聚丙烯中空纤维膜生物反应器处理污水性能研究

聚丙烯中空纤维膜生物反应器处理污水性能研究

膜生物检测器（pmr）采用膜过滤法代替传统的活性污水处理二沉池，实现水和土壤的分离。它具有效率高、出水率好、设备紧凑、占地面积小、运营管理简单等优点。笔者采用一体式膜生物反应器(SMBR)处理模拟生活污水,考察了其对COD和NH3-N的去除效果,研究了运行条件(抽吸压力和抽、停时间比)对膜污染的影响,并考察了不同清洗方法的清洗效果。1试验部分1.1反应器内抽吸量的测定试验装置如图1所示。反应器的有效容积为40L,帘式中空纤维膜组件浸没于反应器内的混合液中,膜组件正下方设置曝气头,出水采用隔膜泵抽吸出反应器,出水管道上安装真空表,用以测定抽吸压力,曝气量由转子流量计测定。试验用帘式中空纤维膜组件的材质为聚丙烯,膜组件的主要参数见表1。1.2cod、nh3-n试验用模拟生活污水采用奶粉、葡萄糖、氯化铵、磷酸二氢钠等人工配制而成,COD为172~331mg/L,NH3-N为23~27mg/L。1.3试验设计及过程接种污泥取自武汉水质净化厂的二沉池回流污泥,SMBR的主要工艺参数见表2。试验分为4个部分:第1部分考察SMBR对COD和NH3-N的去除效果;第2部分考察抽吸压力对初始膜通量和膜污染的影响;第3部分考察抽、停时间比对膜污染的控制效果;第4部分考察不同清洗方法对受污染膜的清洗效果。2结果与讨论2.1膜的去除效果及效果SMBR对COD的去除效果见图2。由图2可以看出,SMBR运行初期出水COD偏高,其原因是在制膜过程中,用85%的乙醇对膜进行了亲水化处理,运行初期部分乙醇随水流失造成出水COD偏高。运行5h后,出水COD达到较低水平(48.62mg/L)。运行1d后,对COD的去除率>90%。在长期运行中,出水COD一直处于较低水平(<20mg/L)。另外,上清液COD(反应器中混合液静沉1h后测定)的波动不会影响出水COD的稳定性,说明膜本身以及运行中在膜面形成的泥饼层对稳定出水水质具有一定的积极作用。由于膜的截留作用使世代周期较长的硝化菌得以在反应器内富集,因此SMBR对NH3-N具有良好的去除效果(见图3)。由图3可以看出,反应器运行5d后对NH3-N的去除率>90%。比较上清液和膜出水中的NH3-N浓度可以看出,膜对NH3-N基本没有去除作用,这是因为NH3-N的分子质量很小,不能被膜截留,膜出水与上清液中NH3-N含量的微小差别可能是膜表面上附着的活性污泥中的硝化菌的硝化作用造成的。SMBR出水无色、无味,未检出SS,出水浊度在反应器运行3min后达到稳定,长期运行中出水浊度一直保持在较低水平(<0.32NTU)。上清液的浊度在1.68~3.10NTU间波动,较膜出水浊度高,但也处于较低水平,说明在整个试验期间,活性污泥的沉降性能良好。2.2期运行时间与膜面积累积的计算调整抽、停时间比(简称抽停比,单位为min)为(7∶3)、(8∶2)、(10∶0),考察不同抽停比下膜通量的变化,结果见图4。膜通量通过一个抽、停周期内的出水量除以周期运行时间(10min)与膜面积的乘积计算得到。由图4可以看出,不同抽停比下,膜通量的衰减趋势基本相同,说明膜在运行过程中发生污染的规律基本相同。由图4还可看出,抽停比越小则初始膜通量越小,这是因为抽停比越小则一个周期内的工作时间越短,造成总产水量降低。随着运行时间的延长,抽停比越小则膜通量衰减越缓慢,这是因为在单周期运行时间一定的情况下,抽停比越小则运行中的空曝时间越长,有利于缓解污染物在膜表面的沉积,从而减慢膜通量的下降速度。从长期运行结果来看,抽停比为8∶2时的膜通量最高,所以抽停比并不是越小越好。2.3膜通量下降比较分别控制抽吸压力为10、20、30、40kPa,考察膜通量随运行时间的变化,结果见图5。由图5可见,初始膜通量随着抽吸压力的升高而升高。抽吸压力为10、20、30kPa时的膜通量变化趋势相近,抽吸压力为40kPa时,膜通量下降较为迅速。运行一段时间后,抽吸压力为10、20、30kPa时膜通量的下降趋于平缓,且膜通量随抽吸压力的升高而变大,但抽吸压力为40kPa时膜通量始终呈迅速下降趋势,直至小于上述3种抽吸压力下的膜通量,说明SMBR运行中存在一个临界压力,当反应器在抽吸压力高于临界压力下运行时,会使沉积在膜表面的污染物变得密实,使更多的污染物堵塞膜孔,造成不可逆污染,从而严重影响膜通量和膜寿命。另外,抽吸压力越高则能耗越大。因此,应使SMBR在临界压力下运行,试验中确定的临界压力为30kPa。2.4水浸和冲洗试验采用空曝气、水洗、水洗+碱洗、水洗+酸洗、水洗+碱洗+酸洗的方法对已污染的膜进行了清洗。空曝气时,加大曝气量并停抽30min,利用曝气产生的大量气泡和水流的紊动对膜表面的沉积层进行冲刷;水洗是采用大量自来水对膜进行冲洗;水洗+碱洗是先水洗,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+碱洗+酸洗是先水洗+碱洗,再用0.5%的HCl溶液浸泡5h,最后再用水洗。对已污染的膜采用上述5种方法清洗后分别可使膜通量恢复至新膜通量的30%、46.3%、86.54%、82.36%、92%。可见,采用水洗+碱洗+酸洗的方法可有效清除膜表面及膜孔内的污染物,较大程度地恢复膜通量。3nh3-n的及抽停试验及结果分析①采用一体式聚丙烯中空纤维膜生物反应器处理模拟生活污水,在进水COD为172~331mg/L的条件下,出水COD在系统运行1d后即可达到稳定(<20mg/L),对COD的去除率>90%;系统稳定运行后,对NH3-N的去除率>90%;出水中未检出SS,出水浊度在系统运行3min后达到稳定,长期运行中出水浊度<0.32NTU。②抽停比越小则膜通量衰减越缓慢,但抽停比越小则运行中的空曝时间越长,会造成产水量降低,因此抽停比并不是越小越好,从长期运行效果来看,最佳抽停比为8∶2。③抽吸压力越大则初始膜通量越大,但运行过程中存在一个临