aV东京热强奸精品_久久久这里只有免费精品29_日韩男人的天堂_伊人中文无码综合网

您現(xiàn)在的位置: 中國污水處理工程網(wǎng) >> 污水處理技術(shù) >> 正文

HRT對(duì)MF-OMBR工藝處理的影響

發(fā)布時(shí)間:2024-12-26 14:44:34  中國污水處理工程網(wǎng)

近年來,聯(lián)合正滲透(FO)和活性污泥工藝的正滲透膜生物反應(yīng)器(OMBR)在廢水處理和再生領(lǐng)域掀起了一番熱潮。OMBR采用高截留率、致密的FO膜代替?zhèn)鹘y(tǒng)MBR中用于固液分離的微濾(MF)或超濾(UF)膜,可提供高質(zhì)量的產(chǎn)品水,且具有低結(jié)垢特性。然而,OMBR中原液的濃縮和反向鹽滲透會(huì)導(dǎo)致生物反應(yīng)器中鹽分積累,對(duì)FO膜性能和微生物活性產(chǎn)生不利影響。

關(guān)于OMBR系統(tǒng)中鹽分積累問題,其解決辦法大致有兩個(gè)方向:一是優(yōu)化操作條件,如選擇合適的汲取液、采用高選擇性FO膜、縮短污泥停留時(shí)間(SRT)等;二是將OMBR與其他系統(tǒng)進(jìn)行集成;诩橙∫旱倪x擇優(yōu)化,有研究將無機(jī)汲取液與表面活性劑進(jìn)行了混合,但此過程需要確定最佳表面活性劑濃度,因?yàn)檩^高的表面活性劑濃度可能會(huì)增加溶液黏度。也有研究利用有機(jī)溶質(zhì)作為汲取液,認(rèn)為有機(jī)溶質(zhì)很容易被生物降解,不會(huì)誘導(dǎo)生物反應(yīng)器中長期鹽分的積累,但是Siddique等和Luo等研究發(fā)現(xiàn),CH3COONa作為汲取液時(shí)為微生物提供了額外的碳源,會(huì)加劇FO膜污染,同時(shí)EDTA-2Na的反向擴(kuò)散抑制了生物量的生長和活性。此外,通過定期排泥來縮短SRT可以緩解鹽分積累,但是Wang等的研究指出,即使在SRT10d下運(yùn)行,其鹽度仍然很高,而且頻繁的排泥會(huì)增加污泥處理成本。基于混合系統(tǒng)的開發(fā),將MF膜與OMBR集成MF-OMBR系統(tǒng),將出水分至兩端(MF側(cè)和FO側(cè)),可有效去除反應(yīng)器中積累的鹽分。但系統(tǒng)的水力停留時(shí)間(HRT)會(huì)影響污泥混合液特性,導(dǎo)致膜污染加劇,因此有必要進(jìn)一步研究MF-OMBRHRT的影響。

基于MF-OMBR系統(tǒng),筆者優(yōu)化了多孔MF膜與FO膜之間的通量比,確定了最佳水力停留時(shí)間,降低了生物反應(yīng)器中鹽分積累量,確保了MF-OMBR系統(tǒng)兩端滲透出水的質(zhì)量,并盡可能地減少了FO膜污染,以期為實(shí)際應(yīng)用中實(shí)現(xiàn)鹽分管理提供技術(shù)支持。

1、材料與方法

1.1 實(shí)驗(yàn)材料

接種污泥:接種污泥取自西安市某污水處理廠(A2O工藝)的終沉池,用模擬的生活污水在MFMBR系統(tǒng)(此時(shí)未安裝FO膜組件,用于前期馴化污泥)中馴化1個(gè)月,當(dāng)污泥濃度穩(wěn)定達(dá)到3.5g/L、污泥沉降比為20%30%后投入使用。

原水:進(jìn)水為模擬的生活污水,采用無水乙酸鈉作為碳源、氯化銨作為氮源、磷酸二氫鉀作為磷源。添加碳酸鈣、碳酸鎂和七水合硫酸亞鐵作為微生物的營養(yǎng)元素。原水TOC、氨氮、TNTP濃度分別為(109.9±2.65)、(26.39±0.59)、(27.79±0.75)和(3.98±0.28mg/L,電導(dǎo)率為600~750μS/cm。

