分離/曝氣微孔膜-生物反應器處理廢水
摘要:本(ben)文對以(yi)聚乙烯微(wei)(wei)(wei)孔(kong)管為膜(mo)組件的(de)分(fen)離(li)/ 曝(pu)(pu)氣微(wei)(wei)(wei)孔(kong)膜(mo)- 生(sheng)物(wu)反(fan)(fan)應(ying)器進行(xing)了(le)研(yan)究。通過對微(wei)(wei)(wei)孔(kong)膜(mo)組件進行(xing)分(fen)離(li)/ 曝(pu)(pu)氣交(jiao)替運行(xing),可(ke)有效地清除(chu)膜(mo)組件表面的(de)泥餅(bing)層,較(jiao)好地保持膜(mo)過濾性能的(de)穩定。分(fen)離(li)/ 曝(pu)(pu)氣微(wei)(wei)(wei)孔(kong)膜(mo)- 生(sheng)物(wu)反(fan)(fan)應(ying)器用于處理實際生(sheng)活污水(shui)(shui),可(ke)獲得(de)與傳統(tong)膜(mo)生(sheng)物(wu)反(fan)(fan)應(ying)器相似的(de)出(chu)水(shui)(shui)水(shui)(shui)質,系統(tong)出(chu)水(shui)(shui)COD < 50mg/ L ,NH3 - N < 1mg/ L ,COD 和NH3 - N 去除(chu)率(lv)分(fen)別大于85 %和98 %。
關鍵詞(ci):分離/ 曝氣,微孔膜- 生物反應(ying)器(qi),膜通量
0 引言
膜(mo)—生(sheng)物(wu)(wu)反(fan)(fan)(fan)應(ying)(ying)(ying)器(qi)(qi)(qi)(Membrane Bioreactor ,MBR) 是(shi)將(jiang)膜(mo)分(fen)離技術與污水生(sheng)物(wu)(wu)處(chu)理(li)(li)技術有機結(jie)合(he)而產生(sheng)的(de)高(gao)效水處(chu)理(li)(li)新(xin)工藝(yi),主要由膜(mo)組(zu)(zu)件和(he)(he)生(sheng)物(wu)(wu)反(fan)(fan)(fan)應(ying)(ying)(ying)器(qi)(qi)(qi)兩部分(fen)構成。因其(qi)出水水質好、占地面積小、污泥(ni)產量低、運行管(guan)(guan)理(li)(li)方便等突出優(you)點,在(zai)水處(chu)理(li)(li)領(ling)域正日益得到(dao)廣泛重(zhong)視[1 - 2 ] 。根據膜(mo)組(zu)(zu)件和(he)(he)生(sheng)物(wu)(wu)反(fan)(fan)(fan)應(ying)(ying)(ying)器(qi)(qi)(qi)的(de)相對位置,可(ke)分(fen)為一體(ti)式膜(mo)- 生(sheng)物(wu)(wu)反(fan)(fan)(fan)應(ying)(ying)(ying)器(qi)(qi)(qi)和(he)(he)分(fen)置式膜(mo)- 生(sheng)物(wu)(wu)反(fan)(fan)(fan)應(ying)(ying)(ying)器(qi)(qi)(qi)。而一體(ti)式膜(mo)- 生(sheng)物(wu)(wu)反(fan)(fan)(fan)應(ying)(ying)(ying)器(qi)(qi)(qi)是(shi)將(jiang)膜(mo)組(zu)(zu)件直接(jie)浸于(yu)生(sheng)物(wu)(wu)反(fan)(fan)(fan)應(ying)(ying)(ying)器(qi)(qi)(qi)內,利用抽吸泵(beng)抽吸出水,結(jie)構更(geng)為緊湊,能(neng)耗相對較低[3 - 4 ] ,近年來受到(dao)了(le)(le)(le)特別(bie)關注。本研究(jiu)采(cai)用聚乙烯微孔管(guan)(guan)作為分(fen)離/ 曝氣微孔膜(mo)- 生(sheng)物(wu)(wu)反(fan)(fan)(fan)應(ying)(ying)(ying)器(qi)(qi)(qi)的(de)膜(mo)組(zu)(zu)件,在(zai)活(huo)性(xing)污泥(ni)混(hun)合(he)液條件下測試了(le)(le)(le)微孔管(guan)(guan)膜(mo)組(zu)(zu)件的(de)過濾性(xing)能(neng),并考(kao)察了(le)(le)(le)該反(fan)(fan)(fan)應(ying)(ying)(ying)器(qi)(qi)(qi)在(zai)分(fen)離/ 曝氣狀態(tai)下膜(mo)過濾性(xing)能(neng)的(de)變化及其(qi)對實際廢水的(de)處(chu)理(li)(li)效果。
