摘要:本文對(duì)以聚乙烯微孔管為膜組件的分離/ 曝氣微孔膜- 生物反應(yīng)器進(jìn)行了研究。通過對(duì)微孔膜組件進(jìn)行分離/ 曝氣交替運(yùn)行,可有效地清除膜組件表面的泥餅層,較好地保持膜過濾性能的穩(wěn)定。分離/ 曝氣微孔膜- 生物反應(yīng)器用于處理實(shí)際生活污水,可獲得與傳統(tǒng)膜生物反應(yīng)器相似的出水水質(zhì),系統(tǒng)出水COD < 50mg/ L ,NH3 - N < 1mg/ L ,COD 和NH3 - N 去除率分別大于85 %和98 %。

關(guān)鍵詞:分離/ 曝氣,微孔膜- 生物反應(yīng)器,膜通量

0 引言

膜—生物反應(yīng)器(Membrane Bioreactor ,MBR) 是將膜分離技術(shù)與污水生物處理技術(shù)有機(jī)結(jié)合而產(chǎn)生的高效水處理新工藝,主要由膜組件和生物反應(yīng)器兩部分構(gòu)成。因其出水水質(zhì)好、占地面積小、污泥產(chǎn)量低、運(yùn)行管理方便等突出優(yōu)點(diǎn),在水處理領(lǐng)域正日益得到廣泛重視[1 - 2 ] 。根據(jù)膜組件和生物反應(yīng)器的相對(duì)位置,可分為一體式膜- 生物反應(yīng)器和分置式膜- 生物反應(yīng)器。而一體式膜- 生物反應(yīng)器是將膜組件直接浸于生物反應(yīng)器內(nèi),利用抽吸泵抽吸出水,結(jié)構(gòu)更為緊湊,能耗相對(duì)較低[3 - 4 ] ,近年來(lái)受到了特別關(guān)注。本研究采用聚乙烯微孔管作為分離/ 曝氣微孔膜- 生物反應(yīng)器的膜組件,在活性污泥混合液條件下測(cè)試了微孔管膜組件的過濾性能,并考察了該反應(yīng)器在分離/ 曝氣狀態(tài)下膜過濾性能的變化及其對(duì)實(shí)際廢水的處理效果。

1 試驗(yàn)裝置與方法

1. 1 試驗(yàn)裝置

所用試驗(yàn)裝置如圖1 所示。生物反應(yīng)器為一長(zhǎng)方體容器(300mm ×120mm ×650mm) ,有效容積為16L ,中間設(shè)一擋板。膜組件采用山東招遠(yuǎn)膜天集團(tuán)公司生產(chǎn)的聚乙烯微孔管,型號(hào)為PE - 1 和PE - 4 ,孔徑分別為70～120μm 和5～10μm ,過濾面積均為0. 04m2 。膜組件分為兩組,置于導(dǎo)流擋板兩側(cè),其出口分別通過兩個(gè)電磁閥與進(jìn)氣管和出水管連接,出水管上裝有水銀壓差計(jì),然后與抽吸泵相連,在抽吸泵的負(fù)壓下經(jīng)過濾獲得系統(tǒng)出水。

1. 2 試驗(yàn)方法

在該分離/ 曝氣微孔膜- 生物反應(yīng)器中,兩組膜件以一定的運(yùn)行周期交替充當(dāng)過濾分離器和曝氣器。如圖1 所示,在第一周期內(nèi),電磁閥V1、V4 開啟,V2、V3 關(guān)閉,膜組件M1 與出水管相通,充當(dāng)過濾分離器;膜組件M2 與進(jìn)氣管相通,充當(dāng)曝氣器,生物反應(yīng)器內(nèi)的活性污泥混合液被強(qiáng)制循環(huán),在導(dǎo)流擋板的左側(cè)形成上升流,而在右側(cè)形成下降流。在第二周期內(nèi),電磁閥V1、V4 關(guān)閉,V2、V3 開啟,膜組件M2 與出水管相通,充當(dāng)過濾分離器;膜組件M1 與進(jìn)氣管相通,充當(dāng)曝氣器,此時(shí),在導(dǎo)流擋板的右側(cè)形成上升流,而在左側(cè)則形成下降流。在任一運(yùn)行時(shí)刻,整個(gè)系統(tǒng)均處于好氧狀態(tài),并且連續(xù)出水。試驗(yàn)原水取自某學(xué)生宿舍樓的生活污水,活性污泥取自北京市北小河污水處理廠二沉池回流污泥。每一次試驗(yàn)結(jié)束后,均采用次氯酸鈉溶液(活性氯含量約為萬(wàn)分之一) 對(duì)膜組件進(jìn)行化學(xué)清洗(浸泡時(shí)間約為12 小時(shí)) ,以清除膜污染,恢復(fù)并測(cè)其清水膜通量到試驗(yàn)前的水平,如此方進(jìn)行下一次試驗(yàn)。

2 結(jié)果與討論

2. 1 分離/ 曝氣交替運(yùn)行對(duì)膜過濾性能的影響

利用圖1 所示的裝置并采取如1. 2 所述的方法進(jìn)行了分離/ 曝氣微孔膜- 生物反應(yīng)器處理生活污水的連續(xù)試驗(yàn),以考察分離/ 曝氣交替運(yùn)行對(duì)膜過濾性能的影響,具體的試驗(yàn)條件如表1 所示,其中T 為分離/ 曝氣交替運(yùn)行周期(h) 。

1) 膜曝氣對(duì)膜過濾性能的恢復(fù):首先在Run - 1 試驗(yàn)條件下考察了膜曝氣對(duì)膜過濾性能的恢復(fù)效果(圖2) 。結(jié)果表明,盡管在3 小時(shí)的過濾時(shí)間內(nèi),微孔管的膜通量下降到初始值的一半以下,但通過膜曝氣可有效地清除膜面泥餅層,大幅度恢復(fù)其膜通量,并使每一運(yùn)行周期的初始膜通量較好地維持穩(wěn)定。

