摘要:本文對以聚乙烯微孔管為膜組件的分離/ 曝氣微孔膜- 生物反應(yīng)器進行了研究。通過對微孔膜組件進行分離/ 曝氣交替運行,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、運行管理方便等突出優(yōu)點,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,能耗相對較低[3 - 4 ] ,近年來受到了特別關(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實際廢水的處理效果。

1 試驗裝置與方法

1. 1 試驗裝置

所用試驗裝置如圖1 所示。生物反應(yīng)器為一長方體容器(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膜天集團公司生產(chǎn)的聚乙烯微孔管,型號為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電磁閥與進氣管和出水管連接,出水管上裝有水銀壓差計,然后與抽吸泵相連,在抽吸泵的負壓下經(jīng)過濾獲得系統(tǒng)出水。

1. 2 試驗方法

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行周期交替充當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,充當過濾分離器;膜組件M2 與進氣管相通,充當曝氣器,生物反應(yīng)器內(nèi)的活性污泥混合液被強制循環(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,充當過濾分離器;膜組件M1 與進氣管相通,充當曝氣器,此時,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。在任一運行時刻,整個系統(tǒng)均處于好氧狀態(tài),并且連續(xù)出水。試驗原水取自某學(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。每一次試驗結(jié)束后,均采用次氯酸鈉溶液(活性氯含量約為萬分之一) 對膜組件進行化學(xué)清洗(浸泡時間約為12 小時) ,以清除膜污染,恢復(fù)并測其清水膜通量到試驗前的水平,如此方進行下一次試驗。

2 結(jié)果與討論

2. 1 分離/ 曝氣交替運行對膜過濾性能的影響

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,以考察分離/ 曝氣交替運行對膜過濾性能的影響,具體的試驗條件如表1 所示,其中T 為分離/ 曝氣交替運行周期(h) 。

1) 膜曝氣對膜過濾性能的恢復(fù):首先在Run - 1 試驗條件下考察了膜曝氣對膜過濾性能的恢復(fù)效果(圖2) 。結(jié)果表明,盡管在3 小時的過濾時間內(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/ 曝氣交替運行周期對膜過濾性能的影響:由于在每一運行周期內(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價指標,即Ja = QT/ ( Sm3 T) ,式中QT 為膜組件在每一運行周期內(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 四個試驗條件下平均膜通量J a 的變化情況,圖中每一個J a 值所對應(yīng)的時刻為所在運行周期的中點?？梢钥闯?當過濾/ 曝氣交替運行的周期在1～6h 之間變化時,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,表明在試驗時間內(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),交替運行周期的縮短也導(dǎo)致了平均膜通量的波動。這可能是因為過濾/ 曝氣交替頻繁時,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。

2. 2 分離/ 曝氣微孔膜- 生物反應(yīng)器對生活污水的處理效果

當采取如1. 2 所述的方法進行分離/ 曝氣微孔膜- 生物反應(yīng)器處理生活污水的連續(xù)試驗時,也考察了該類反應(yīng)器對COD 及NH3 - N 等污染物的去除情況,以評價其對實際廢水的處理效果。

1) COD 去除效果:圖4 顯示的是在整個連續(xù)試驗中進水、上清液和PE - 4 膜組件出水的COD 以及整個系統(tǒng)對COD 的總?cè)コ实淖兓闆r。從進水COD 的變化來看,試驗用原水屬低強度的生活污水,COD平均值為146mg/ L 。上清液COD 較之進水有大幅下降,平均值為29mg/ L ,表明試驗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,并且可以進一步強化生物反應(yīng)器的COD 去除效果。整個系統(tǒng)對COD 的總?cè)コ势骄^85 %。

2) 氨氮去除效果:圖5 顯示的是在整個連續(xù)試驗中進水、上清液和PE - 4 膜組件出水的NH3 - N 以及整個系統(tǒng)對NH3 - N 的總?cè)コ实淖兓闆r。進水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 ,表明試驗階段活性污泥具有很高的硝化能力。整個系統(tǒng)對NH3 - N 的總?cè)コ势骄^98 %，同時可以查看中國污水處理工程網(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) 對微孔管膜組件進行分離/ 曝氣交替運行,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)定運行。

2) 考察了膜組件的分離/ 曝氣交替運行周期對連續(xù)運行過程中膜過濾性能的影響。當交替運行周期由6h 變化到1h ,初始膜通量在60～140 L·(m2·h) - 1變化時,系統(tǒng)在連續(xù)運行過程中每一運行周期內(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:

[1 ] 黃霞. 膜生物反應(yīng)器廢水處理工藝的研究進展[J ] . 環(huán)境科學(xué)研究,1998 ,11 (1) :40 - 44.

[2 ] ADHAM S ,GAGLIARDO P ,BOULOS L. Feasibility of the membrane bioreactor process for water reclamation[J ] .Water Science and Technology , 2001 ,43 (10) :203 - 209.

[3 ] YAMAMOTO K, HIASA M, MAHMOOD T. Direct solid - liquid separation using hollow fiber membrane in an activated sludge tank[J ] .Water Science and Technology , 1989 ,21 (4 - 5) :43 - 54.

[4 ] UEDA TATSUKI , HATA KENJ I. Domestic wastewater treatment by a submerged membrane bioreactor with gravitational filtration[J] .Water Research August , 1999 ,l33 (12) : 2888 - 2892.

[5 ] WAKEMAN R J , WILLIAMS C J . Additional techniques to improve microfiltration [J ] . Separation and Purification Technology ,2002 , (26) :3 - 18.

[6 ] 劉銳. 一體式膜- 生物反應(yīng)器長期運行中的膜污染控制[J ] . 環(huán)境科學(xué),2000 ,21 (2) :58 - 61.

[7 ] SCOTTJ A , NEILSON D J , LIU W. A dual function membrane bioreactor system for enhanced aerobic remediation of high2strength industrial waste[J ] .Water Science and Technology , 1998 ,38 (4 - 5) :413 - 420.

[8 ] 顧國維. 膜生物反應(yīng)器[M] . 北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2002.

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