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(cè)器（pmr）采用膜過(guò)濾法代替?zhèn)鹘y(tǒng)的活性污水處理二沉池，實(shí)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(yùn)營(yíng)管理簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)。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(duì)COD和NH3-N的去除效果,研究了運(yùn)行條件(抽吸壓力和抽、停時(shí)間比)對(duì)膜污染的影響,并考察了不同清洗方法的清洗效果。1試驗(yàn)部分1.1反應(yīng)器內(nèi)抽吸量的測(cè)定試驗(yàn)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(méi)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(cè)定抽吸壓力,曝氣量由轉(zhuǎn)子流量計(jì)測(cè)定。試驗(yàn)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(jiàn)表1。1.2cod、nh3-n試驗(yàn)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(yàn)設(shè)計(jì)及過(guò)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(jiàn)表2。試驗(yàn)分為4個(gè)部分:第1部分考察SMBR對(duì)COD和NH3-N的去除效果;第2部分考察抽吸壓力對(duì)初始膜通量和膜污染的影響;第3部分考察抽、停時(shí)間比對(duì)膜污染的控制效果;第4部分考察不同清洗方法對(duì)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(duì)COD的去除效果見(jiàn)圖2。由圖2可以看出,SMBR運(yùn)行初期出水COD偏高,其原因是在制膜過(guò)程中,用85%的乙醇對(duì)膜進(jìn)行了親水化處理,運(yùn)行初期部分乙醇隨水流失造成出水COD偏高。運(yùn)行5h后,出水COD達(dá)到較低水平(48.62mg/L)。運(yùn)行1d后,對(duì)COD的去除率>90%。在長(zhǎng)期運(yùn)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(cè)定)的波動(dòng)不會(huì)影響出水COD的穩(wěn)定性,說(shuō)明膜本身以及運(yùn)行中在膜面形成的泥餅層對(duì)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(zhǎng)的硝化菌得以在反應(yīng)器內(nèi)富集,因此SMBR對(duì)NH3-N具有良好的去除效果(見(jiàn)圖3)。由圖3可以看出,反應(yīng)器運(yùn)行5d后對(duì)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(duì)NH3-N基本沒(méi)有去除作用,這是因?yàn)镹H3-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(wú)色、無(wú)味,未檢出SS,出水濁度在反應(yīng)器運(yùn)行3min后達(dá)到穩(wěn)定,長(zhǎng)期運(yùn)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(dòng),較膜出水濁度高,但也處于較低水平,說(shuō)明在整個(gè)試驗(yàn)期間,活性污泥的沉降性能良好。2.2期運(yùn)行時(shí)間與膜面積累積的計(jì)算調(diào)整抽、停時(shí)間比(簡(jiǎn)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(jiàn)圖4。膜通量通過(guò)一個(gè)抽、停周期內(nèi)的出水量除以周期運(yùn)行時(shí)間(10min)與膜面積的乘積計(jì)算得到。由圖4可以看出,不同抽停比下,膜通量的衰減趨勢(shì)基本相同,說(shuō)明膜在運(yùn)行過(guò)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?yàn)槌橥１仍叫t一個(gè)周期內(nèi)的工作時(shí)間越短,造成總產(chǎn)水量降低。隨著運(yùn)行時(shí)間的延長(zhǎng),抽停比越小則膜通量衰減越緩慢,這是因?yàn)樵趩沃芷谶\(yùn)行時(shí)間一定的情況下,抽停比越小則運(yùn)行中的空曝時(shí)間越長(zhǎng),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(zhǎng)期運(yùn)行結(jié)果來(lái)看,抽停比為8∶2時(shí)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(yùn)行時(shí)間的變化,結(jié)果見(jiàn)圖5。由圖5可見(jiàn),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(shí)的膜通量變化趨勢(shì)相近,抽吸壓力為40kPa時(shí),膜通量下降較為迅速。運(yùn)行一段時(shí)間后,抽吸壓力為10、20、30kPa時(shí)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(shí)膜通量始終呈迅速下降趨勢(shì),直至小于上述3種抽吸壓力下的膜通量,說(shuō)明SMBR運(yùn)行中存在一個(gè)臨界壓力,當(dāng)反應(yīng)器在抽吸壓力高于臨界壓力下運(yùn)行時(shí),會(huì)使沉積在膜表面的污染物變得密實(shí),使更多的污染物堵塞膜孔,造成不可逆污染,從而嚴(yán)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(yùn)行,試驗(yàn)中確定的臨界壓力為30kPa。2.4水浸和沖洗試驗(yàn)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(duì)已污染的膜進(jìn)行了清洗?？掌貧鈺r(shí),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(dòng)對(duì)膜表面的沉積層進(jìn)行沖刷;水洗是采用大量自來(lái)水對(duì)膜進(jìn)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(duì)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?jiàn),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(yàn)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(jìn)水COD為172~331mg/L的條件下,出水COD在系統(tǒng)運(yùn)行1d后即可達(dá)到穩(wěn)定(<20mg/L),對(duì)COD的去除率>90%;系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行后,對(duì)NH3-N的去除率>90%;出水中未檢出SS,出水濁度在系統(tǒng)運(yùn)行3min后達(dá)到穩(wěn)定,長(zhǎng)期運(yùn)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(yùn)行中的空曝時(shí)間越長(zhǎng),會(huì)造成產(chǎn)水量降低,因此抽停比并不是越小越好,從長(zhǎng)期運(yùn)行效果來(lái)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(yùn)行過(guò)程中存在一個(gè)臨