浸没式膜生物反应器又称为一体式膜生物反应器(MBR),其膜组件直接置于反应器内部,目前应用较为广泛。本课题主要围绕浸没式膜生物反应器应用于校园生活污水处理展开研究。本课题考察了应用PVDF材质膜组件的MBR在不排泥情况的运行特性。在长期运行阶段,运行时间为60d,系统对COD、浊度、NH3-N均获得了较好的处理效果：进水COD在170-360m/l之间,出水COD维持在30m/l以下,去除率均达到91%以上；对浊度的去除效率均在99%以上,膜组件的高效截留作用对COD及浊度去除贡献较大。系统对NH3-N去除率最终稳定在85%以上,其上清液与出水值差别不大,说明膜组件对NH3-N的截留作用很小。对TN.TP的去除效果较差,去除率分别在31.1%-56.4%与50-75.6%之间,且膜组件贡献较小。系统运行期间,膜过滤的压力变化较为稳定,表明膜污染并不严重。一对膜组件进行体外水力清洗发现,膜组件两端污染程度要高于中部膜丝,表明较高的膜丝密度使得空气不易进入膜丝间形成扰动作用,造成固体物质大量沉积；沉淀在膜表面的较为疏松的沉积物通过物理清洗基本能够被除去。在长期不排泥运行的浸没式膜生物反应器内,有机底物的去除主要用于维持微生物的生命活动。通过污泥增殖动力学研究得出,本实验中MBR的污泥理论产率系数Y=0.4137mgVSS/mgCOD,衰减系数Kd=0.0524d-1,与传统活性污泥法的值较为接近。根据动力学模型确定的预测污泥浓度值与实测值变化趋势基本一致,表明污泥动力学模型可以用于指导MBR的设计运行。正交实验阶段考察了PVDF材质MBR中四种运行因素对三种评价指标：COD去除率、NH3-N去除率、过膜压力增长速率的影响程度。其中对COD去除效果影响程度的主次顺序依次为抽吸时间、泵出水量、暂停时间、曝气量；以NH3-N去除率为考察指标的排序依次为曝气量、暂停时间、泵出水量、抽吸时间；以过膜压力增长速率为考察指标的排序依次为暂停时间、泵出水量、曝气量、抽吸时间。通过正交实验的分析研究得出较为合理的运行工况为：曝气量0.2m3/h,抽吸时间10min,暂停时间2min,泵出水量25L/h。本课题研究制备了1#PVDF、2#PAN、3#PVC三种不同材质的膜,并将其膜组件应用于MBR中,考察了对污染物质的不同去除效果。COD去除效果均较为稳定,1#膜反应器的COD去除效果要优于2#膜反应器和3#膜反应器；三种材质的MBR对浊度去除效果良好,均达到98%以上,出水浊度完全符合国家再生水回用标准要求；对于NH3-N及TN的去除效果表现比较一致,均较低,但1#优于后两者；对TP去除率的变化较为平稳,且差别较小。通过膜材质性能的对比可以发现,PVDF膜材质的膜通量要低一些,且是疏水性的,抗污染能力稍弱,其余两者虽在部分性能上有一定优势,但处理效果又稍差。三种材质的对比实验结果表明,1#PVDF膜反应器对各污染物质的去除效果综合表现优于2#PAN膜反应器和3#PVC膜反应器。
