聚丙烯中空纖維膜生物反應(yīng)器處理污水性能研究

聚丙烯中空纖維膜生物反應(yīng)器處理污水性能研究

膜生物檢測器（pmr）采用膜過濾法代替?zhèn)鹘y(tǒng)的活性污水處理二沉池，實現(xiàn)水和土壤的分離。它具有效率高、出水率好、設(shè)備緊湊、占地面積小、運營管理簡單等優(yōu)點。筆者采用一體式膜生物反應(yīng)器(SMBR)處理模擬生活污水,考察了其對COD和NH3-N的去除效果,研究了運行條件(抽吸壓力和抽、停時間比)對膜污染的影響,并考察了不同清洗方法的清洗效果。1試驗部分1.1反應(yīng)器內(nèi)抽吸量的測定試驗裝置如圖1所示。反應(yīng)器的有效容積為40L,簾式中空纖維膜組件浸沒于反應(yīng)器內(nèi)的混合液中,膜組件正下方設(shè)置曝氣頭,出水采用隔膜泵抽吸出反應(yīng)器,出水管道上安裝真空表,用以測定抽吸壓力,曝氣量由轉(zhuǎn)子流量計測定。試驗用簾式中空纖維膜組件的材質(zhì)為聚丙烯,膜組件的主要參數(shù)見表1。1.2cod、nh3-n試驗用模擬生活污水采用奶粉、葡萄糖、氯化銨、磷酸二氫鈉等人工配制而成,COD為172~331mg/L,NH3-N為23~27mg/L。1.3試驗設(shè)計及過程接種污泥取自武漢水質(zhì)凈化廠的二沉池回流污泥,SMBR的主要工藝參數(shù)見表2。試驗分為4個部分:第1部分考察SMBR對COD和NH3-N的去除效果;第2部分考察抽吸壓力對初始膜通量和膜污染的影響;第3部分考察抽、停時間比對膜污染的控制效果;第4部分考察不同清洗方法對受污染膜的清洗效果。2結(jié)果與討論2.1膜的去除效果及效果SMBR對COD的去除效果見圖2。由圖2可以看出,SMBR運行初期出水COD偏高,其原因是在制膜過程中,用85%的乙醇對膜進行了親水化處理,運行初期部分乙醇隨水流失造成出水COD偏高。運行5h后,出水COD達到較低水平(48.62mg/L)。運行1d后,對COD的去除率>90%。在長期運行中,出水COD一直處于較低水平(<20mg/L)。另外,上清液COD(反應(yīng)器中混合液靜沉1h后測定)的波動不會影響出水COD的穩(wěn)定性,說明膜本身以及運行中在膜面形成的泥餅層對穩(wěn)定出水水質(zhì)具有一定的積極作用。由于膜的截留作用使世代周期較長的硝化菌得以在反應(yīng)器內(nèi)富集,因此SMBR對NH3-N具有良好的去除效果(見圖3)。由圖3可以看出,反應(yīng)器運行5d后對NH3-N的去除率>90%。比較上清液和膜出水中的NH3-N濃度可以看出,膜對NH3-N基本沒有去除作用,這是因為NH3-N的分子質(zhì)量很小,不能被膜截留,膜出水與上清液中NH3-N含量的微小差別可能是膜表面上附著的活性污泥中的硝化菌的硝化作用造成的。SMBR出水無色、無味,未檢出SS,出水濁度在反應(yīng)器運行3min后達到穩(wěn)定,長期運行中出水濁度一直保持在較低水平(<0.32NTU)。上清液的濁度在1.68~3.10NTU間波動,較膜出水濁度高,但也處于較低水平,說明在整個試驗期間,活性污泥的沉降性能良好。