MBR平板膜生物反应器临界通量

       膜生物反应器(MBR)是将膜分离与生物反应相结合的污水处理新工艺,由于具有很多传统污水处理工艺所不具备的优点,近年来已引起广泛的关注,但不可避免的膜污染限制了其更广泛的应用。临界通量在膜污染控制中具有非常重要的意义。自1995年Field首次提出临界通量的概念,国内外很多学者对此开展了研究[-51。一般地,MB膜临界通量基于如下概念,即保持一个恒定的膜通量低于此值运行时,颗粒物质不能在膜表面聚集沉积,操作压力保持稳定,没有显著的膜污染产生;而当控制膜通量高于此值运行时,操作压力急剧升高,膜污染随之迅速上升,导致MBR系统的崩溃。目前，国内外对临界通量的测定有不同的方法,多采用通量阶梯式递增法进行测量(6-11。即在- -定的水力学操作条件及混合液性质下,控制MBR在-个恒定的低通量下连续运行,观测操作压力TMP在一定时间段内的变化,若TMP保持稳定,可认为此时的通量低于临界通量,再使膜通量增加--个阶量,重复上述试验。通过逐步提高膜通量,当MBR刚好高于某个通量运行时,开始变化,不能稳定运行，可认为此时的通量已高于临界通量。本文采用通量阶梯式递增法测定平板膜生物反应器的临界通量值,通过考察不同测定参数对临界通量测定结果的影响,从而优化平板膜生物反应器临界通量的测定。

1材料与方法

1.1试验装置

     试验装置见图1,贮液罐内的水经过进水泵提升进入反

     作者简介:孙健华,工程师,从事环境污染控制与资源化研究。

     基金项目:国家高科技研究发展计划(863计划)资助项目(202AA601220)

       通过进水槽的溢流和止回阀保证反应器内水位恒定,溢.流废水回流至贮液罐。进水经进水槽自流进人好氧膜生物反应器内,反应器尺寸为长x宽x高= 300 mmx 80 mmx 500mm,有效容积10 L,用挡板将其分成升流区和降流区,二者容积比为1:2。出水通过蠕动泵对膜组件抽真空运行,真空表.显示膜过滤操作的压力。膜组件底部曝气管的孔径约为2mm,气体流量计调节曝气量。在平板膜生物反应器临界通量测定过程中,采用连续进水连续出水的方式。试验采用平板膜式组件，由北京中科膜研究机构提供，膜材质为聚偏氟乙烯(PVDF),膜的有效过滤面积为0.1 m2,截留分子量100 kda。

1.2试验用水

       试验用水为模拟生活污水的配水,见表1。

1.3接种污泥

       接种污泥取自运行3个多月的处理城市污水的一体式膜生物反应器,其MLVSS/MILSS约为0.7。在考察MISS浓度对平板膜生物反应器临界通量的影响时,为避免混合液特性的改变,采用静置浓縮的方式得到不同浓度的MLSS.

1.4临界通量的测定

       采用通量阶梯式递增法测量临界通量,其测定过程见图2。由图2可以看出,在一定的操作条件下,当运行通量不高于J时,在15min的连续抽吸间隔内操作压力能稳定为一个数值;当运行通量不小于J2时,操作压力随抽吸时间的变化而变化,不能稳定在一个数值上,而且随着通量的进一步提高,压力变化程度越大。由于试验条件限制,通量阶梯递增量不可能无限小，因此无法得到一一个准确的临界通量值,只能得到一个临界通量区域。对于图2,临界通量为J1≤Jc≤J2。在用该方法测定临界通量时,试验测定参数的差异,即初始启动通量,测定间隔时间段、通量阶梯递增量的不同,有可能造成临界通量测定值的不同。因此,有必要考察这些测定.参数对临界通量测定结果的影响,从而优化平板膜临界通量的测定。

