分體式膜生物反應器處理污水性能研究

分體式膜生物反應器處理污水性能研究

膜生物檢測器（ngr）是一種將膜與生物器官結合的污水處理技術。與傳統(tǒng)的活性廢水處理方法相比，abr具有許多優(yōu)點。根據(jù)膜和生物器官之間的位置關系，將mlr分為兩種類型：分段膜和組合式。分段膜生物檢測器（rcr）是將膜組件與生物器官分離，用水泵將混合物加壓至膜組件，然后將濃縮液回收至生物檢測器，并過濾多余部分作為水。同時，生物病毒檢測器（smbr）是將膜組件浸泡到生物裝置中，通過真空抽吸或虹吸分離收集濾液。為了緩解膜污染，膜側(cè)廢水的速度通常為2.5ms，相應的能耗（4.12wh.3m）。在這項工作中，我們研究了rr的操作條件、臨界膜的體積以及改善膜的體積是的方法。1測試安裝1.1內(nèi)壓式聚丙烯中空纖維微濾膜RMBR試驗裝置見圖1,主要由生物反應器和膜組件2部分組成.生物反應器是活性污泥曝氣池,有效容積25L.膜組件為內(nèi)壓式聚丙烯中空纖維微濾膜(杭州浙大凱華膜技術有限公司生產(chǎn)),纖維內(nèi)徑300μm,壁厚40μm,平均孔徑0.02～0.2μm,有效膜面積0.087m2.污水從原水箱進入生物反應器,泥水混合液從生物反應器經(jīng)循環(huán)泵送入膜組件,濃縮液循環(huán)回生物反應器,濾過液作為出水.1.2conh2onh3-p試驗用模擬廢水,由奶粉、可溶性淀粉、Na2HPO4·12H2O、CO(NH2)2、Na2CO3等配制而成,CODCr:312～584mg/L,NH3-N:16～40mg/L(C∶N∶P約100∶5∶1).1.3生物反應器中pac的添加量本試驗從2002-02-25開始污泥曝氣培養(yǎng)(污泥取自杭州中策啤酒廠廢水處理車間),03-13日開始連續(xù)運行.試驗主要工藝參數(shù)見表1.試驗共分4個階段.第1階段(03-13～04-03),考察RMBR運行效果及溫度對膜通量的影響.第2階段(04-04～05-07),考察各膜側(cè)流速條件下的臨界膜通量及不同清洗方法對受污染膜的清洗效果.第3階段(05-08～06-02),考察添加PAC對臨界膜通量,臨界循環(huán)比及COD去除效果的影響.向生物反應器中添加粉末PAC(<120目)的量為0.5g/L,操作中損失的PAC都及時補充以維持混合液中PAC的濃度不變.PAC在加入生物反應器以前用混合液進行了曝氣培養(yǎng).第4階段(06-03～06-19),考察同時添加PAC及硫酸鋁(Al2(SO4)3·18H2O)對臨界膜通量,臨界循環(huán)比及COD去除效果的影響.PAC加入生物反應器中,添加量同第3階段;硫酸鋁加入原水中,添加量為0.1mmol/L.2分析與討論的結果2.1cod的去除RMBR出水在運行4d后達到穩(wěn)定(圖2),COD去除率在第4天已達96.5%.這是由于膜的截留作用使微生物在反應器中富集,同時膜表面凝膠層的形成也起到了一定的截留作用.在長期運行中,即使進水CODCr在312～584mg/L,膜通量在35～85L/(m2·h)的范圍內(nèi)變化,出水COD數(shù)值也較穩(wěn)定,始終低于15mg/L,表現(xiàn)出良好的穩(wěn)定性和抗沖擊負荷能力(圖3).添加PAC后出水COD降低,CODCr<4.22mg/L,COD去除率增至98.9%～99.9%(圖3).這一方面是由于PAC的吸附作用;另一方面,添加PAC后,污泥絮體結構松散,難以沉降,也可能造成COD去除效果的增強.但同時添加PAC和硫酸鋁對COD去除效果的提高卻不明顯.同時添加PAC和硫酸鋁時,污泥絮凝性變好,沉降比(SV)降至36%～54%.COD去除效果雖然下降,但仍然比未添加時高.2.2硫酸鋁的加入對nh3-n的影響RMBR對NH3-N具有良好的去除效果,這得益于膜的截留使世代周期長的硝化菌得以富集.出水無色、無味,SS未檢出,濁度也很低(表2),顯示出膜對膠體和微生物的完全截留.