雙功能陶瓷膜生物反應(yīng)器處理廢水的研究

1、    雙功能陶瓷膜生物反應(yīng)器處理廢水的研究            作者：張永明1 程旖旎1 時間：2007-11-24 17:49:00                     論文作者：張永明1 程旖旎1 石英麗1 施漢昌2 錢易2摘要

2、：利用膜生物反應(yīng)器（Membrane Bioreactor， MBR）處理廢水正在受到人們的關(guān)注。而無機(jī)膜生物反應(yīng)器（Inorganic Membrane Bioreactor， IMBR）則是在MBR基礎(chǔ)上興起的。IMBR的核心是采用無機(jī)膜，與有機(jī)膜比較，無機(jī)膜具有化學(xué)穩(wěn)定性好、熱穩(wěn)定性高、機(jī)械性能優(yōu)異、通量大、壽命長、容易清洗等優(yōu)點(diǎn)，但也存在著制造成本高，運(yùn)行費(fèi)用大等問題，特別是容易堵塞的問題。 關(guān)鍵詞：生物反應(yīng)器 陶瓷膜 通量  利用膜生物反應(yīng)器（Membrane Bioreactor， MBR）處理廢水正在受到人們的關(guān)注。而無機(jī)膜生物反應(yīng)器（Inorganic Membran

3、e Bioreactor， IMBR）則是在MBR基礎(chǔ)上興起的。IMBR的核心是采用無機(jī)膜，與有機(jī)膜比較，無機(jī)膜具有化學(xué)穩(wěn)定性好、熱穩(wěn)定性高、機(jī)械性能優(yōu)異、通量大、壽命長、容易清洗等優(yōu)點(diǎn)，但也存在著制造成本高，運(yùn)行費(fèi)用大等問題，特別是容易堵塞的問題。本研究針對上述陶瓷膜容易堵塞的問題。提出了一種新的膜生物反應(yīng)器的設(shè)計方案。即將陶瓷膜設(shè)計成U型管狀，并置于反應(yīng)器內(nèi)，成為內(nèi)置式膜反應(yīng)器。該陶瓷膜既可以曝氣，又可以進(jìn)行抽濾，形成一種具有雙重功能的陶瓷膜，在處理廢水的同時不斷地進(jìn)行曝氣/抽濾的切換。而曝氣的同時又是對陶瓷膜的反吹，以解決陶瓷膜容易堵塞的問題，從而提高反應(yīng)器處理廢水時的效率。這一設(shè)計目前

4、在國內(nèi)外尚未見報道。1.實(shí)驗(yàn)方法1.1 生物反應(yīng)器和陶瓷膜圖1所示是雙功能陶瓷膜生物反應(yīng)器的示意圖，其有效體積約2.5L。反應(yīng)器內(nèi)部裝有2組U型管狀陶瓷膜，在反應(yīng)器的底部有陶瓷膜的接口，可分別接上曝氣和抽濾裝置。在處理廢水的時候可定時地進(jìn)行曝氣/抽濾的切換。反應(yīng)器內(nèi)另裝有可拆卸的蜂窩狀的陶瓷載體，該載體的作用是使微生物能附著生長在其上，以提高生物相濃度。反應(yīng)器中間安裝有一擋板，可使廢水在反應(yīng)器內(nèi)形成內(nèi)循環(huán)以強(qiáng)化氣液傳質(zhì)。U型管狀陶瓷膜的微孔孔徑為60100mm，每個陶瓷膜過濾面積為40.69cm2。1.2 廢水在降低水樣濁度試驗(yàn)時，選用兩種濁度的水樣。低濁度的水取自池塘水，內(nèi)含有細(xì)小的膠體懸浮

5、物。而高濁度的水樣，是在取自池塘水樣中加入一些泥土，以提高其濁度。在降解廢水時，在取自池塘的水中添加適量的葡萄糖及氮、磷等元素配制的模擬廢水。1.3 生物膜的形成 當(dāng)采用生物膜方法處理廢水時，首先用肉湯培養(yǎng)基，接入少量菌種。搖瓶培養(yǎng)48h，待微生物生長到一定濃度后，將該菌液加入到反應(yīng)器中，使微生物吸附在多孔陶瓷載體上，經(jīng)過一段時間的培養(yǎng)形成生物膜。1.4 陶瓷膜通量的測試為了考察陶瓷膜通量隨抽濾時間的變化情況。分別用前述的高、低2種濁度的水樣進(jìn)行試驗(yàn)。 每隔一定時間用型號為WGZ-1數(shù)字式濁度儀（上海產(chǎn)）測定抽濾后出水的濁度，并和同類廢水在自然沉降情況下進(jìn)行比較。此外還在1h內(nèi)分為6個階段考察

6、陶瓷膜通量的變化規(guī)律以及經(jīng)過曝氣反吹之后，膜通量的恢復(fù)情況。1.5 廢水的生物處理試驗(yàn)在反應(yīng)器中安裝陶瓷載體，待形成生物膜之后，分別進(jìn)行間歇和連續(xù)生物處理模擬廢水的試驗(yàn)。此時每隔0.5h進(jìn)行一次曝氣/抽濾的切換，以保持陶瓷膜的通量，并定時從抽濾膜處取樣并測定水樣的COD和濁度。2.結(jié)果和討論2.1 出水濁度的變化 分別用兩種濁度的水樣，經(jīng)過陶瓷膜的過濾考察其濁度的變化情況。圖2是采用濁度為47的水樣，經(jīng)過陶瓷膜抽濾后其濁度的變化情況。從圖中可以看出，經(jīng)過陶瓷膜抽濾后其濁度下降至平均23左右，平均濁度下降率為51%。分析圖中濁度變化曲線可以看出，抽濾后水樣的濁度有一定幅度的變化，這說明陶瓷膜對渾

