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Treatment of restaurant wastewater with a membrane bioreactor Liu Xiaodong，Tian Aijun，Wang Lianjun，et al．School of Chemical Engineering，Nanjing University of Scince& Technology，Nanjing 210094
Abstract：The integrative hollow fiber membrane bioreactor was used to treat the restaurant wastewater after oil separation and coagulation with a good effect to remove the contamination．The average removal rate of 92.52%，91.94%，91.38%，93.98%，96.60% and 100% is achieved respectively for CODCr，NH3-N，TP，oil，turbidity and SS in restaurant wastewater．The quality of effluent is good and stable．The membrane bioreactor process was stable and had a good resistance to shock loading． Most pollutants were biologically removed by activated sludge while the stability of the effluent was ensured by the membrane separation，especially the removal of the oil．Even there is a lot of oil in the reactor，the lower oil concentration of the effluent was ensured by the membrane separation．
Keyword：Membrane bioreactor Restaurant wastewater Activated sludge
随着餐饮业的迅速发展，餐饮废水的污染问题日趋严重。尤其是各类饮食场所的废水，因其含污量大，且大多数情况下排放条件较差，对环境造成的威胁已不容忽视。餐饮污水与一般的生活污水相比含有较多的油类物质和固体悬浮物，并且废水的波动性较大。又由于餐饮单位的厨房大多布置拥挤，可利用空间及其有限，因此，只能寻求某种高效、稳定、占地面积较小的处理方法来处理餐饮废水。目前处理此类废水的方法有混凝气浮法、离心—气浮[1]、混凝磁分离法[2]、生物填料塔[3]、SBR（批式活性污泥法）[4]等处理工艺，但都具有其自身的缺点，有些占地面积较大，操作复杂，还有些虽然具有易于操作、运行费用低等优点，但出水难以达标排放。
而膜生物反应器（Membrane Bioreactor,MBR）是一种将高效膜分离技术与传统活性污泥相结合的新型水处理反应器系统。由于膜对活性污泥混合液的过滤作用，生物被完全截留在生物反应器中，水力停留时间和泥龄分离，并具有较高的污泥负荷，又膜生物反应
器具有出水水质好，占地面积小等优点[5～7]。故用膜生物反应器处理餐饮业废水适应了餐
饮业废水处理的要求，且水质良好。
1 试验装置与实验方法
1.1 实验装置
实验装置及流程如图1所示，水经进水泵进入生物反应器，经生物降解，泥水混合物经膜通过蠕动泵出水。实验所用膜组件为聚丙稀中空纤维膜，最大膜孔径为0.1μm，膜总面积为4 m2，膜组件下设45º斜下穿孔曝气，气体流量计控制曝气量。
1.2 试验用水水质
