分体式膜-生物反应器在废水处理中的工艺条件

1、分体式膜2生物反应器在废水处理中的工艺条件吕红,徐又一3,朱宝库,徐志康,谢柏明(浙江大学高分子科学与工程学系,杭州310027摘要:对分体式膜2生物反应器(RMBR 处理废水进行了研究.进水COD Cr :312584mg/L ,RMBR 的出水COD Cr 在运行4d 后15mg/L 并稳定.向生物反应器添加015g/L (混合液的粉末活性炭(PAC 后出水COD Cr 4122mg/L.膜侧污水流速在019119m/s 范围内,临界膜通量随膜侧污水流速的增大而增大.添加PAC ,组合添加PAC 和Al 2(SO 4318H 2O 均可有效提高临界膜通量.在膜侧流速119m/s 的条件下,

2、临界膜通量从72L/(m 2h 分别增至76L/(m 2h 和81L/(m 2h .在2230范围内,每升高1可提高膜通量119%.在连续运行100d 中,RMBR 可在无任何物理,化学清洗的条件下运行14d 而透膜压力无增大,膜通量不降低.对于已污染的膜,水清洗、水碱共同清洗、水碱酸共同清洗可分别恢复至新膜膜通量的47%、83%、94%.关键词:分体式膜2生物反应器;污水处理;膜污染;临界膜通量中图分类号:X70313文献标识码:A 文章编号:025023301(20030320420061基金项目:国家自然科学基金资助项目(59833120作者简介:吕红(1972,男,硕士生,工程师,主要

3、从事污水处理与高分子材料方面的研究.收稿日期:2002206227;修订日期:20022092163通讯联系人Processing Conditions of R ecirculated MBR for W aste w ater T reatmentL Hong ,Xu Y ouyi ,Zhu Baoku ,Xu Zhikang ,Xie Boming (Department of Polymer Science and Engineer 2ing ,Zhejiang University ,Hangzhou 310027,China Abstract :In this paper ,was

4、tewater was treated with Recirculated Membrane Bio 2Reactor (RMBR and effluent quality became stable after four days running continuously.Critical membrane flux was increased with increasing crossflow ve 2locity between 019119m/s.Under crossflow velocity of 119m/s ,critical membrane flux was enhance

5、d from 72L/(m 2h to 76L/(m 2h or 81L/(m 2h respectively when powdered activated carbon (PAC or both PAC and alum were added to the system.Between 2230,the flux was elevated 119%per 1increased.Fouling materials were re 2moved efficiently through cleaning physically or/and chemically with flux recover

6、y of 47%94%.K eyw ords :recirculated membrane bioreactor ;wastewater treatment ;membrane foulin g ;critical membrane flux膜2生物反应器(Membrane Bio 2Reactor ,MBR 是将膜和活性污泥相结合的一种污水处理技术.同传统的活性污泥法相比,MBR 具有许多优点14.按膜和生物反应器的位置关系可将MBR 分为分体式和一体式2种.分体式膜2生物反应器(Recirculated Membrane Bio 2Reactor ,RMBR 是将膜组件与生物反应器分置,由

7、泵将混合液加压送至膜组件,浓缩液循环回生物反应器,滤过液作为出水;一体式膜2生物反应器(Submergered Membrane Bio 2Reactor ,SMBR 是将膜组件浸没于生物反应器中,通过负压抽吸或虹吸得到过滤液.在RMBR 中,为了延缓膜污染,膜侧废水流速一般为25m/s ,导致其能耗较高(412kW h/m 3,应用受到限制1,2,5,6.本文研究了RMBR 的运行条件,临界膜通量及提高膜通量的方法.1试验装置111装置RMBR 试验装置见图1,主要由生物反应器和膜组件2部分组成.生物反应器是活性污泥曝气池,有效容积25L.膜组件为内压式聚丙烯中空纤维微滤膜(杭州浙大凯华膜技

8、术有限公司生产,纤维内径300m ,壁厚40m ,平均孔径0102012m ,有效膜面积01087m 2.污水从原水箱进入生物反应器,泥水混合液从生物反应器经循环泵送入膜组件,浓缩液循环回生物反应器,滤过液作为出水.112试验用水第24卷第3期2003年5月环境科学ENV IRONM EN TAL SCIENCEVol.24,No.3May ,20031.原水箱2.生物反应器3.曝气泵4.混合液循环泵5.膜组件68,1图1RMBR工艺流程Fig.1Schematic diagram of recirculated membrane bioreactor试验用模拟废水,由奶粉、可溶性淀粉、Na2

9、HPO412H2O、CO(N H22、Na2CO3等配制而成,COD Cr:312584mg/L,N H32N:16 40mg/L(CNP约10051.113试验方法本试验从2002202225开始污泥曝气培养(污泥取自杭州中策啤酒厂废水处理车间,032 13日开始连续运行.试验主要工艺参数见表1.试验共分4个阶段.第1阶段(03213042 03,考察RMBR运行效果及温度对膜通量的影响.第2阶段(0420405207,考察各膜侧流速条件下的临界膜通量及不同清洗方法对受污染膜的清洗效果.第3阶段(0520806202,考察添加PAC对临界膜通量,临界循环比及COD 表1RMBR主要工艺参数T

10、able1RMBR running parameters水力停留时间(HRT/h污泥龄(SRT/h透膜压力(TMP/kPa悬浮污泥浓度(MLSS/gL-1溶解氧(DO/mgL-1循环比1温度/515257014021131634256022341循环比指经过膜组件的循环流量与膜通量之比.211RMBR处理效果及添加PAC和硫酸铝的影响RMBR出水在运行4d后达到稳定(图2, COD去除率在第4天已达9615%.这是由于膜的截留作用使微生物在反应器中富集,同时膜表面凝胶层的形成也起到了一定的截留作用.在长期运行中,即使进水COD Cr在312 584mg/L,膜通量在3585L/(m2h的范围内