汲取液:選擇1.0mol/LNaCl溶液作為汲取液,每天更換,以保證足夠的滲透壓。將裝有汲取液的容器放置在電子天平上,并通過與天平連接的計(jì)算機(jī)實(shí)時(shí)監(jiān)測汲取液質(zhì)量的變化,從而計(jì)算出正滲透膜的通量。

實(shí)驗(yàn)裝置:分置式MF-OMBR裝置如圖1所示。生物反應(yīng)器的有效容積約為1.5L,汲取液池的有效容積約為0.7L。將進(jìn)水連續(xù)地泵入MF-OMBR系統(tǒng),在反應(yīng)器中設(shè)置液位繼電器以保持水位恒定,在使用曝氣泵為活性污泥微生物提供氧氣的同時(shí)對(duì)系統(tǒng)中MF膜組件進(jìn)行表面沖刷。實(shí)驗(yàn)在室溫(28±2)℃條件下運(yùn)行,期間水溫恒定在(24±2)℃,污泥混合液和汲取液的錯(cuò)流速度均為0.25L/minSRT30d。

1.jpg

膜材料:微濾膜采用PVDF外壓式中空纖維膜組件,膜絲外徑為1.6mm,膜孔徑為0.08μm,有效膜面積約為120cm2。正滲透膜為三醋酸纖維(CTA)材質(zhì),有效膜面積為52.25cm2,使用前在去離子水中浸泡24h。

1.2 分析項(xiàng)目及方法

1.2.1 鹽分積累模型

HRT的控制:在MF-OMBR系統(tǒng)中從微濾膜和正滲透膜兩端出水,在保證FO膜面積不變的前提下,FO端出水流量變化不大,可通過調(diào)節(jié)MF膜出水泵流量改變生物池HRT。由于FO膜非常致密,所以可溶性化合物不會(huì)透過FO膜,因此被生物反應(yīng)器截留,用污染物停留時(shí)間(CRT)表示系統(tǒng)中可溶性化合物的停留時(shí)間,原理如圖2所示。

2.jpg

HRT、CRT計(jì)算過程分別見式(1)和式(2

3.jpg

4.jpg

式中:HRT為水力停留時(shí)間;CRT為污染物停留時(shí)間;V為生物反應(yīng)器有效容積;Q為反應(yīng)器排出的液體流量;QC為反應(yīng)器排出的污染物流量;QMFMF膜的出水流量;QFOFO膜出水流量;QW為排泥量。

鹽分積累因子(CF):生物反應(yīng)器中鹽分積累主要是因?yàn)樵簼饪s和反向鹽滲透,CF的計(jì)算過程見式(3)。

5.jpg

由此可知,CF的大小主要由QFO/QMF值決定。

1.2.2 常規(guī)水質(zhì)分析方法

氨氮、TNTP參照《水和廢水監(jiān)測分析方法》(第4版)測定,TOC使用TOC分析儀測定。

1.2.3 胞外聚合物的提取及分析

活性污泥中溶解性胞外聚合物(SMP)和附著性胞外聚合物(BEPS)的提取采用加熱離心提取法。采用多糖和蛋白質(zhì)加和的方式表征SMPBEPS含量,蛋白質(zhì)的測定采用考馬斯亮藍(lán)G250染色法,多糖的測定采用蒽酮試劑法。

1.2.4 膜污染的表征

將正滲透膜裁剪成尺寸為5.0mm×5.0mm的正方形后,用于掃描電鏡能譜儀(SEM-EDS)和傅里葉變換衰減全反射紅外光譜法(FTIR-ATR)分析。采用SEM-EDS分析FO原膜和污染膜的表面形貌以及元素組成,FTIR-ATR用來檢測有機(jī)官能團(tuán),辨別FO膜表面的有機(jī)物種類。另外,裁剪大小為15.0mm×15.0mm的污染膜片用于對(duì)其表面的主要污染物進(jìn)行量化分析,將膜片置于20mL的去離子水中,先后攪拌和超聲各5min后過0.45μm濾膜,測定濾液中有機(jī)物濃度。