2结果与讨论

       在一定的水力学条件和混合液性质(曝气量1.5 m/h,污泥质量浓度9g/L,温度25 C,pH=7.0~7.5)下,研究初始启动通量测定间隔时间段、通量阶梯递增量对临界通量值的影响。

2.1初始启动通的影响

       在上述操作条件下,控制测定间隔时间段△t= 15 min,通量阶梯递增量为3 L/(m'.h),分别测定初始启动通量为12L/(m7.h) .21 L/(m2.h).30 L/(m2.h)时的临界通量值,临界通量的测定结果均为36~ 39 L/(m2.h),无明显差异。因此,在.临界通量测定过程中,为减少不必要的试验时间,可适当选取一个较高的初始启动通量,但在不清楚膜本身性能的情况下,假如选取的初始启动通量过高，则有可能发生初始启动通量比临界通量还要高的现象，由于此时膜在临界通量以上运行,膜污染迅速发展,即使立即调整通量为一个较低的数值,也无法得到一个准确的测定结果。

2.2测定间隔时间段的影响

       在同样操作条件下,控制初始启动通量26 L/(m2.h) ,通40．

       量阶梯递增量3 L/(m2.h),分别测定Ot为10 min,20 min.30min.45min.60min时的临界通量值,测定结果见表2。

       由表2可以看出,当间隔时间段Ot变大时，由于临界通量测定过程中操作压力的增长趋势也变快，导致临界通量的测定结果变小;另外,测量间隔时间从10 min增加到60 min,临界通量的测量值仅减小了6 L(m2.h),变化值不是很大。因此,在临界通量测定过程中,应尽量选取一个比较适宜的间隔时间段,从而减少不必要的试验时间。

2.3通量阶梯递增量的影响

       在同样操作条件下,控制测定间隔时间段Ar= 15 min,初始启动通量26 L(m2.h),分别测定通量阶梯递增量为2L/(m2.h)、4L/(m2+h) .6 L/(m2.h)时的临界通量值,测定结果见表3。由表3可以看出，当通量阶梯递增量变大时,临界通量的测定结果变小。这可以可根据颗粒沉降理论进行解释[9):当启动通量较低时,污泥颗粒不至于沉积在膜面上,只有主体混合液中的小颗粒物质如胶体、EPS和溶解性物质附着于膜面表2测定间隔时间段对临界通值的影响

       或堵塞膜孔,通量衰减缓慢;而当污泥一旦大量沉积,会形成较大的泥饼层阻力,导致压力迅速上升。因此,颗粒在膜表面.的沉积状况随着通量增长方式的不同而有所差异:1)逐渐缓慢地提高膜通量使得膜表面的污染层呈现规则而缓慢的发展趋势,使得0P/Ot的增长趋势也较小; 2)相反,快速急剧地提高膜通量,使得膜表面的污染层以一种极不规则的态势发展,导致更大的水力学阻力,从而使得OP/Ol的增长趋势也较大。

       因此,在临界通量测定过程中,应尽量选取一个较小的通量阶梯递增量,从而获得更准确的测定结果。但在不清楚膜本身性能的情况下,如果选取的通量阶梯递增量过低,则会大大加大试验测定时间。

2.4临界通量测定参数的优化

       通过上述试验及分析,在临界通量的测定过程中,推荐以下测定参数:通量阶梯递增量尽量不大于4 L/(m2.h),测定间隔时间段可取15~ 30 min;初始启动通量的选择要适宜,太大可能会导致试验结果的误差。

3结论

       1)在平板膜生物反应器临界通量的测定过程中，当初始启动通量小于临界通量时,其对临界通量的测定值影响不大;当通量阶梯递增量变大时,临界通量的测定结果变小;当测定间隔时间段变大时,临界通量的测定结果相应变小。

       2)测定临界通量时,本文推荐以下测定参数:通量阶梯递增量尽量不大于4 L/(m2.h),测定间隔时间段可取15~ 30min;初始启动通量的选择要适宜,太大了可能导致试验结果的误差。

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