复合MBR处理生活污水膜污染影响因素的研究

净水技术复合处理生活污水膜污染影响因素的研究张胜,徐漩,毛永濒,陈民东河北工程大学城市建设学院,河北邯郑摘要以一定通量下跨膜抽吸压力的变化来表征膜污染状况,分别考察了复合式膜生物反应器处理生活污水时抽停时间、曝气强度、悬浮污泥与附着污泥比例、膜通量对跨膜抽吸压力的影响。结果表明,在总污泥浓度为叭的情况下,适宜的抽吸时间为,抽停时间为,曝气强度为·,悬浮污泥浓度与附着污泥浓度比为,膜通量为时·。关健词复合膜生物反应器膜污染操作条件跨膜抽吸压力··,,,珑￡邵,。阮动。哈,以仍匆,份一吮!一心!∀,,币罗脚一,,汀,咭,吨巧昨,,而,!’·,!∀#∃%&叭andtheeoneentrationofattaehedsludgewas69/1.,membranefluxwas20IJ(m2·h).KeywordsHybrid一MBRmelnb姗efoulingo胖rateeonditiontransmembranepressure膜生物反应器(MBR)具有对污染物去除率高,出水水质好且稳定,剩余污泥少等优点,是近年来水处理领域的一个研究热点111。但是膜污染依旧是影响其运行稳定性和经济性的一个关键因素。国内外M叭aMrowetz,CarloPirola,ElenaSelli.DegradationoforganiewaterpollutantsthroughsonophotocatalysisinthePresenceofTio通刀.Ultraso垃esSonochemistry.2(X)3,(10):247一254Nal介eehouxE,Chanoux5.Sonoche而ealandphotoche而ealoxi-darjonof田唱aniemaner』比耐。田,Sonochenlis卿,2(X犯,(7):255一259MohammadH.Entezari,ChristianPetrier,Pie能Devidal.Sono-ehemie习DegradalionOfphenolinwateoaeomP面sonOfelassi-耐equiPmentwithaneweylindriealreaetor[月.UltraS0nies阮刀oche而stZy,2的3,(10):103一108DrijversD,BeekersM.DeeomPositionofPhenolandtriehloroethy-lenebytheultr也沁undjH必了CuoProcess团.WaterResource,1999,33(5):1187一1194AnttiGro~s,Hanna脚llonen,KirsiK呷ijarvi,etal.Ultra·soundassistedmethedtoinereasesolubleehe而ealoxygende·mand(SCOD)ofsewagesludgefordigestion[刀.UltrasoniesSono-ehemistry,2(X)5,(12):115一120T.I.onye。,Sehlafero,BormannH,etal.Ultraso范eeedisruptionof。tabilizedsludgewithsubsequentanaerobiedi罗stionIJ」.UI-。asonies,2(X)2,(40):31一35MohammadH.Entezan,Chris一ianPetrier.Aeombinationoful-‘廿朋。undandoxidative:sono一enzymede『adation[刀.UltrasoniesSonoche而s卿,2(X)5,(12):283一2880.Sehlafer,M.Siev呱H·幻ot:bueher,eral.Improvoentofbi-ologiealactivitybylowene卿ultrasoundassistedbioreactors【J」.Ultn均ound,2(X)0,(38):711一716收稿日期:2006一05一25第一作者简介:程建萍(1977-),女,合肥工业大学讲师,硕士,主要从事污水治理技术与设备的开发与研究。