丁杭軍，文湘華，黃霞，劉若鵬，劉銳
(清華大學環境模擬與污染控制國家重點聯合實驗室，北京100084)

　　摘　要：工程應用的結果表明，一體式好氧中空纖維膜—生物反應器用于處理醫院污水在技術上是可行的，其對醫院污水中的COD、氨氮、濁度的平均去除率分別可達80%、93%、83%，出水水質良好、穩定、無色無嗅，優于國家建設部頒發的醫院污水排放標準。系統已穩定運行6個多月，膜阻力上升穩定、緩慢，其間沒有對膜進行過任何清洗。
　　關鍵詞：膜—生物反應器；醫院污水；處理效果
　　中圖分類號：X505
　　文獻標識碼：A
　　文章編號：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

　　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，設備的內部構造見圖1，設計處理能力為20m³/d。
　　整個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13 min，關2 min。壓差計用于監測膜過濾壓力的變化。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二沉池回流污泥。污水先流入調節池，然后由泵提升經細篩網過濾后進入膜—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的聚乙烯中空纖維膜，膜組件形狀為板狀，長為0.8m，寬為0.5m，膜孔徑為0.4μm，中空纖維膜外徑為0.44mm，內徑為0.27mm。海淀鄉衛生院是一家規模較小的綜合性醫院，用水量平均為20m³/d，具體水質情況如表1所示。

表1　海淀鄉衛生院污水水質 CODCr(mg/L) BOD₅(mg/L) 氨氮(mg/L) 濁度(NTU) 溫度(℃) pH 細菌總數(個/mL) 大腸桿菌群落(個/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　設備運行情況與分析

2.1　去除污染物效果
2.1?1COD的去除
　　圖2顯示了膜—生物反應器進水、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揮得很好，例如開始運行的第5 d和第18 d，由于醫院進行體檢，導致進水COD濃度突然上升到200～300 mg/L，但經過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，例如系統進水水質變化大(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，由于進水中COD濃度偏低(在150 mg/L以下波動)，生物反應器中微生物生長緩慢，其處理性能不夠穩定，去除率在20%～80%之間大幅度波動，但膜分離彌補了生物反應器處理性能的不穩定，膜出水水質始終變化不大，出水COD濃度穩定在25 mg/L以下，為實現穩定、良好的出水水質提供了有力保證。
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當進水氨氮在10～25 mg/L之間波動(平均值為17.74 mg/L)時，生物反應器上清液和膜出水中的氨氮除個別值接近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在整個運行過程中，生物反應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器中微生物的降解作用，膜對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菌和硝化細菌經過了一定時間的增殖和積累，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生充分的硝化反應，即在系統初始運行時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—生物反應器投入運行以后，進水和膜出水濁度隨時間的變化情況。

　　整個運行過程中的進水濁度較高，在5～30 NTU之間波動。在剛開始運行的幾天里，由于膜表面的凝膠層尚未很好地形成，對一些膠體物質未能起到很好的截留作用，膜出水濁度隨著進水濁度的變化有較大幅度的波動。而隨著運行時間的延長，膜出水濁度開始變得平穩，表明部分多糖、蛋白質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際過濾孔徑變小，增強了膜對微小膠體物質的截留作用。從圖4中可見，盡管在啟動后期進水濁度波動仍然很大，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起到了強化作用。
2.1.4　細菌、病毒的去除
　　來海淀鄉衛生院就診的大都是心腦血管和感冒、發燒等常見病患者，由于這種特殊性，對其污水進行檢測時未發現有特種病毒，對大腸菌群的檢驗結果見表2。

表2　對大腸菌群的檢測結果 樣品 大腸菌群(個/100mL) 進水 ＞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。整個系統對大腸菌群的去除率高達98%以上，這進一步說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，無法進行無菌操作，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
　　表3為系統在達到滿負荷運行后的膜出水水質。

表3　　系統的出水水質 項目 CODCr(mg/L) BOD₅(mg/L) 氨氮(mg/L) 濁度(NTU) 溫度(℃) pH 嗅大腸桿菌 (個/100mL) 膜出水 ＜25 ＜0.4 ＜1.5 ＜4 16～18 6.2～7.1 無 23 醫院污水排放標準(GBJ48—83) ≤150 ≤100 ≤25 　 ＜55 6～9 　 ＜50

2.2　微生物特性
　　整個運行過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(即整個啟動階段)，污泥濃度波動較大，沒有明顯的增長趨勢，這主要是由于進水中COD濃度較低(平均為87.84 mg/L)，導致污泥生長緩慢。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，因此沒有采取刺激污泥生長的措施。在運行階段，污泥波動相對較小，加之運行6個月來反應器沒有進行過人為排泥，微生物濃度呈現出明顯的增長趨勢。
　　生物反應器中污泥的VSS/SS比值在此期間基本無變化，除個別點外，大部分在0.6～0.8之間，說明到目前為止生物反應器中尚未出現無機物的積累。
2.3　污泥生物相觀察
　　在生物反應器運行過程的各個階段，分別對反應池中污泥混合液進行了鏡檢，發現啟動和穩定運行期間污泥生物相有著較大的差別。剛開始啟動階段，生物相不豐富，其中原生動物很少，且不很活潑；菌膠團比較松散，沒有形成特定的形狀，大量的絲狀菌穿插在菌膠團中。而在穩定運行期，污泥混合液在顯微鏡下出現較多行動活潑的原、后生動物，如鐘蟲、等枝蟲等，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，由于調試時采用了先對污泥充分馴化后再分階段啟動膜系統的啟動方式，故到目前為止，該系統已經穩定運行6個多月，期間膜過濾壓力上升緩慢，未對膜進行過任何形式的清洗，可見做好膜系統的啟動工作可以減緩膜的污染與堵塞，使膜在較長時間內穩定高效地工作，同時也說明膜生物反應器操作簡單、方便，易于管理。

3　結論

　　①一體式膜—生物反應器用于處理醫院污水在技術上是可行的，對醫院污水中COD、NH₃-N、濁度的平均去除率分別可達80%、93%、83%，其出水水質良好、穩定(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/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在整個運行期間內，膜過濾阻力增加緩慢，說明膜生物反應器易于管理，操作方便。

參考文獻：

　　［1］黃霞，桂萍，范曉軍，等.膜生物反應器廢水處理工藝的研究進展［J］.環境科學研究，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—生物反應器處理生活污水的中試研究［J］.給水排水，1999,25(1):1-4.

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　　作者簡介：丁杭軍(1974-)，女，河南開封人，清華大學在讀碩士生，研究方向為污水生物處理。
　　電　　話：(010)62772838
　　E-mail:chenzynhn@sina.com
　　收稿日期：2001-05-11