一體式平片膜生物反應(yīng)器處理抗生素廢水研究

1、一體式平片膜生物反應(yīng)器處理抗生素廢水研究    摘要：以抗生素發(fā)酵廢水為處理對象，對一體式平片膜生物反應(yīng)器在運(yùn)行過程中膜的性能進(jìn)行了研究。研究結(jié)果表明，膜的截留作用使反應(yīng)器活性污泥的質(zhì)量濃度達(dá) 15 gL，CODcr去除率達(dá)到 86%。運(yùn)用 RIS阻力模型對在線海綿擦洗的效果進(jìn)行了初步研究，認(rèn)為在線海綿擦洗對恢復(fù)膜通量和防止各種阻力因素的累積具有積極的實(shí)踐意義。 關(guān)鍵詞： 關(guān)鍵詞：抗生素廢水 廢水處理 膜生物反應(yīng)器 膜污染 膜清洗  A Study of Treatment of Wastewater from Antibiotics Prod

2、uction Using Submerged Membrane Bioreactor (SMBR)Abstract: The wastewater from fermentation in the production of antibiotics was treated by using a submerged membrane bioreactor (SMBR) and the performance of the membrane during the operation of the SMBR was studied. The results of the study showed t

3、hat the filtration effect of the memhrane enabled the concentration of the activated sludge in the reactor to reach l5 g/L and the CODcr removal rate to reach 86% respectively. A resis-tance-in-series (RIS) model was employed to preliminarily study the resuIt of the on-line sponge cleaning. lt is be

4、lieved that on-line sponge cleaning is of active and practical significance in restoring the membrane permeability and preventing the accumulation of various resistance factors.Key words: wastewater from antibiotics production; wastewatertreatment. membrane bioreactor; membrane fouling; membrane cle

5、aning 相對于傳統(tǒng)的污水處理方法，膜生物反應(yīng)器（MBR）由于其諸多優(yōu)勢1而備受青睞。而與分置式膜生物反應(yīng)器相比，一體式膜生物反應(yīng)器又具有運(yùn)行能耗低2、不因循環(huán)泵的剪切對污泥絮體產(chǎn)生不良影響3等優(yōu)點(diǎn)。本文采用平片式膜生物反應(yīng)器對抗生素廢水進(jìn)行了初步研究。1 材料與方法1.1 試驗(yàn)裝置與流程一體式膜生物反應(yīng)器試驗(yàn)裝置與工藝流程如圖1所示，該試驗(yàn)裝置由生物反應(yīng)器、一體式膜組件、膜抽吸系統(tǒng)及自動控制等系統(tǒng)組成，其中生物反應(yīng)器為活性污泥鼓風(fēng)曝氣反應(yīng)池，有效容積為47 L，反應(yīng)器中間有一隔板，一側(cè)放膜組件，組件下方設(shè)有穿孔管曝氣，在供給微生物分解廢水中有機(jī)物所需氧氣的同時(shí)，在平片膜表面形成循

6、環(huán)流速以減輕膜面污染。抽吸系統(tǒng)采用型號BT01100蘭格蠕動泵，對浸沒于反應(yīng)器的膜組件進(jìn)行抽吸。自動控制部分采用時(shí)間控制器對抽吸泵及進(jìn)水泵進(jìn)行控制。一體式MBR中的處理水經(jīng)蠕動泵抽吸進(jìn)入凈水池，凈水池的水作為膜沖洗備用。1.2 試驗(yàn)用水試驗(yàn)用水為上海某制藥廠抗生素廢水，稀釋后的廢水基本水質(zhì)情況如表1，進(jìn)水經(jīng)100目篩網(wǎng)過濾后進(jìn)入反應(yīng)器。表1 實(shí)驗(yàn)用水水水質(zhì)測試項(xiàng)目數(shù)據(jù)（CODcr）/（mg·L-1）25004000（SS）/（mg·L-1）4001000（NH3-N）/（mg·L-1）3.57.4pH值68水溫/9151.3 試驗(yàn)用膜試驗(yàn)用膜為平片膜，由中科院上海

7、原子核研究所膜分離技術(shù)研究開發(fā)中心提供，膜組件自行研制，平片膜材質(zhì)為PVDF（聚偏氟乙烯），截留分子量為 14萬，膜有效面積為0.05m2。1.4 試驗(yàn)方法1.4.1 水通量的測定水通量的測定由下式得出：J=V(A×t)（1）式中：J下所測定的實(shí)際膜通量；V下在 t時(shí)間內(nèi)實(shí)際過濾液體積；A平片膜有效面積。在測定膜水通量時(shí)，為了便于比較試驗(yàn)的不同階段水溫所帶來的差異，該試驗(yàn)將不同溫度測得的數(shù)據(jù)換算成20下的通量值，換算公式為：J20J×（w/w20） （2）式中：J20換算成20時(shí)的通量；w下純水的粘度；w2020 時(shí)純水的粘度。注：下文中的通量J皆經(jīng)上式轉(zhuǎn)換為20下的通量值