11、变化,出水COD数值也较稳定,始终低于15mg/L,表现出良好的稳定性和抗冲击负荷能力(图3.添加PAC后出水COD降低,COD Cr99出水01153(未加硫酸铝21463123(添加硫酸铝01100142未检出213临界膜通量及添加PAC和硫酸铝的影响临界膜通量(Critical Membrane Flux, CMF指不随时间下降的平衡膜通量.在该条件下,粒子脱离膜表面的速率与沉积速率相等,达成动态平衡.本试验中,每次考察临界膜通量时,先让清洗过的膜在该流速下以低膜通量运行23h,稳定后调节至考察的膜通量,连续运行1d,如果透膜压力不增大,膜通量下降不大于215%,则把该通量作为膜的平衡通

12、量,其最大值即临界膜通量.从图4可见,临界膜通量随膜侧污水流速的增大而增大.添加PAC后,膜侧流速在019119m/s时,临界膜通量比未添加时高出约410L/(m2h.添加PAC,组合添加PAC和硫酸铝可有效提高临界膜通量.在119m/s的膜侧流速下,临界膜通量可从72L/ (m2h分别增至76L/(m2h和81L/(m2h.添加PAC后,PAC粒子增强了循环液对膜表面的剪切、擦洗作用,延缓了膜污染的形成.另外, PAC的吸附作用不仅减少了微生物对膜的污染,而且作为有机大分子胶粒(团和微生物的载体,也使微细粒子的数目减少,而小粒径粒子比大粒径粒子更易造成膜孔堵塞8,这在一定程度延缓了污染物在膜

13、表面的形成,提高了临界膜通量.同时添加PAC和硫酸铝时,由于硫酸铝的絮凝作用,体系中的小粒径粒子数目进一步减少,膜污染得到进一步的延缓,临界膜通量也进一步增大.图4添加PAC及硫酸铝对临界膜通量的影响Fig.4Influence of PAC and alum on CMF214临界循环比及添加PAC和硫酸铝的影响定义临界循环比为经过膜组件的循环水量与临界膜通量之比,它反应了膜的透水能力与体系的能耗,循环比值越低,能耗也越低.在临界循环比下,体系的能耗已降至最低程度.添加PAC及组合添加PAC和硫酸铝时临界循环比比未添加时分别低约10%和20%(图5.图5添加PAC及硫酸铝对临界循环比的影响F

14、ig.5Influence of PAC and alum on CRR215温度对出水通量的影响随着温度的升高,泥水混合液粘度降低,膜 通量随之升高(见图6.在温度2230,透膜压力70kPa ,膜侧流速113m/s 的条件下,每 增大1,膜通量增大119%.图6温度对膜通量的影响Fig.6Dependence of flux on temperature 图7各种膜清洗方法效果比较Fig.7Flux recovery and cleaning methods216膜的清洗经过一段时间运行,透膜压力升高,膜通量下降,这表明膜已污染.膜污染是由于微粒,胶体粒子或溶质大分子在膜表面和膜孔吸附、沉

15、积,造成孔径变小或堵塞.本试验用3种方法对已污染的膜进行清洗:水洗,水+碱洗,水+碱洗+酸洗.水洗是用自来水从膜出水侧进行反冲洗至基本无污染物流出;水+碱洗是水洗后用1%(W 的NaOH 溶液浸泡1h ,再水洗;水+碱洗+酸洗是水+碱洗后用015%(W HCl 溶液浸泡1h ,再水洗.对于已污染的膜,水清洗,水+碱洗,水+碱+酸洗可使膜通量分别恢复至新膜的47%、83%、94%(图7.在本试验连续运行的100d 中,RMBR 可在无任何清洗的条件下连续运行14d 透膜压力65kPa ,膜侧流速113m/s ,膜通量35L/(m 2h 而膜未污染.更长的运行时间或操作条件的变化可能会导致膜逐渐污

16、染.定期对膜进行清洗可有效去除膜污染,增大通量,降低能耗.3结论(1RMBR 处理废水可长期稳定运行,在废水水质为COD Cr :312584mg/L ,N H 32N 1640mg/L ,出水COD Cr 在运行4d 后9615%,浊度0117N TU ,SS 未检出,N H 32N 1153mg/L.(2向生物反应器添加PAC 015g/L (混合液可提高出水水质,出水COD Cr 4122mg/L ,COD 去除率增至9819%9919%.(3废水膜侧流速在019119m/s 范围内,临界膜通量随膜侧流速的增大而增大.添加PAC ,组合添加PAC 和Al 2(SO 4318H 2O 可提

17、高临界膜通量.在膜侧流速119m/s 下临界膜通量可从72L/(m 2h 分别增至76L/(m 2h 和81L/(m 2h ,临界循环比比未添加时分别低约10%和20%.(4在温度2230,透膜压力为70kPa ,膜侧流速为113m/s 的条件下,膜通量随温度的增加而线性增加,温度每升高1,膜通量增大119%.(5对于已污染的膜,水清洗,水碱共同清洗,水碱酸共同清洗可分别使膜通量恢复至新膜的47%、83%、94%.参考文献:1Adham S ,G agliardo P ,Boulos L et al.Feasibility of themembrane bioreactor process f

18、or water reclamation.Wat.Sci.Tech.,2001,43(10:203209.2G ander M ,Jefferson B ,J udd S.Aerobic MBRs for domesticwastewater treatment :a review with cost considerations.Separation Purification Technology ,2000,18:119130.3Heiner G ,Bonner F.Is the MBR process suited to your理技术与设备,2001,2(3:6268.5C t P ,Thompson D.Wast