2、結(jié)果與討論

2.1 鹽分積累情況

不同HRT條件下反應(yīng)器中電導(dǎo)率的變化如圖3所示?芍锓磻(yīng)器整體處于低鹽水平,電導(dǎo)率先快速上升后逐漸趨于穩(wěn)定。當(dāng)HRT5、812h時(shí),生物反應(yīng)器穩(wěn)定電導(dǎo)率分別為1.2、1.252.2mS/cm。這主要?dú)w因于MF-OMBR裝置中引入了MF膜,大部分鹽分通過MF膜排出,從而緩解了反應(yīng)器中鹽分的積累。

6.jpg

根據(jù)鹽分積累模型可知,MF-OMBR系統(tǒng)電導(dǎo)率主要由鹽分積累因子CF決定,QFO/QMF減小引起CF值減小,生物反應(yīng)器中的鹽分積累減輕,具體參數(shù)見表1。

7.jpg

2.2 MFFO膜通量的變化規(guī)律

不同HRT條件下MFFO膜通量的變化見圖4。由圖4可知,不同HRT條件下,FO膜的初始通量約為8.9L/m2·h),運(yùn)行過程中FO膜通量不斷下降,HRT5、812h14d膜通量下降率分別為54.8%、49.8%67.3%FO膜通量的下降主要?dú)w因于FO膜內(nèi)部的濃差極化(ICP)、鹽分累積和膜污染等原因,但因?yàn)樵?/span>MF-OMBR系統(tǒng)中反應(yīng)器整體處于低鹽水平,所以造成通量下降差異的原因是不同HRT產(chǎn)生的ICP現(xiàn)象及膜污染程度的不同。MF膜通量基本穩(wěn)定且稍有提升,這是由于隨著反應(yīng)的進(jìn)行,FO膜通量下降,為了匹配HRT的設(shè)定值,需要提升MF膜出水泵轉(zhuǎn)速來加大MF膜通量,屬于人為調(diào)控。

8.jpg

2.3 污染物去除效果

2.3.1 對(duì)TOC的去除

不同HRT條件下TOC濃度的變化如圖5所示?芍,不同HRT條件下,活性污泥上清液、MF出水、FO出水中的TOC表現(xiàn)幾乎一致。MF出水的TOC濃度為(8.0±1.9mg/L(折算為COD19.8mg/L);FO出水的TOC濃度為(5.7±0.8mg/L(折算為COD14.8mg/L)。系統(tǒng)對(duì)TOC的去除率均可達(dá)到93.0%以上,原因是系統(tǒng)對(duì)TOC的去除主要依靠微生物降解和兩種滲透膜的截留作用,通過改變HRT并不能增強(qiáng)反應(yīng)器對(duì)TOC的降解效果。

9.jpg

2.3.2 對(duì)氨氮的去除

不同HRT條件下氨氮濃度的變化如圖6所示。可知,不同HRT運(yùn)行條件下反應(yīng)器內(nèi)氨氮濃度均較低,MFFO出水中的氨氮濃度與混合液相差不大,約為1.5mg/L,系統(tǒng)對(duì)氨氮的去除率均可達(dá)到95.6%以上。這是由于反應(yīng)器是單獨(dú)的好氧環(huán)境,氨氮通過硝化作用轉(zhuǎn)化為硝酸鹽,對(duì)氨氮的去除主要依靠微生物降解作用,兩種滲透膜對(duì)氨氮的截留效果不明顯。

10.jpg

2.3.3 對(duì)TNTP的去除

不同HRT條件下TNTP濃度的變化見圖7。由圖7可知,隨著HRT的增加,生物反應(yīng)器中TNTP積累越來越嚴(yán)重,這是由于反應(yīng)器內(nèi)缺少反硝化和厭氧釋磷過程,無法通過微生物去除TNTP,再加上FO膜對(duì)硝酸鹽和磷酸鹽的截留作用,導(dǎo)致TNTP在反應(yīng)器內(nèi)積累。由表1可知,HRT越長,QFO/QMF值越大,進(jìn)而TNTP在反應(yīng)器中積累越多。另外,受到混合液中TNTP積累的影響,MF出水中TNTP的濃度也將隨之升高,但此時(shí)MF出水水質(zhì)仍可滿足《城市污水再生利用城市雜用水水質(zhì)》(GB/T189202020)要求,可用于沖廁、車輛沖洗、道路清掃、消防和建筑施工等。而FO膜對(duì)TNTP的去除率分別可達(dá)77.0%98.7%以上,這主要?dú)w因于FO膜的致密性和高截留性能,磷酸鹽幾乎全部被截留在反應(yīng)器內(nèi),由于NO3-離子半徑小于PO43-,使得FO膜對(duì)其截留率略低。楊應(yīng)明等人采用NaClEDTA-2Na作為汲取液來運(yùn)行OMBR,系統(tǒng)對(duì)TNTP的去除率分別可達(dá)到71.7%99.2%以上;Holloway等人的研究表明,OMBRUF-OMBR對(duì)氮和磷的平均去除率分別超過82%99%,與本研究獲得的結(jié)果類似。