电话:13805600784E一二卜eraP’ple@163·eom一41一复合MBR处理生活污水膜污染影响因素的研究Vol.26No.22(X)7学者对不同膜生物反应器处理各种不同污水时的膜污染情况作了深人细致的研究,研究表明:抽吸时间、曝气量、悬浮污泥浓度、膜通量、混合液粘度等因素是影响膜污染的重要因素〔洲〕。利用复合式膜生物反应器处理生活污水时,由于其污泥的组分与普通MBR不同,其膜污染状况必然也不同。本文针对复合MBR在两种形态污泥中的运行情况,考察抽停时间、曝气强度、悬浮污泥与附着污泥比例和膜通量等因素对膜污染的影响。1试验装置及方法1.1试验废水与水质以河北工程大学8一ro号学生宿舍楼生活污水为原废水。试验废水水质见表l。表,皮水水质Tab.1Chalaeteris巨esoftherawwater项目废水水质PHCOD口(毗·L一,)7~8200~800NH犷-NI(mg·L一,)TNl(mg·L一,)25、4030~50·己艺、锌智日平口Q芝卜1.2试验装置试验装置如图l所示,其中生物反应器尺寸为4Oemx20emx50em,有效容积为24L。中空纤维膜组件的特性参数为:聚丙烯材料,膜内径320一350林m,膜孔径0.1一0.2林m,面积0.2m2。悬浮填料的特性参数为:聚乙烯材料,密度为0.95沙澎,直径约为IOmm,高度约为smm。采用高压隔膜泵对膜组件进行间歇抽吸得到膜出水,泵的开启由时间控制器来控制。同的情况下膜抽吸时间及曝气量对膜过滤特性的影响。利用膜过滤压差的增长速率表征运行过程中膜渗透性能的变化,即膜的污染程度发展情况。试验结果如表2所示。表2正交试验结果Tab.2Theresultoforthogonalexperiments不系『一丽破雨面一育袖雨询曝气弥度’.万丽矛币矛曾葬葬编号俪nlminl(m,·m一h一‘)l(KPa·d一,)1125201.3792123121.732312162.016495121.02059361.506691201.84276561.476863201.147961121.326分别对抽吸时间为12、9和6min的3次试验的TMP日均增长做平均值,得出抽吸压力与抽吸时间的关系。同理可以分别得出停抽时间与曝气强度与TMP日均增长的关系。如图2所示。亏少少少少少少少少少少少少少少少少少少少少少少少少少少巨二二二二二二二二少少少少少少少少少少少少少...:::::::::::,口口‘二二一一产产产产产产产...兰川川.............产产遥一一...三三三三三三...至川川漂漂漂漂漂漂漂.,,圣JJJ.............产产万】!!!!...鑫鑫鑫鑫鑫鑫...至}}}..............,,宝】””.............二二吕!!!三三三三三三三三IIjlll吕吕吕吕吕吕吕吕}}}一一一一一一一一一一一6912抽吸时间人刊的135停抽时I司/,汕161220,、m黔鲜1一图2抽吸停抽时间及曝气强度又打MP日均增长的影响Fig.2Effeetofsuetionandllalttimea一daeratiollintensityonTMP1.进水箱2.抽吸泵3.悬浮填料4.膜组件5.带孔隔板6出水泵7.流量计8.出水箱9,鼓风机10.曝气器图l试验装置图F19.1Flowellartofexp仓rimelltalsetup2试验结果与讨论2.1抽吸时间及曝气强度对膜污染的影响操作运行条件是影响膜污染的重要因素,而其中抽吸时间及曝气强度对膜污染的影响尤为重要。本文通过一组正交试验考察了在其他运行参数均相由图2可知:¹抽吸时间越长膜的抽吸压力上升得就越快,因此抽吸的时间不能超过一定的值,否则会造成膜的快速污染。