1 試驗裝(zhuang)置與方法
1. 1 試驗裝置
所用試驗裝(zhuang)置如圖1 所示。生物反(fan)應器為(wei)一長方(fang)體容器(300mm ×120mm ×650mm) ,有效容積(ji)為(wei)16L ,中間設一擋板。膜組(zu)件采用山東招遠膜天集(ji)團(tuan)公司(si)生產(chan)的(de)聚乙烯微孔(kong)管(guan)(guan),型號(hao)為(wei)PE - 1 和PE - 4 ,孔(kong)徑分(fen)別為(wei)70～120μm 和5～10μm ,過(guo)(guo)濾面積(ji)均為(wei)0. 04m2 。膜組(zu)件分(fen)為(wei)兩組(zu),置于導流擋板兩側,其出(chu)口(kou)分(fen)別通過(guo)(guo)兩個電磁(ci)閥(fa)與(yu)進氣管(guan)(guan)和出(chu)水(shui)管(guan)(guan)連接,出(chu)水(shui)管(guan)(guan)上裝(zhuang)有水(shui)銀壓差計,然后與(yu)抽(chou)(chou)吸(xi)泵相連,在(zai)抽(chou)(chou)吸(xi)泵的(de)負壓下經過(guo)(guo)濾獲得系統出(chu)水(shui)。
1. 2 試驗方法(fa)
在該(gai)分(fen)離(li)/ 曝(pu)(pu)氣(qi)微孔(kong)膜- 生物(wu)反應(ying)器中(zhong),兩組(zu)(zu)膜件(jian)(jian)以一(yi)(yi)(yi)定(ding)的(de)(de)運行(xing)周(zhou)期(qi)交替(ti)充當(dang)(dang)過(guo)濾(lv)分(fen)離(li)器和(he)曝(pu)(pu)氣(qi)器。如圖1 所示(shi),在第(di)一(yi)(yi)(yi)周(zhou)期(qi)內,電(dian)磁閥(fa)V1、V4 開啟,V2、V3 關(guan)(guan)閉,膜組(zu)(zu)件(jian)(jian)M1 與(yu)(yu)出(chu)水(shui)(shui)管(guan)(guan)(guan)相通(tong)(tong),充當(dang)(dang)過(guo)濾(lv)分(fen)離(li)器;膜組(zu)(zu)件(jian)(jian)M2 與(yu)(yu)進(jin)氣(qi)管(guan)(guan)(guan)相通(tong)(tong),充當(dang)(dang)曝(pu)(pu)氣(qi)器,生物(wu)反應(ying)器內的(de)(de)活性污(wu)泥(ni)混合液(ye)被強制(zhi)循環,在導流(liu)(liu)(liu)擋板(ban)的(de)(de)左(zuo)側形成(cheng)(cheng)上(shang)升流(liu)(liu)(liu),而在右側形成(cheng)(cheng)下降流(liu)(liu)(liu)。在第(di)二周(zhou)期(qi)內,電(dian)磁閥(fa)V1、V4 關(guan)(guan)閉,V2、V3 開啟,膜組(zu)(zu)件(jian)(jian)M2 與(yu)(yu)出(chu)水(shui)(shui)管(guan)(guan)(guan)相通(tong)(tong),充當(dang)(dang)過(guo)濾(lv)分(fen)離(li)器;膜組(zu)(zu)件(jian)(jian)M1 與(yu)(yu)進(jin)氣(qi)管(guan)(guan)(guan)相通(tong)(tong),充當(dang)(dang)曝(pu)(pu)氣(qi)器,此時,在導流(liu)(liu)(liu)擋板(ban)的(de)(de)右側形成(cheng)(cheng)上(shang)升流(liu)(liu)(liu),而在左(zuo)側則形成(cheng)(cheng)下降流(liu)(liu)(liu)。