11.jpg

2.4 污泥性質(zhì)的變化

不同HRT條件下SS、VSSVSS/SS的變化情況見圖8

12.jpg

由圖8可知,在HRT58h條件下,VSS/SS稍有增長,最后分別穩(wěn)定在71.0%71.7%,微生物活性提高。分析原因,隨著運(yùn)行時(shí)間的延長,反應(yīng)器中鹽分較低且逐步穩(wěn)定,污泥濃度和微生物活性也不斷趨于穩(wěn)定。而當(dāng)HRT12h時(shí),VSS/SS呈現(xiàn)出先上升后下降的變化趨勢(shì),最后穩(wěn)定在60.7%,這是由于較長的HRT使得營養(yǎng)物質(zhì)缺乏,微生物進(jìn)行內(nèi)源呼吸導(dǎo)致活性降低。整體看來,在MF-OMBR系統(tǒng)中,VSS/SS的變化波動(dòng)較小,微生物活性較高。

不同HRT條件下,MF-OMBR系統(tǒng)中SMPBEPS含量均有差異。相比于512hHRT8h時(shí)的SMP濃度較低。分析原因,在較短的HRT條件下,微生物代謝營養(yǎng)物的同時(shí)會(huì)釋放SMP,而當(dāng)HRT較長時(shí),微生物由于內(nèi)源呼吸作用產(chǎn)生了SMP的積累,只有當(dāng)HRT8h時(shí),基質(zhì)被完全降解且SMP也被充分降解,此時(shí)SMP量相對(duì)較少。而HRT12hBEPS含量明顯低于58h的。這是由于當(dāng)HRT58h時(shí),微生物在基質(zhì)分解過程中產(chǎn)生了BEPS和基質(zhì)利用相關(guān)產(chǎn)物(UAP),導(dǎo)致BEPS含量略高。而當(dāng)HRT12h時(shí),較長的HRT導(dǎo)致進(jìn)水基質(zhì)不能滿足微生物營養(yǎng)所需,此時(shí)微生物將產(chǎn)生內(nèi)源呼吸作用,BEPS中多糖作為碳源而被降解。

2.5 膜污染分析

2.5.1 膜表面污染物FTIR分析

FO原膜和FO污染膜的FTIR光譜圖見圖9。從圖9a)可知,FO原膜在1741、1371、12241041cm-1等處有特征吸收峰,經(jīng)過14d運(yùn)行后原膜的峰消失或減弱。由圖9b)可知,在1017~1020cm-1處發(fā)現(xiàn)多糖的CO峰,在1634~1638cm-11532~1535cm-1處發(fā)現(xiàn)蛋白質(zhì)的酰胺Ⅰ峰和酰胺Ⅱ峰?梢,不同HRT運(yùn)行條件下在FO膜表面均發(fā)生了以多糖和蛋白質(zhì)為代表物的有機(jī)污染。

13.jpg

2.5.2 有機(jī)物量化分析

為了進(jìn)一步確認(rèn)污染膜表面的有機(jī)物濃度,對(duì)不同HRT條件下污染膜表面污染層中的蛋白質(zhì)和多糖進(jìn)行量化分析。結(jié)果顯示,HRT512h的污染膜表面蛋白質(zhì)含量約為HRT8h3倍,多糖含量約為2倍,可見當(dāng)HRT8h時(shí)FO膜表面多糖和蛋白質(zhì)的含量最少。