试验中所用的餐饮废水取自本校一中等大小的饭店，具有一定的代表意义。由于餐饮废水中含有较多的油类物质和固体悬浮物，故废水在进入生物反应器前进行必要的预处理。在试验过程中废水经隔油池去除大量的浮油和大的固体颗粒，然后通过絮凝去除小的固体颗粒和胶体物质以及一些乳化油。使得废水能有利于微生物的分解，保证出水的水质以及减少膜的污染。废水经隔油池、絮凝后进入膜生物反应器前的废水的水质为：温度14～25 ºC；pH 6.5～7.5；CODCr 537～1580 mg/L ；BOD5 280～380 mg/L；氨氮9.45～23.1 mg/L；SS 24～100 mg/L；油11.15～98.06 mg/L；总磷0.51～1.91 mg/L。
试验期间为了检验膜生物反应器脱磷脱氮的效果在进水中加入了NH4Cl和KH2PO4以提高氨氮和总磷的浓度。使得氨氮和总磷的浓度最高分别达114.30、17.89 mg/L。试验过程中水力停留时间（HRT）除试验HRT的变化对处理效果的影响以外，均为7 h，试验过程没有人为排泥。
1.3 分析项目及方法
试验分析方法有pH值、温度、污泥浓度、DO、氨氮、凯氏氮、CODCr、总磷、浊度等方法均采用标准方法[8]。
2 试验结果及分析
2.1 CODCr的去除效果
图2显示了膜生物反应器进水、生物反应器上清液和膜出水中CODCr变化情况。由图2可知,①生物反应器中的活性污泥对CODCr的去除起了主要作用，膜的作用是分离了活性污泥和可溶性有机大分子，弥补了生物反应器处理性能不稳定，为良好、稳定的出水提供了保证；②图中出现的第38 d出水CODCr值高达199.14 mg/L，是由于刚洗过膜，影响了出水的CODCr，以及上清液的CODCr浓度过高的缘故，以后又恢复了正常；③膜生物反应器具有很高的稳定性和很高的处理效果，即使在进水CODCr浓度较高的情况下，即在较高的容积负荷下，CODCr也具有很高的去除率；④在后期上清液的CODCr浓度较高的原因一方面是由于进水的CODCr浓度较大，另一方面可能是由于在试验阶段未进行人为排泥，随着污泥停留时间（SRT）的增加，产生了大量的难降解的溶解性高分子物质SMPnd[9]，使得一定程度上影响了出水的水质。
2.2 氨氮的去除效果
图3显示了膜生物反应器运行后的进水、上清液和出水的氨氮浓度变化情况。从图上可以看出，①膜生物反应器对氨氮具有很好的去除效果。在初期由于刚投入运行，硝化细菌不是很多，故去除率在75%～87%之间，随着SRT的延长，处理效果提高，去除率均在94%以上；②膜生物反应器对氨氮具有良好的抗冲击能力。在进水中加入NH4Cl提高氨氮浓度，使得氨氮浓度突然增至114.3 mg/L，稳定运行后，膜生物反应器对氨氮的去除率依然保持90%以上，显示了膜生物反应器对氨氮去除的稳定性和抗冲击能力；③膜生物反应器对氨氮的去除主要是硝化细菌在起作用，膜对氨氮基本没有截流作用，上清液氨氮浓度偶尔略比出水大的原因是在测定时上清液中含有细小的污泥，可能影响了测定结果；④膜生物反应器对氨氮具有良好的去除效果有两方面的原因：一是世代较长的硝化细菌通过膜截流在生物反应器里，使得生物反应器中具有较高的硝化细菌浓度，从而使得MBR具有良好的去除氨氮能力；二是由于膜生物反应器中污泥的产量较少,故来自别的细菌对硝化细菌的竞争较小，因此对氨氮的去除保持着很高的活性，所以即使是氨氮浓度较高的情况下也有很好的去除效果。
2.3 总磷的去除效果
图4为MBR对总磷的去除效果。由图4可见膜生物反应器对磷具有很高的去除效率，而普通活性污泥法的去除效率只有19%左右[10]。由图可知，①生物反应器中的活性污泥对磷的去除起了主要作用，膜的作用是分离了活性污泥，为良好、稳定的出水提供了保证，而图中后期上清液比出水高是由于上清液中有一些悬浮的污泥，在后期由于一部分磷富集在污泥中，使得上清液中磷的含量和出水的差值较前期大，图中第55 d由于是是把上清液过滤以后测的，故测量值较小。又由于随着SRT的增大，脱磷效果逐步降低[9]，所以在兼顾脱磷脱氮的基础上应对膜生物反应器进行适当的排泥；②在初期进水的磷含量较低，去除率较低，而实验后期适当增加进水含磷量，去除率维持在91.9%～99.4%。这是由于进水中BOD5/TP的比值是影响除磷效果的一个重要因素，理论证明，进水中BOD5/TP比值应大于20～30，否则将影响除磷效果。试验所用的进水BOD5大约为300 mg/L，故提高磷的含量后符合这一比值，具有很高的去除效率；③MBR对磷具有很好去除效率的原因可能是纤维膜之间存在厌氧环境。
