分離/曝氣微孔膜-生物反應器處理廢水

摘要:本文對以聚乙烯微孔管為膜組件的分離/ 曝氣微孔膜- 生物反應器進(jìn)行了研究。通過(guò)對微孔膜組件進(jìn)行分離/ 曝氣交替運行,可有效地清除膜組件表面的泥餅層,較好地保持膜過(guò)濾性能的穩定。分離/ 曝氣微孔膜- 生物反應器用于處理實(shí)際生活污水,可獲得與傳統膜生物反應器相似的出水水質(zhì),系統出水COD < 50mg/ L ,NH3 - N < 1mg/ L ,COD 和NH3 - N 去除率分別大于85 %和98 %。

關(guān)鍵詞:分離/ 曝氣,微孔膜- 生物反應器,膜通量

0 引言

膜—生物反應器(Membrane Bioreactor ,MBR) 是將膜分離技術(shù)與污水生物處理技術(shù)有機結合而產(chǎn)生的高效水處理新工藝,主要由膜組件和生物反應器兩部分構成。因其出水水質(zhì)好、占地面積小、污泥產(chǎn)量低、運行管理方便等突出優(yōu)點(diǎn),在水處理領(lǐng)域正日益得到廣泛重視[1 - 2 ] 。根據膜組件和生物反應器的相對位置,可分為一體式膜- 生物反應器和分置式膜- 生物反應器。而一體式膜- 生物反應器是將膜組件直接浸于生物反應器內,利用抽吸泵抽吸出水,結構更為緊湊,能耗相對較低[3 - 4 ] ,近年來(lái)受到了特別關(guān)注。本研究采用聚乙烯微孔管作為分離/ 曝氣微孔膜- 生物反應器的膜組件,在活性污泥混合液條件下測試了微孔管膜組件的過(guò)濾性能,并考察了該反應器在分離/ 曝氣狀態(tài)下膜過(guò)濾性能的變化及其對實(shí)際廢水的處理效果。

1 試驗裝置與方法

1. 1 試驗裝置

所用試驗裝置如圖1 所示。生物反應器為一長(cháng)方體容器(300mm ×120mm ×650mm) ,有效容積為16L ,中間設一擋板。膜組件采用山東招遠膜天集團公司生產(chǎn)的聚乙烯微孔管,型號為PE - 1 和PE - 4 ,孔徑分別為70～120μm 和5～10μm ,過(guò)濾面積均為0. 04m2 。膜組件分為兩組,置于導流擋板兩側,其出口分別通過(guò)兩個(gè)電磁閥與進(jìn)氣管和出水管連接,出水管上裝有水銀壓差計,然后與抽吸泵相連,在抽吸泵的負壓下經(jīng)過(guò)濾獲得系統出水。

1. 2 試驗方法

在該分離/ 曝氣微孔膜- 生物反應器中,兩組膜件以一定的運行周期交替充當過(guò)濾分離器和曝氣器。如圖1 所示,在第一周期內,電磁閥V1、V4 開(kāi)啟,V2、V3 關(guān)閉,膜組件M1 與出水管相通,充當過(guò)濾分離器;膜組件M2 與進(jìn)氣管相通,充當曝氣器,生物反應器內的活性污泥混合液被強制循環(huán),在導流擋板的左側形成上升流,而在右側形成下降流。在第二周期內,電磁閥V1、V4 關(guān)閉,V2、V3 開(kāi)啟,膜組件M2 與出水管相通,充當過(guò)濾分離器;膜組件M1 與進(jìn)氣管相通,充當曝氣器,此時(shí),在導流擋板的右側形成上升流,而在左側則形成下降流。在任一運行時(shí)刻,整個(gè)系統均處于好氧狀態(tài),并且連續出水。試驗原水取自某學(xué)生宿舍樓的生活污水,活性污泥取自北京市北小河污水處理廠(chǎng)二沉池回流污泥。每一次試驗結束后,均采用次氯酸鈉溶液(活性氯含量約為萬(wàn)分之一) 對膜組件進(jìn)行化學(xué)清洗(浸泡時(shí)間約為12 小時(shí)) ,以清除膜污染,恢復并測其清水膜通量到試驗前的水平,如此方進(jìn)行下一次試驗。

2 結果與討論

2. 1 分離/ 曝氣交替運行對膜過(guò)濾性能的影響

利用圖1 所示的裝置并采取如1. 2 所述的方法進(jìn)行了分離/ 曝氣微孔膜- 生物反應器處理生活污水的連續試驗,以考察分離/ 曝氣交替運行對膜過(guò)濾性能的影響,具體的試驗條件如表1 所示,其中T 為分離/ 曝氣交替運行周期(h) 。