在任一(yi)(yi)(yi)運行(xing)時刻,整個系統均(jun)處于好氧狀態,并(bing)且連續出(chu)水(shui)(shui)。試驗(yan)原水(shui)(shui)取自某學生宿舍樓的(de)(de)生活污(wu)水(shui)(shui),活性污(wu)泥(ni)取自北(bei)京市(shi)北(bei)小河污(wu)水(shui)(shui)處理廠二沉池(chi)回流(liu)(liu)(liu)污(wu)泥(ni)。每一(yi)(yi)(yi)次試驗(yan)結束后,均(jun)采用次氯(lv)酸鈉溶液(ye)(活性氯(lv)含量(liang)約為萬分(fen)之一(yi)(yi)(yi)) 對膜組(zu)(zu)件(jian)(jian)進(jin)行(xing)化學清洗(浸(jin)泡時間約為12 小時) ,以清除(chu)膜污(wu)染,恢復并(bing)測其清水(shui)(shui)膜通(tong)(tong)量(liang)到試驗(yan)前的(de)(de)水(shui)(shui)平(ping),如此方進(jin)行(xing)下一(yi)(yi)(yi)次試驗(yan)。
2 結果(guo)與(yu)討論
2. 1 分離/ 曝氣交替(ti)運行對膜過濾(lv)性(xing)能(neng)的影響
利用圖(tu)1 所示(shi)的裝置并采(cai)取如1. 2 所述的方(fang)法進行了分離(li)/ 曝氣(qi)微孔膜(mo)- 生(sheng)物反應器處理(li)生(sheng)活污水(shui)的連續(xu)試驗(yan),以(yi)考察分離(li)/ 曝氣(qi)交替(ti)運行對(dui)膜(mo)過(guo)濾性(xing)能的影響,具體的試驗(yan)條件如表1 所示(shi),其(qi)中T 為分離(li)/ 曝氣(qi)交替(ti)運行周期(h) 。
1) 膜(mo)曝(pu)氣對膜(mo)過(guo)濾(lv)性(xing)能(neng)(neng)的(de)(de)恢(hui)復:首(shou)先在Run - 1 試(shi)驗條件下考察了(le)膜(mo)曝(pu)氣對膜(mo)過(guo)濾(lv)性(xing)能(neng)(neng)的(de)(de)恢(hui)復效(xiao)果(圖2) 。結果表明,盡管(guan)在3 小時(shi)的(de)(de)過(guo)濾(lv)時(shi)間內(nei),微孔管(guan)的(de)(de)膜(mo)通(tong)(tong)量下降到初(chu)始(shi)值的(de)(de)一半(ban)以下,但通(tong)(tong)過(guo)膜(mo)曝(pu)氣可有效(xiao)地清除膜(mo)面泥餅(bing)層(ceng),大幅度(du)恢(hui)復其膜(mo)通(tong)(tong)量,并使每一運(yun)行周期的(de)(de)初(chu)始(shi)膜(mo)通(tong)(tong)量較好地維持穩定。
2) 分離/ 曝(pu)氣(qi)(qi)交(jiao)替運(yun)行周期(qi)對膜(mo)(mo)過濾性(xing)能(neng)的(de)(de)(de)影響(xiang):由(you)于在(zai)(zai)(zai)每(mei)一運(yun)行周期(qi)內膜(mo)(mo)組件(jian)的(de)(de)(de)膜(mo)(mo)通量均(jun)不(bu)斷衰減(jian),因此本文采用平均(jun)膜(mo)(mo)通量J a 作為(wei)膜(mo)(mo)過濾性(xing)能(neng)的(de)(de)(de)評價指標,即Ja = QT/ ( Sm3 T) ,式(shi)中QT 為(wei)膜(mo)(mo)組件(jian)在(zai)(zai)(zai)每(mei)一運(yun)行周期(qi)內的(de)(de)(de)總(zong)產水(shui)(shui)量(L) , Sm 為(wei)膜(mo)(mo)組件(jian)的(de)(de)(de)總(zong)膜(mo)(mo)面積(ji)(m2) 。