2) 分離/ 曝氣交替運(yùn)行周期對(duì)膜過濾性能的影響:由于在每一運(yùn)行周期內(nèi)膜組件的膜通量均不斷衰減,因此本文采用平均膜通量J a 作為膜過濾性能的評(píng)價(jià)指標(biāo),即Ja = QT/ ( Sm3 T) ,式中QT 為膜組件在每一運(yùn)行周期內(nèi)的總產(chǎn)水量(L) , Sm 為膜組件的總膜面積(m2) 。圖3 顯示了Run - 1～Run - 4 四個(gè)試驗(yàn)條件下平均膜通量J a 的變化情況,圖中每一個(gè)J a 值所對(duì)應(yīng)的時(shí)刻為所在運(yùn)行周期的中點(diǎn)�？梢钥闯�,當(dāng)過濾/ 曝氣交替運(yùn)行的周期在1～6h 之間變化時(shí),系統(tǒng)的平均膜通量J a 均首先經(jīng)歷了初始的下降階段,然后基本穩(wěn)定在80 L·(m2·h) - 1左右的水平上,表明在試驗(yàn)時(shí)間內(nèi)膜曝氣有效地維持了膜過濾性能的穩(wěn)定。但也可以發(fā)現(xiàn),交替運(yùn)行周期的縮短也導(dǎo)致了平均膜通量的波動(dòng)。這可能是因?yàn)檫^濾/ 曝氣交替頻繁時(shí),過濾期間泥餅層在膜表面未能穩(wěn)定形成,由于膜自身阻力在長(zhǎng)度方向上分布不均勻,使得被空氣吹脫掉的泥餅層在膜表面也呈現(xiàn)出不均衡的分布狀態(tài),由此造成膜組件產(chǎn)水能力的波動(dòng)。

2. 2 分離/ 曝氣微孔膜- 生物反應(yīng)器對(duì)生活污水的處理效果

當(dāng)采取如1. 2 所述的方法進(jìn)行分離/ 曝氣微孔膜- 生物反應(yīng)器處理生活污水的連續(xù)試驗(yàn)時(shí),也考察了該類反應(yīng)器對(duì)COD 及NH3 - N 等污染物的去除情況,以評(píng)價(jià)其對(duì)實(shí)際廢水的處理效果。

1) COD 去除效果:圖4 顯示的是在整個(gè)連續(xù)試驗(yàn)中進(jìn)水、上清液和PE - 4 膜組件出水的COD 以及整個(gè)系統(tǒng)對(duì)COD 的總?cè)コ�率的變化情況。從進(jìn)水COD 的變化來(lái)看,試驗(yàn)用原水屬低強(qiáng)度的生活污水,COD平均值為146mg/ L 。上清液COD 較之進(jìn)水有大幅下降,平均值為29mg/ L ,表明試驗(yàn)階段活性污泥具有很高的生物降解性能。出水COD 相比上清液又有所下降,平均值為21mg/ L ,最大值為35. 8mg/ L ,表明微孔管不但可以有效截留污泥顆粒及微生物,并且可以進(jìn)一步強(qiáng)化生物反應(yīng)器的COD 去除效果。整個(gè)系統(tǒng)對(duì)COD 的總?cè)コ�率平均超過85 %。

2) 氨氮去除效果:圖5 顯示的是在整個(gè)連續(xù)試驗(yàn)中進(jìn)水、上清液和PE - 4 膜組件出水的NH3 - N 以及整個(gè)系統(tǒng)對(duì)NH3 - N 的總?cè)コ�率的變化情況。進(jìn)水NH3 - N 在20～45mg/ L 之間,平均為32mg/ L。上清液NH3 - N 大多小于1mg/ L ,出水NH3 - N 始終未超過1mg/ L ,二者的平均值分別為0. 81mg/ L 和0. 53mg/ L ,表明試驗(yàn)階段活性污泥具有很高的硝化能力。整個(gè)系統(tǒng)對(duì)NH3 - N 的總?cè)コ�率平均超過98 %，同時(shí)可以查看中國(guó)污水處理工程網(wǎng)更多關(guān)于分離/ 曝氣微孔膜- 生物反應(yīng)器處理廢水的技術(shù)文檔。

3 結(jié)論

1) 對(duì)微孔管膜組件進(jìn)行分離/ 曝氣交替運(yùn)行,膜曝氣可有效地清除膜組件表面的泥餅層,大幅度恢復(fù)其膜通量,能較好地維持穩(wěn)定運(yùn)行。

2) 考察了膜組件的分離/ 曝氣交替運(yùn)行周期對(duì)連續(xù)運(yùn)行過程中膜過濾性能的影響。當(dāng)交替運(yùn)行周期由6h 變化到1h ,初始膜通量在60～140 L·(m2·h) - 1變化時(shí),系統(tǒng)在連續(xù)運(yùn)行過程中每一運(yùn)行周期內(nèi)的平均膜通量均首先經(jīng)歷了初始的下降階段,然后基本穩(wěn)定在50～80L·(m2·h) - 1左右的水平,但低的初始膜通量可以使平均膜通量表現(xiàn)出更好的穩(wěn)定性。

3) 分離/ 曝氣微孔膜- 生物反應(yīng)器處理實(shí)際生活污水,可獲得與傳統(tǒng)膜生物反應(yīng)器相似的出水水質(zhì),系統(tǒng)出水COD < 50mg/ L ,NH3 - N < 1mg/ L ,COD 和NH3 - N 去除率分別大于85 %和98 %。

參　考　文　獻(xiàn):

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