旋流分离器 改善MBR运行通量的替代方法

:DEMON™工艺发明者、来自奥地利的Bernhard Wett博士如何利用原来用于DEMON工艺的水力旋流器(hydrocyclone)的应用进行拓展，发明了可以生物除磷、改善污泥沉降性能的inDENSE™颗粒污泥工艺。后者对二沉池排出的污泥进行筛选，将沉降性能好的污泥颗粒回流到生物反应器中。在不改变原工艺的条件下(如传统的连续式活性污泥工艺)，它能显著提高污泥容积指数(SVI)的表现，无需新增二沉池就能解决混合悬浮固体沉降性差的问题。

曾在奥地利的Strass污水厂运行的inDENSE装置

最近Wett博士又与日本明电舍新加坡分公司(Meiden Singapore)以及新加坡公用事业局(PUB)合作，将水力旋流器的应用潜能进一步拓展到工艺上，用以提高MBR的膜通量。

项目背景

膜生物反应器(MBR)在占地和出水稳定性上都有优势，所以在近几年得到了显著发展。但如果要想进一步提高MBR系统的污泥质量，需要控制好跨膜压差(TMP)的增幅，来让膜系统保持高通量运行。气反洗是常用的减少膜污染的手段，另外也可加入絮凝剂以改善污泥形成，从而减少膜结垢。

除此以外臭氧也是改善MBR性能的手段之一。另一方面，可以通过优化MBR的操作条件和参数来改善通量，例如混合液悬浮固体(MLSS)，水力停留时间(HRT)，污泥停留时间(SRT)，食物与微生物比(F/M)，回流污泥(RAS)等。膜结垢的部分成因是由可渗入膜孔的胶体粒子引起的，因此去除混合液中的这些粒子被认为可以改善MBR系统的通量。

据资料显示，此前明电舍、PUB就与Wett博士合作过，研究侧流厌氧氨氧化工艺在新加坡的适用性，在此前的合作中，明电舍和PUB已经见识到水力旋流器筛选不同尺寸颗粒的高效性，所以萌生了将它应用到MBR系统的想法：他们决定对新加坡的一个处理生活污水的MBR系统进行了调查，通过旋流分离器从回流污泥中截留高密度颗粒回MBR系统中。较轻的颗粒作为剩余污泥从水力旋流器的溢流排出。研究目的是评估水力旋流器对MBR性能的影响。

实验方法和材料

下图就是他们搭建的实验系统： 处理能力为1000m3/天的MBR系统，外置的水力旋流器对部分回流污泥进行处理，其中混合液的高密度颗粒会作为回流污泥返回至缺氧/好氧池。轻质的部分作为剩余污泥外溢。旋流分离器进水速度为1.8m3/小时，水力旋流器的底流和溢流速率则分别为0.3和1.5m3/小时。关键参数及其范围见下表。

图1.MBR系统和水流旋流器的结合工艺流程图

表1.关键参数控制范围

实验结果和讨论

图2显示好氧池的MLSS水平在安装了水力旋流器前后的变化情况。总的来说，MLSS维持在2000-3000mg/L的水平。然而MLSS有时会由于从侧流带来的进水而增加，例如2015年12月和2016年11月两次超过8000mg/L的情况。而系统维护期间带来的剩余污泥则会导致MLSS过低的现象。2016年8月到2017年3月期间的波动是由频繁的侧流进水和系统维护造成的。

图2.好氧池的MLSS趋势

图3显示了MBR池的污泥过滤时间(TTF)的变化趋势，在安装水力旋流器前，TTF平均约为40秒，安装后因为污泥质量得到改善，在初始的7个月内降至20-25秒， 然而在此后开始回升，研究团队认为这可能跟上边MLSS的波动相关。

图3.污泥过滤时间TTF的变化趋势