1) 膜曝氣對膜過(guò)濾性能的恢復:首先在Run - 1 試驗條件下考察了膜曝氣對膜過(guò)濾性能的恢復效果(圖2) 。結果表明,盡管在3 小時(shí)的過(guò)濾時(shí)間內,微孔管的膜通量下降到初始值的一半以下,但通過(guò)膜曝氣可有效地清除膜面泥餅層,大幅度恢復其膜通量,并使每一運行周期的初始膜通量較好地維持穩定。

2) 分離/ 曝氣交替運行周期對膜過(guò)濾性能的影響:由于在每一運行周期內膜組件的膜通量均不斷衰減,因此本文采用平均膜通量J a 作為膜過(guò)濾性能的評價(jià)指標,即Ja = QT/ ( Sm3 T) ,式中QT 為膜組件在每一運行周期內的總產(chǎn)水量(L) , Sm 為膜組件的總膜面積(m2) 。圖3 顯示了Run - 1～Run - 4 四個(gè)試驗條件下平均膜通量J a 的變化情況,圖中每一個(gè)J a 值所對應的時(shí)刻為所在運行周期的中點(diǎn)�？梢钥闯�,當過(guò)濾/ 曝氣交替運行的周期在1～6h 之間變化時(shí),系統的平均膜通量J a 均首先經(jīng)歷了初始的下降階段,然后基本穩定在80 L·(m2·h) - 1左右的水平上,表明在試驗時(shí)間內膜曝氣有效地維持了膜過(guò)濾性能的穩定。但也可以發(fā)現,交替運行周期的縮短也導致了平均膜通量的波動(dòng)。這可能是因為過(guò)濾/ 曝氣交替頻繁時(shí),過(guò)濾期間泥餅層在膜表面未能穩定形成,由于膜自身阻力在長(cháng)度方向上分布不均勻,使得被空氣吹脫掉的泥餅層在膜表面也呈現出不均衡的分布狀態(tài),由此造成膜組件產(chǎn)水能力的波動(dòng)。

2. 2 分離/ 曝氣微孔膜- 生物反應器對生活污水的處理效果

當采取如1. 2 所述的方法進(jìn)行分離/ 曝氣微孔膜- 生物反應器處理生活污水的連續試驗時(shí),也考察了該類(lèi)反應器對COD 及NH3 - N 等污染物的去除情況,以評價(jià)其對實(shí)際廢水的處理效果。

1) COD 去除效果:圖4 顯示的是在整個(gè)連續試驗中進(jìn)水、上清液和PE - 4 膜組件出水的COD 以及整個(gè)系統對COD 的總去除率的變化情況。從進(jìn)水COD 的變化來(lái)看,試驗用原水屬低強度的生活污水,COD平均值為146mg/ L 。上清液COD 較之進(jìn)水有大幅下降,平均值為29mg/ L ,表明試驗階段活性污泥具有很高的生物降解性能。出水COD 相比上清液又有所下降,平均值為21mg/ L ,最大值為35. 8mg/ L ,表明微孔管不但可以有效截留污泥顆粒及微生物,并且可以進(jìn)一步強化生物反應器的COD 去除效果。整個(gè)系統對COD 的總去除率平均超過(guò)85 %。

2) 氨氮去除效果:圖5 顯示的是在整個(gè)連續試驗中進(jìn)水、上清液和PE - 4 膜組件出水的NH3 - N 以及整個(gè)系統對NH3 - N 的總去除率的變化情況。進(jìn)水NH3 - N 在20～45mg/ L 之間,平均為32mg/ L。上清液NH3 - N 大多小于1mg/ L ,出水NH3 - N 始終未超過(guò)1mg/ L ,二者的平均值分別為0. 81mg/ L 和0. 53mg/ L ,表明試驗階段活性污泥具有很高的硝化能力。整個(gè)系統對NH3 - N 的總去除率平均超過(guò)98 %，同時(shí)可以查看中國污水處理工程網(wǎng)更多關(guān)于分離/ 曝氣微孔膜- 生物反應器處理廢水的技術(shù)文檔。

3 結論

1) 對微孔管膜組件進(jìn)行分離/ 曝氣交替運行,膜曝氣可有效地清除膜組件表面的泥餅層,大幅度恢復其膜通量,能較好地維持穩定運行。

2) 考察了膜組件的分離/ 曝氣交替運行周期對連續運行過(guò)程中膜過(guò)濾性能的影響。當交替運行周期由6h 變化到1h ,初始膜通量在60～140 L·(m2·h) - 1變化時(shí),系統在連續運行過(guò)程中每一運行周期內的平均膜通量均首先經(jīng)歷了初始的下降階段,然后基本穩定在50～80L·(m2·h) - 1左右的水平,但低的初始膜通量可以使平均膜通量表現出更好的穩定性。

3) 分離/ 曝氣微孔膜- 生物反應器處理實(shí)際生活污水,可獲得與傳統膜生物反應器相似的出水水質(zhì),系統出水COD < 50mg/ L ,NH3 - N < 1mg/ L ,COD 和NH3 - N 去除率分別大于85 %和98 %。

參　考　文　獻:

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