º停抽时间越长,膜污染速率就越慢,但停抽时间影响到出水量的多少,且停抽时间达到一定值后,效果也并不明显。»曝气强度在12m,·m;·h一,时,膜污染最慢。这说明,曝气强度较小时,反应器内混合液的上升速率达不到使膜表面附着的污染物脱离的强度,而曝气强度增大到一定程度后,过大的曝气量会使悬浮污泥的粒径变小,加快膜孔的堵塞速率,直接导致膜污染速率加快。2.2悬浮污泥浓度与附着污泥浓度比例对膜污染的影响一42一净水技术Vol.26No.22(X)7复合式MBR中存在着附着态与悬浮态两种形态的污泥。这两种形态的总污泥浓度对污染物的去除率起着重要作用,而这两种形态污泥浓度的比例又会对膜污染速率起到一定的影响作用。本研究在总污泥浓度为8睡的条件下,通过向反应器内投加或减少高浓度污泥或填料来控制两种污泥浓度比例,分别在五种不同污泥浓度比例下各运行15d,考察了膜污染趋势变化。每组试验结束后,均用自来水清洗膜表面,再用0.2%的NaCIO溶液浸泡12h,以消除膜污染的影响。试验结果见图3。二2.403x十22.313一.-20叨L·m一2·h-一‘-30口(L·n一2·11-叫分-4OU(L·:n一2·}1-50406824x+16387)『二0一99423020己召卜比芝Ž二0.7139x+9.1133)R一二0.望)21051015时间/cl图4膜通量对膜抽吸压力上升的影响Fig.4Effeetof一11e【11brax一efluxol一TMP悬浮:附着二O:8悬浮:附着=2:6悬浮:附着=4:4悬浮:附着=6:2-‘-悬浮:附着印40加.d之们田图3F咭.51015运行时间/d污泥浓度比例对压力增长的影响EffeetofMLSSproportio一lonTMP从图3中可以看出,不论何种比例的污泥浓度初始的TMP都相差不大,随时间的增长,基本呈现随着悬浮污泥浓度的增大TMP增长速率越快的趋势。但在悬浮污泥浓度为2睡,附着污泥浓度为6留L时,增长速率最小,膜污染速率最慢。形成这种现象的原因是:在适量的悬浮污泥浓度下,容易在膜表面形成一层多孔过滤层,阻挡了溶解性有机物在膜面及膜孔内的吸附和沉积,就能减轻膜的污染程度。低于这个污泥浓度,污泥颗粒细小,难以形成这种多孔过滤层,使得溶解性有机物在膜孔内吸附和在膜表面积累,使过滤压差迅速增大。高于这个污泥浓度时,由于高的污泥浓度造成了高的污泥粘度,使得抽吸压力随时间增长的速率加大,造成膜的过度污染。2.3膜通量对膜污染的影响试验装置运行过程中,控制MBR悬浮污泥浓度为2叭,附着污泥浓度为6泌,抽停时间比为6:smin,曝气强度为12ms/(m2·h)时,分别考察了膜通量为20,30,40U(m,·h)三种情况下的膜污染趋势。从图4中可以看出,在一定的膜通量下,跨膜抽吸压力TMP随运行时间是呈线性增长的,趋势线的斜率可以表征膜抽吸压力上升的速率,随着膜通量的增大,膜抽吸压力也越来越大。这主要是因为膜通量增大,加快了混合液中的活性污泥向膜面沉积的速度,即增大了污泥层阻力,这样就使得施加在膜上的抽吸压力增加。3结论(1)抽停时间及曝气强度是影响膜生物反应器膜污染速率的重要因素,在本试验条件下,适宜的操作条件是:抽6min,停smin,曝气强度为12ms/(m2·h)。(2)过大的悬浮污泥浓度会造成膜污染速率急剧上升,为了保证出水效果,减少悬浮污泥浓度,增大附着污泥浓度,能够有效地控制膜污染。本试验中,在2叭的悬浮污泥浓度,6岁L附着污泥浓度下,能在膜表面形成一层多孔过滤层,有效减少膜污染。(3)控制膜通量是减少膜污染的重要手段,膜通量超过一定范围后,会加速膜污染,本试验确定的适宜膜通量是20U(mZ·h)。参考文献顾国维,何义亮.膜生物反应器—在污水处理中的研究和应用[M].北京:化学不业出版社,2002FaneAG,BeatsonP,Li.H一Mem!)ranefoulinganditseontrolinenvimnmen回applieations[J」.WatSeiTeeh,2(X)0,41(10一11