2.4 油的去除效果
餐饮废水中含有较多的动植物油，故在处理餐饮废水的过程中，油是一个很重要的参数。在进入MBR之前对餐饮废水进行隔油去除大颗粒的油，以及絮凝去除吸附在颗粒及胶体上的油和部分乳化油，使得絮凝后进水的含油量在11.152～98.064 mg/L之间。由图5可知，MBR对油具有很好的去除效率。虽然进水的含油量差别较大，在上清液含油量平均值仍为36.405 mg/L，但出水含油量较低，维持在0.7662～8.6400 mg/L之间。上清液含油量与出水含油量之间的差值较大，说明起过滤作用的超滤膜对出水做出了较大的贡献。原因是实验所用的中空纤维膜是亲水性的，而油属于疏水性物质，油能被高效的截留在超滤膜外。另外在试验过程中上清液油未见富集，说明反应器中的微生物在去除油的过程中起着主要的作用，膜的分离作用保证了出水中较低的含油量。
2.5 浊度的去除效果
图6显示了膜生物反应器中进水、出水浊度的历时变化。由于原水中含有大量的固体悬浮物，因此原水的浊度较大，为98.47～160.49 mg/L。经絮凝后，浊度减小为1.66～9.24 mg/L。因此，经过预处理后，进水浊度已经很小，然后进入膜生物反应器。由于膜对胶体物质的高效截留作用，保证了出水浊度始终在1 NTU以下，去除率可达99％以上。 2.6 SS的去除效果
经过预处理以后，SS的含量大大降低，进入生物反应器的SS为24～100 mg/L。由于膜的高效截留作用，反应器内的固体悬浮物及污泥被膜完全截流，出水都未检测到SS的存在。
3 膜通量的变化
膜在使用中，其通量逐渐降低，引起通量降低有两个原因：一是浓差极化的影响，主要是膜表面局部溶质浓度增加引起边界层流体阻力增加（或局部渗透压增加），导致传质推动力下降而引起通量下降，这种影响是可逆的，通过降低料液浓度或改善膜面附近料液侧的流体力学条件，如提高流速可以减轻已经产生的浓差极化现象，使膜的分离特性的一部分恢复；另一是膜表面吸附溶质（尤其是大分子）形成的膜污染，包括膜的孔道被大分子溶质堵塞引起膜过滤阻力增加、溶质在孔内壁吸附、膜面形成凝胶层增加传质阻力，这3种影响往往是不可逆的[11]。因此，两者共同造成运行过程中膜通量的衰减。随着超滤过程的进行，活性污泥在膜表面形成固体层积层，以及浓差极化在膜表面上形成浓缩的凝胶层，超滤膜在使用过程中膜通量缓慢下降，运行至33 d 0.03 MPa下的膜通量降到初始通量的60%。但先用清水冲刷膜表面的污泥，然后分别用NaClO 、H2SO4、柠檬酸等溶液浸泡，又能使其通量恢复至100%，说明膜生物反应器易于操作管理。
4 结 论
（1）隔油、絮凝、一体式膜生物反应器组合工艺用于处理餐饮废水在技术上是可行的，对污染物具有很好的去除效果。对CODCr、NH3-N、凯氏氮、TP、油、浊度、SS的平均去除效率分别达到92.52%、91.94%、94.20%、91.38%、93.98%、96.60%、100%，其出水水质良好、稳定。
（2）生物反应器中的活性污泥对污染物的去除起了主要作用，膜的作用是分离了活性污泥和可溶性有机大分子，弥补了生物反应器处理性能不稳定，为良好且稳定的出水提供了保证。
（3）膜生物反应器对磷的去除受BOD5/TP的比值的影响。实验后期增加进水含磷量后的去除率维持在91.9%～99.4%，而一般普通活性污泥法的去除效率只有19%左右，显示了MBR对磷的很好的去除效率。
（4）MBR对油的去除，膜起了很大的作用。由于膜是亲水性的，油被高效截留在膜外，即使反应器内含油量很高，也保证了出水中较低的含油量。但油在反应器中未见富集。
（5）在实际运行中，膜通量缓慢下降。但清洗膜又能使其膜通量恢复至100%。
参考文献
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