8、。1.4.2 阻力分析方法膜污染可以分為物理污染、化學(xué)污染及生物污染，對于不同的反應(yīng)器形式、生物的不同生長階段、不同的組件形式及不同的運(yùn)行方式，占主導(dǎo)地位的污染形式不同。在本試驗(yàn)中，膜污染阻力可以分為三部分：一部分為膜固有的阻力（Rm）；一部分為泥餅阻力（Rc），包括濃差極化、膜表面的吸附及沉積等形成的阻力，可以采用水沖洗。海棉擦洗等方法將其除去；另一部分為膜孔的吸附及堵塞阻力（Rf），這部分阻力可以采用化學(xué)清洗等方法全部或部分去除。通過試驗(yàn)測定的有關(guān)通量數(shù)據(jù)，用RIS（resistance一in一series）阻力模型計(jì)算出各部分阻力及其所占比例。表達(dá)式如下：Rt p（1·J1）R

9、mRcRf （3）Rmp/（0·J0）（4）Rfp（0·J0）Rm （5）Rcp（1·J1）RmRf（6）式中：0純水在2O時(shí)的粘度（0=1.0050×10-3Pa·S）；1膜過濾液粘度。測定過程如下：在不同的抽吸壓力下，用新膜對純水過濾，通過公式（4）計(jì)算出膜固有阻力；用該膜對反應(yīng)器混合液進(jìn)行過濾，利用公式（3）可以得出運(yùn)行過程中膜總阻力的瞬時(shí)值；一定時(shí)間后，把膜組件從反應(yīng)器中取出，清水無壓力清洗，并用柔軟的海綿擦去膜面吸附物，然后對純水過濾，由公式（5）得到膜孔吸附及堵塞阻力；由公式（6）可得膜表面的泥餅阻力。2 結(jié)果和討論2.1 處理效果

10、用前述工藝流程和試驗(yàn)方法，使用該制藥廠的廢水處理站的污泥接種半個(gè)月后，直接把PVDF平片膜浸沒于反應(yīng)器中以 46的周期運(yùn)行（4 min抽吸6 min停抽），反應(yīng)器的運(yùn)行參數(shù)列于表2。表2 膜生物反應(yīng)器運(yùn)行參數(shù)測試項(xiàng)目數(shù)據(jù)水溫/1520pH值6.07.6泥齡/d500水力停留時(shí)間/d1.5曝氣量（m3·h-1）1.4從圖2可以看出在此運(yùn)行過程中反應(yīng)器中MLSS的質(zhì)量濃度經(jīng)過一段時(shí)間后基本維持在15g/L左右，出水CODcr去除率為86。可見，水中懸浮和溶解的CODcr并沒有在MBR中累積。但運(yùn)行至1月中旬膜出水CODcr與上清液CODcr相比，并沒有多大差別，由此可知，PVDF膜所起的

11、作用主要是截留水中懸浮物，使MLSS維持在較高濃度，從而達(dá)到高效降解水中有機(jī)物的目的。2.2 過濾過程中的阻力分析2.2.1 膜固有阻力的測定新膜粘結(jié)后，放入純水中浸泡24 h以消除環(huán)境對膜性能的影響，調(diào)節(jié)抽吸壓力，連續(xù)測定5次對應(yīng)壓力下的通量，取其平均值，由公式（4）可以得出，膜固有阻力Rm為 1.082 × 1012m-1。2.2.2 PVDF膜放入反應(yīng)器后總阻力的變化為了考察PVDF膜在盡量長時(shí)間內(nèi)運(yùn)行中阻力的變化，我們把膜組件在設(shè)定壓力 30 kPa，（MLSS）為13.8 gL，曝氣量為 l.45 m3h的條件下放入反應(yīng)器中進(jìn)行連續(xù)抽吸運(yùn)行，由圖3可知，總阻力經(jīng)大約 25

12、min漸趨穩(wěn)定，從開始 2.81×1012m-1逐漸上升至 5.29×1012m-1。也就是，膜固有的阻力從開始占總阻力的98.6逐漸降低至52.4。可見，盡管反應(yīng)器曝氣沖刷對減弱懸浮固體向膜面吸附遷移有一定作用4，由于很高的懸浮固體濃度，導(dǎo)致較高的粘度（實(shí)測粘度高達(dá)6.3×10-3Pa·S），膜污染隨時(shí)間加劇。同時(shí)，我們也考察廠PVDF膜在設(shè)定周期（4min抽吸6 min停抽）下運(yùn)行，其間不進(jìn)行任何清洗，總阻力的變化規(guī)律如圖4所示。可見，間歇運(yùn)行 27 d，阻力達(dá)到 5.34 ×1012m-1。把連續(xù)抽吸的25 min內(nèi)阻力變化延長至 27d，充分體現(xiàn)了一體式膜生物反應(yīng)器中間歇運(yùn)行中曝氣沖刷膜面的效果。2.2.3 PVDF膜水力清洗及海綿擦洗后的阻力比較長期運(yùn)行過程中，泥餅阻力是導(dǎo)致膜通量下降的主要因素。表3所示，在1d的連續(xù)運(yùn)行過程中，泥餅阻力占總阻力的比例從開始的35.87上升至 94.01。新開發(fā)的 PVDF平片膜組件其優(yōu)點(diǎn)在于能夠通過簡單便捷的在線海綿擦洗的方法，消除泥餅阻力，如圖4，從而使水通量迅速恢復(fù)接近初始通量。表3 運(yùn)行過程中阻力分布的分析運(yùn)行時(shí)間/h阻力/（×1012m-1）RmRcRfRtRc：Rt/%11.0821.010.722.8135.871012.670.8514.6086.772435.