圖3 顯示(shi)了Run - 1～Run - 4 四個(ge)試驗(yan)條件(jian)下平均(jun)膜(mo)(mo)通量J a 的(de)(de)(de)變化(hua)情況,圖中每(mei)一個(ge)J a 值所對應的(de)(de)(de)時刻(ke)為(wei)所在(zai)(zai)(zai)運(yun)行周期(qi)的(de)(de)(de)中點。可(ke)以看出(chu),當過濾/ 曝(pu)氣(qi)(qi)交(jiao)替運(yun)行的(de)(de)(de)周期(qi)在(zai)(zai)(zai)1～6h 之(zhi)間變化(hua)時,系統的(de)(de)(de)平均(jun)膜(mo)(mo)通量J a 均(jun)首(shou)先經歷了初始的(de)(de)(de)下降階(jie)段,然后基本穩(wen)定(ding)在(zai)(zai)(zai)80 L·(m2·h) - 1左右的(de)(de)(de)水(shui)(shui)平上,表(biao)明在(zai)(zai)(zai)試驗(yan)時間內膜(mo)(mo)曝(pu)氣(qi)(qi)有效地維持(chi)了膜(mo)(mo)過濾性(xing)能(neng)的(de)(de)(de)穩(wen)定(ding)。但也可(ke)以發現(xian),交(jiao)替運(yun)行周期(qi)的(de)(de)(de)縮短(duan)也導致了平均(jun)膜(mo)(mo)通量的(de)(de)(de)波動。這(zhe)可(ke)能(neng)是因為(wei)過濾/ 曝(pu)氣(qi)(qi)交(jiao)替頻繁時,過濾期(qi)間泥餅層(ceng)在(zai)(zai)(zai)膜(mo)(mo)表(biao)面未能(neng)穩(wen)定(ding)形成(cheng),由(you)于膜(mo)(mo)自身(shen)阻力在(zai)(zai)(zai)長度方向上分布不(bu)均(jun)勻,使得(de)被空氣(qi)(qi)吹脫掉的(de)(de)(de)泥餅層(ceng)在(zai)(zai)(zai)膜(mo)(mo)表(biao)面也呈現(xian)出(chu)不(bu)均(jun)衡的(de)(de)(de)分布狀態,由(you)此造(zao)成(cheng)膜(mo)(mo)組件(jian)產水(shui)(shui)能(neng)力的(de)(de)(de)波動。
2. 2 分離/ 曝氣微孔膜- 生(sheng)物反應器對生(sheng)活污水的處理效果
當(dang)采(cai)取(qu)如(ru)1. 2 所述的方法進行分離(li)/ 曝氣微(wei)孔膜- 生物反(fan)應(ying)器(qi)處(chu)(chu)理生活(huo)污水(shui)(shui)的連(lian)續試驗時,也考察了該類(lei)反(fan)應(ying)器(qi)對(dui)COD 及NH3 - N 等污染物的去(qu)除情況,以評價其(qi)對(dui)實(shi)際(ji)廢水(shui)(shui)的處(chu)(chu)理效果。
1) COD 去(qu)除效(xiao)果:圖4 顯(xian)示的(de)是(shi)在整(zheng)個連續試(shi)驗中進(jin)水、上(shang)清液和PE - 4 膜組件出水的(de)COD 以及(ji)整(zheng)個系統對COD 的(de)總去(qu)除率(lv)的(de)變化情況。從進(jin)水COD 的(de)變化來看,試(shi)驗用原水屬低強度的(de)生活污(wu)水,COD平(ping)均值(zhi)為(wei)(wei)146mg/ L 。上(shang)清液COD 較之進(jin)水有大幅下降(jiang),平(ping)均值(zhi)為(wei)(wei)29mg/ L ,表明試(shi)驗階段活性(xing)污(wu)泥具有很高的(de)生物降(jiang)解(jie)性(xing)能。出水COD 相(xiang)比(bi)上(shang)清液又有所下降(jiang),平(ping)均值(zhi)為(wei)(wei)21mg/ L ,最(zui)大值(zhi)為(wei)(wei)35. 8mg/ L ,表明微(wei)孔管不(bu)但可以有效(xiao)截留污(wu)泥顆粒及(ji)微(wei)生物,并且可以進(jin)一步強化生物反應器的(de)COD 去(qu)除效(xiao)果。整(zheng)個系統對COD 的(de)總去(qu)除率(lv)平(ping)均超過(guo)85 %。