但硫酸鋁的加入使出水NH3-N增至2.46～3.23mg/L,這可能是硫酸鋁的加入抑制了硝化作用.2.3pac處理后膜側(cè)流速對臨界膜通量的影響臨界膜通量(CriticalMembraneFlux,CMF)指不隨時間下降的平衡膜通量.在該條件下,粒子脫離膜表面的速率與沉積速率相等,達成動態(tài)平衡.本試驗中,每次考察臨界膜通量時,先讓清洗過的膜在該流速下以低膜通量運行2～3h,穩(wěn)定后調(diào)節(jié)至考察的膜通量,連續(xù)運行1d,如果透膜壓力不增大,膜通量下降不大于2.5%,則把該通量作為膜的平衡通量,其最大值即臨界膜通量.從圖4可見,臨界膜通量隨膜側(cè)污水流速的增大而增大.添加PAC后,膜側(cè)流速在0.9～1.9m/s時,臨界膜通量比未添加時高出約4～10L/(m2·h).添加PAC,組合添加PAC和硫酸鋁可有效提高臨界膜通量.在1.9m/s的膜側(cè)流速下,臨界膜通量可從72L/(m2·h)分別增至76L/(m2·h)和81L/(m2·h).添加PAC后,PAC粒子增強了循環(huán)液對膜表面的剪切、擦洗作用,延緩了膜污染的形成.另外,PAC的吸附作用不僅減少了微生物對膜的污染,而且作為有機大分子膠粒(團)和微生物的載體,也使微細粒子的數(shù)目減少,而小粒徑粒子比大粒徑粒子更易造成膜孔堵塞,這在一定程度延緩了污染物在膜表面的形成,提高了臨界膜通量.同時添加PAC和硫酸鋁時,由于硫酸鋁的絮凝作用,體系中的小粒徑粒子數(shù)目進一步減少,膜污染得到進一步的延緩,臨界膜通量也進一步增大.2.4臨界循環(huán)比定義臨界循環(huán)比為經(jīng)過膜組件的循環(huán)水量與臨界膜通量之比,它反應了膜的透水能力與體系的能耗,循環(huán)比值越低,能耗也越低.在臨界循環(huán)比下,體系的能耗已降至最低程度.添加PAC及組合添加PAC和硫酸鋁時臨界循環(huán)比比未添加時分別低約10%和20%(圖5).2.5透膜通量與溫度隨著溫度的升高,泥水混合液粘度降低,膜通量隨之升高(見圖6).在溫度22℃～30℃,透膜壓力70kPa,膜側(cè)流速1.3m/s的條件下,每增大1℃,膜通量增大1.9%.2.6水+堿洗,水+水+堿洗經(jīng)過一段時間運行,透膜壓力升高,膜通量下降,這表明膜已污染.膜污染是由于微粒,膠體粒子或溶質(zhì)大分子在膜表面和膜孔吸附、沉積,造成孔徑變小或堵塞.本試驗用3種方法對已污染的膜進行清洗:水洗,水+堿洗,水+堿洗+酸洗.水洗是用自來水從膜出水側(cè)進行反沖洗至基本無污染物流出;水+堿洗是水洗后用1%(W)的NaOH溶液浸泡1h,再水洗;水+堿洗+酸洗是水+堿洗后用0.5%(W)HCl溶液浸泡1h,再水洗.對于已污染的膜,水清洗,水+堿洗,水+堿+酸洗可使膜通量分別恢復至新膜的47%、83%、94%(圖7).在本試驗連續(xù)運行的100d中,RMBR可在無任何清洗的條件下連續(xù)運行14d[透膜壓力65kPa,膜側(cè)流速1.3m/s,膜通量35L/(m2·h)]而膜未污染.更長的運行時間或操作條件的變化可能會導致膜逐漸污染.定期對膜進行清洗可有效去除膜污染,增大通量,降低能耗.3pac用于廢水回用的污染治理膜的制備通量(1)RMBR處理廢水可長期穩(wěn)定運行,在廢水水質(zhì)為CODCr:312～584mg/L,NH3-N∶16～40mg/L,出水CODCr在運行4d后<15mg/L并穩(wěn)定,COD去除率>96.5%,濁度<0.17NTU,SS未檢出,NH3-N<1.53mg/L.(2)向生物反應器添加PAC0.5g/L(混合液)可提高出水水質(zhì),出水CODCr<4.22mg/L,COD去除率增至98.9%～99.9%.(3)廢水膜側(cè)流速在0.9～1.9m/s范圍內(nèi),臨界膜通量隨膜側(cè)流速的增大而增大.添加PAC,組合添加PAC和Al2(SO4)3·18H2O可提高臨界膜通量.在膜側(cè)流速1.9m/s下臨界膜通量可從72L/(m2·h)分別增至76L/(m2·