7、濁水的過濾主要是通過在陶瓷表面形成的過濾層進(jìn)行的。由于反應(yīng)器內(nèi)循環(huán)水流的攪動，過濾層的形成尚不穩(wěn)定，所以出水濁度便有一些波動。從圖中還可以看出，在抽濾的前期，是過濾層形成階段，出水的濁度比后期的濁度要高。從5h以后，濁度穩(wěn)定在20左右，總的趨勢是濁度逐漸下降，平均濁度下降了57%。 圖3是采用濁度為320的水樣經(jīng)過陶瓷膜抽濾后其濁度的變化情況。從圖中可以看出，在前20min，出水濁度逐漸下降，此時是過濾層的形成過程，20min之后，出水的濁度就降低至120左右，廢水濁度的下降率為62%，并且穩(wěn)定在這個范圍。 分析兩種濁度的水樣的下降情況，由于低濁度水中主要是細(xì)小的懸浮物，所形成過濾層的孔徑就比

8、較小。因而出水濁度相對就比較小。而高濁度的水中主要含有的是較大顆粒的泥土，所形成的過濾層的孔徑相對較大，因而出水濁度也就較高。為了與陶瓷膜過濾進(jìn)行比較，對同類廢水進(jìn)行自然沉降的比較試驗(yàn)。圖4和圖5分別是采用濁度為58和390的2種水樣經(jīng)過自然沉降，其濁度下降的情況。從圖4可以看出，低濁度廢水經(jīng)過10h的自然沉降后，其濁度下降到25，而24h后，濁度降到18。從圖5可以看出，高濁度的廢水經(jīng)過4h的自然沉降，廢水濁度的下降率為60%，此后濁度緩慢下降。從上述試驗(yàn)結(jié)果可以看出，采用池塘水，由于水中含有較多的懸浮物，主要是一些浮游性的膠體物質(zhì)，其自然沉降速率較慢，在此種情況下，陶瓷膜過濾的效果就相當(dāng)于

9、其自然沉降1024h的結(jié)果。而高濁度的水，由于是在水中加入了泥土，其沉降速率較快，同時也會吸附懸浮的膠體物質(zhì)共同沉降，所以陶瓷膜過濾的效果就相當(dāng)于其自然沉降4h的結(jié)果。2.2 陶瓷膜通量的變化用陶瓷膜連續(xù)進(jìn)行抽濾時，其膜通量會逐漸下降。下降的幅度是進(jìn)行廢水處理時的主要工藝參數(shù)。圖6所示是用低濁度水進(jìn)行的膜通量恢復(fù)性能的試驗(yàn)。進(jìn)水濁度:47，出水濁度:23。試驗(yàn)時，在60min內(nèi)每隔10min測定一次膜通量，考察其膜通量的變化情況。每次測試之后，均曝氣10min，從實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以看出，經(jīng)過短時間曝氣均能基本恢復(fù)到原來的水平。最后膜通量可穩(wěn)定在180200 (l/h·m2)之間。圖7是用高

10、濁度水進(jìn)行的膜通量恢復(fù)試驗(yàn)。連續(xù)進(jìn)行了3次試驗(yàn)，每次抽濾45min，然后曝氣8min。從圖7可以看出，經(jīng)過短時間的曝氣，膜通量也基本恢復(fù)到原來的水平。2.3 處理廢水的試驗(yàn)在反應(yīng)器內(nèi)安裝蜂窩陶瓷載體，讓微生物附著生長在陶瓷膜上形成生物膜，用該方法處理模擬廢水時，分別進(jìn)行了間歇和連續(xù)處理模擬廢水的試驗(yàn)，以考察用該反應(yīng)器處理廢水時的效果。圖8是間歇處理模擬廢水時COD降解的曲線。圖9是連續(xù)處理廢水時COD降解的曲線。連續(xù)處理時，平均水力停留時間約113min。從圖8中可以看出，經(jīng)過3h的間歇處理，廢水的COD就降解了92%，COD負(fù)荷約為1.1kgCOD/(m3·d)。從圖9可以看出，連續(xù)處理時，經(jīng)過6h之后，廢水COD的去除率就穩(wěn)定在90%以上，此時的COD負(fù)荷約為1。5kgCOD/(m3·d)。用生物膜法處理模擬廢水時，每0.5h進(jìn)行一次曝氣/抽濾的切換，使膜通量保持在290320 l/(h·m2)其出水的濁度從47下降到19。由于采用陶瓷作為生物膜的載體，有效地避免了污泥過多堵塞陶瓷膜，造成陶瓷膜通量下降。3.結(jié)論根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果分析，陶瓷膜的過濾作用主要是通過在陶瓷膜表面形成過濾層實(shí)現(xiàn)的。用雙功能陶瓷膜生物反應(yīng)器處理廢水時，由于可以進(jìn)行抽濾/曝氣的切換，從而有效地