2) 氨氮去除效果(guo):圖5 顯示(shi)的(de)(de)是在整(zheng)(zheng)個連續試驗中進(jin)水(shui)、上清液和PE - 4 膜組(zu)件出水(shui)的(de)(de)NH3 - N 以(yi)(yi)及整(zheng)(zheng)個系統對NH3 - N 的(de)(de)總去除率的(de)(de)變化情況(kuang)。進(jin)水(shui)NH3 - N 在20～45mg/ L 之間,平均(jun)為32mg/ L。上清液NH3 - N 大多小(xiao)于1mg/ L ,出水(shui)NH3 - N 始終未超(chao)過1mg/ L ,二者(zhe)的(de)(de)平均(jun)值分別為0. 81mg/ L 和0. 53mg/ L ,表(biao)明試驗階段活性污泥具有很高的(de)(de)硝(xiao)化能力。整(zheng)(zheng)個系統對NH3 - N 的(de)(de)總去除率平均(jun)超(chao)過98 %，同時可(ke)以(yi)(yi)查(cha)看中國污水(shui)處理工程網更多關于分離(li)/ 曝氣微孔膜- 生物反(fan)應器處理廢水(shui)的(de)(de)技(ji)術文檔。
3 結論
1) 對微孔管膜(mo)組(zu)件(jian)進行分離/ 曝(pu)氣交替運(yun)行,膜(mo)曝(pu)氣可(ke)有效地清除膜(mo)組(zu)件(jian)表面的泥(ni)餅層,大幅(fu)度恢復其膜(mo)通量,能較(jiao)好地維持穩(wen)定(ding)運(yun)行。
2) 考察(cha)了(le)膜(mo)組(zu)件的(de)(de)(de)(de)分(fen)離(li)/ 曝氣交替運(yun)(yun)行(xing)周(zhou)期(qi)(qi)對(dui)連(lian)續(xu)運(yun)(yun)行(xing)過(guo)程(cheng)中膜(mo)過(guo)濾(lv)性能的(de)(de)(de)(de)影響(xiang)。當(dang)交替運(yun)(yun)行(xing)周(zhou)期(qi)(qi)由6h 變(bian)化(hua)到(dao)1h ,初始膜(mo)通量(liang)在60～140 L·(m2·h) - 1變(bian)化(hua)時(shi),系統在連(lian)續(xu)運(yun)(yun)行(xing)過(guo)程(cheng)中每一(yi)運(yun)(yun)行(xing)周(zhou)期(qi)(qi)內(nei)的(de)(de)(de)(de)平均膜(mo)通量(liang)均首先經歷了(le)初始的(de)(de)(de)(de)下降階段(duan),然后(hou)基(ji)本穩定(ding)在50～80L·(m2·h) - 1左右的(de)(de)(de)(de)水平,但低(di)的(de)(de)(de)(de)初始膜(mo)通量(liang)可以(yi)使(shi)平均膜(mo)通量(liang)表(biao)現(xian)出更好(hao)的(de)(de)(de)(de)穩定(ding)性。
3) 分離/ 曝氣微孔膜(mo)- 生物(wu)(wu)反應器處理實(shi)際生活污水(shui),可獲(huo)得與傳統膜(mo)生物(wu)(wu)反應器相似(si)的(de)出(chu)水(shui)水(shui)質,系統出(chu)水(shui)COD < 50mg/ L ,NH3 - N < 1mg/ L ,COD 和(he)NH3 - N 去除率分別大于(yu)85 %和(he)98 %。
參 考 文(wen) 獻:
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