當(dāng)HRT5、8、12h時(shí),SMP分別為5.20、4.25、6.70mg/L,BEPS分別為16.20、15.80、13.50mg/L。相比于HRT512h,當(dāng)HRT8h時(shí)SMP濃度較低,這歸因于在較短的HRT條件下微生物代謝營養(yǎng)物的同時(shí)能夠釋放SMP,而當(dāng)HRT較長時(shí),微生物發(fā)生內(nèi)源呼吸而使SMP發(fā)生累積,只有當(dāng)HRT8h時(shí),基質(zhì)才被完全降解并且SMP也得到了充分降解,此時(shí)系統(tǒng)的SMP量相對(duì)較少。與HRT58h相比,HRT12h時(shí)表現(xiàn)出相對(duì)較低的BEPS濃度,這歸因于較長的HRT導(dǎo)致進(jìn)水基質(zhì)不能滿足微生物營養(yǎng)所需,BEPS中多糖被微生物作為碳源而降解。通過觀察BEPS可以發(fā)現(xiàn),12h時(shí)的BEPS含量最低,但有機(jī)膜污染并不是最輕的。觀察SMP的情況發(fā)現(xiàn),當(dāng)HRT512h時(shí),二者SMP含量均為高值,對(duì)應(yīng)有機(jī)膜污染也較為嚴(yán)重。因此,FO膜表面有機(jī)污染的程度主要取決于反應(yīng)器內(nèi)的SMP含量。

2.5.3 膜表面污染物SEM-EDS分析

FO原膜和污染膜的表面形貌如圖10所示。可知,原膜活性層表面平整且光滑,14d后污染膜活性層覆蓋了一層污染物,且當(dāng)HRT8h時(shí)膜沉積的污染物最少。

14.jpg

原膜和污染膜的EDS圖譜結(jié)果表明,原膜主要有C、O兩種元素,而污染膜中出現(xiàn)了Na、MgAl、Si、P、KCa、Fe等新元素,存在于FO膜表面和內(nèi)孔中。其中,Al、Si、K來自于接種活性污泥,其余元素來自于進(jìn)水基質(zhì),具體元素含量見表2

15.jpg

從表2可以看出,除C、O元素外,當(dāng)HRT12h時(shí),其他元素的相對(duì)含量百分比明顯高于HRT8h的污染膜(除Na外),而HRT5hNa、Mg、PS、K、Ca、Fe等元素相對(duì)含量百分比高于HRT8h的污染膜,說明HRT8hFO膜無機(jī)污染相對(duì)較輕,與形貌分析結(jié)果一致,這歸因于FO膜活性層的高排斥性和支撐層中的高內(nèi)部濃差極化水平。

3、結(jié)論

①在MF-OMBR系統(tǒng)中,反應(yīng)器HRT越大,鹽分積累越明顯,但整體處于低鹽水平。HRT5、812h14d通量下降率分別為54.8%、49.8%67.3%,造成通量下降差異的原因是不同HRT產(chǎn)生ICP現(xiàn)象及膜污染程度不同。

②當(dāng)HRT5、812h時(shí),MF-OMBR系統(tǒng)對(duì)生活污水的處理效果良好,MFFO對(duì)TOC和氨氮的去除率分別達(dá)到93.0%95.6%以上,FO對(duì)TNTP的去除率分別達(dá)到77.0%98.7%以上。當(dāng)HRT5h時(shí),MF低品質(zhì)出水占比過大,HRT12h時(shí)需要的構(gòu)筑物占地面積較大。從技術(shù)經(jīng)濟(jì)性角度考慮,HRT8h較合適。此時(shí)MF-OMBR系統(tǒng)可以獲得符合《城市污水再生利用城市雜用水水質(zhì)》(GB/T189202020)的MF出水和高品質(zhì)的汲取液(FO出水)。

③在MF-OMBR系統(tǒng)中,相比于HRT512h,當(dāng)HRT8h時(shí)SMP平均濃度較低,BEPS平均濃度在HRT12h的條件下明顯下降。FTIR和量化分析結(jié)果表明,HRT不會(huì)影響FO膜表面有機(jī)物的種類,但不同HRT條件下有機(jī)物濃度相差甚遠(yuǎn)。膜表面主要有機(jī)物為蛋白質(zhì)和多糖,HRT8h的污染物濃度遠(yuǎn)低于512h的,其污染程度主要取決于FO膜表面的SMP含量。(來源:西安建筑科技大學(xué)環(huán)境與市政工程學(xué)院,陜西省膜分離重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,西安建筑科技大學(xué)網(wǎng)絡(luò)與信息化管理處,中國建筑設(shè)計(jì)研究院有限公司)

相關(guān)推薦
技術(shù)工藝案例