2.2期運行時間與膜面積累積的計算調(diào)整抽、停時間比(簡稱抽停比,單位為min)為(7∶3)、(8∶2)、(10∶0),考察不同抽停比下膜通量的變化,結(jié)果見圖4。膜通量通過一個抽、停周期內(nèi)的出水量除以周期運行時間(10min)與膜面積的乘積計算得到。由圖4可以看出,不同抽停比下,膜通量的衰減趨勢基本相同,說明膜在運行過程中發(fā)生污染的規(guī)律基本相同。由圖4還可看出,抽停比越小則初始膜通量越小,這是因為抽停比越小則一個周期內(nèi)的工作時間越短,造成總產(chǎn)水量降低。隨著運行時間的延長,抽停比越小則膜通量衰減越緩慢,這是因為在單周期運行時間一定的情況下,抽停比越小則運行中的空曝時間越長,有利于緩解污染物在膜表面的沉積,從而減慢膜通量的下降速度。從長期運行結(jié)果來看,抽停比為8∶2時的膜通量最高,所以抽停比并不是越小越好。2.3膜通量下降比較分別控制抽吸壓力為10、20、30、40kPa,考察膜通量隨運行時間的變化,結(jié)果見圖5。由圖5可見,初始膜通量隨著抽吸壓力的升高而升高。抽吸壓力為10、20、30kPa時的膜通量變化趨勢相近,抽吸壓力為40kPa時,膜通量下降較為迅速。運行一段時間后,抽吸壓力為10、20、30kPa時膜通量的下降趨于平緩,且膜通量隨抽吸壓力的升高而變大,但抽吸壓力為40kPa時膜通量始終呈迅速下降趨勢,直至小于上述3種抽吸壓力下的膜通量,說明SMBR運行中存在一個臨界壓力,當反應(yīng)器在抽吸壓力高于臨界壓力下運行時,會使沉積在膜表面的污染物變得密實,使更多的污染物堵塞膜孔,造成不可逆污染,從而嚴重影響膜通量和膜壽命。另外,抽吸壓力越高則能耗越大。因此,應(yīng)使SMBR在臨界壓力下運行,試驗中確定的臨界壓力為30kPa。2.4水浸和沖洗試驗采用空曝氣、水洗、水洗+堿洗、水洗+酸洗、水洗+堿洗+酸洗的方法對已污染的膜進行了清洗?？掌貧鈺r,加大曝氣量并停抽30min,利用曝氣產(chǎn)生的大量氣泡和水流的紊動對膜表面的沉積層進行沖刷;水洗是采用大量自來水對膜進行沖洗;水洗+堿洗是先水洗,再用1%的NaOH溶液浸泡5h,最后再用水洗;水洗+酸洗是先水洗,再用0.5%的HCl溶液浸泡5h后再水洗;水洗+堿洗+酸洗是先水洗+堿洗,再用0.5%的HCl溶液浸泡5h,最后再用水洗。對已污染的膜采用上述5種方法清洗后分別可使膜通量恢復(fù)至新膜通量的30%、46.3%、86.54%、82.36%、92%?？梢?采用水洗+堿洗+酸洗的方法可有效清除膜表面及膜孔內(nèi)的污染物,較大程度地恢復(fù)膜通量。3nh3-n的及抽停試驗及結(jié)果分析①采用一體式聚丙烯中空纖維膜生物反應(yīng)器處理模擬生活污水,在進水COD為172~331mg/L的條件下,出水COD在系統(tǒng)運行1d后即可達到穩(wěn)定(<20mg/L),對COD的去除率>90%;系統(tǒng)穩(wěn)定運行后,對NH3-N的去除率>90%;出水中未檢出SS,出水濁度在系統(tǒng)運行3min后達到穩(wěn)定,長期運行中出水濁度<0.32NTU。②抽停比越小則膜通量衰減越緩慢,但抽停比越小則運行中的空曝時間越長,會造成產(chǎn)水量降低,因此抽停比并不是越小越好,從長期運行效果來看,最佳抽停比為8∶2。③抽吸壓力越大則初始膜通量越大,但運行過程中存在一個臨