态。

2) 容易出现膜污染，严重影响膜组件的正常运行，而且使膜组件的更换周期缩短。膜污染与膜本身的性质、活性污泥的性质和MBR的运行条件等因素有关[12]。据此采取改进措施：一是根据水质和处理要求选择合适的膜材料；二通过预处理手段，改善膜组件进水的水质指标，如预絮凝、预过滤或改变溶液pH值等方法，消除一些能与膜相互作用的溶质；三是通过实验选择合理的运行条件；四是在设计中，注意减少设备结构中的死角和死空间间隙，以防止滞留物在此变质，扩大膜污染；五定期进行膜清洗[11，13]。

3)恶劣的海况对絮状污泥产生较大影响。在反应器内投加填料，形成填料膜生物反应器，可缓解上述弊端[14-15]。同时填料可以增加反应器内固着的生物量，并在一定程度上降低反应器内部悬浮污泥的浓度，减缓膜污染，氧传递过程中在生物膜上形成的浓度梯度生物膜产生好氧区、缺氧区、厌氧区。较长的污泥龄，交替性的好氧、缺氧、厌氧环境给污水的脱氮除磷创造了条件，与A/O、A2/O工艺相比流程更短。可见，填料膜生物反应器在处理船舶生活污水方面具有较大发展空间。

4 结束语

综上所述，膜生物反应器与传统处理装置相比具有独特的优势，在处理船舶生活污水中有广阔的应用空间。

1) 将膜分离器装置代替的沉淀池，节省了装置的占地空间，优化了船舶在复杂海况下的出水效果，同时膜较好的分离效果进一步优化了出水水质，实现污水的循环使用，变废为宝。

2) 膜生物较高的生物量加大了装置的抗冲击负荷的能力，较长的污泥龄为脱氮创造了条件，实现了污泥的零排放。

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