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影響MBR處理效果及膜通量的因素研究

來源：印染在線　發(fā)布時(shí)間：2009年03月24日

影響MBR處理效果及膜通量的因素研究

膜生物反應(yīng)器(MBR)由于使用了膜分離技術(shù)，可在HRT較短而SRT很長的工況下運(yùn)行，延長了廢水中難生物降解的大分子有機(jī)物在反應(yīng)器中的停留時(shí)間，最終將其去除［1 、2］。目前，國內(nèi)對(duì)MBR處理生活污水的研究較多，而對(duì)處理難降解工業(yè)廢水卻少有報(bào)導(dǎo)。毛紡印染廢水由于含多種染料等難降解有機(jī)物，傳統(tǒng)生物處理技術(shù)對(duì)毛紡印染廢水的處理效果往往不理想，因此用MBR處理毛紡印染廢水的研究具有重要的意義。試驗(yàn)就采用MBR處理毛紡印染廢水時(shí)，溶解氧、污泥濃度、污泥負(fù)荷、容積負(fù)荷和水力停留時(shí)間等因素對(duì)處理效果的影響以及溫度和污泥濃度對(duì)膜通量的影響進(jìn)行了探討。

1 試驗(yàn)材料與方法

1.1 試驗(yàn)裝置與流程試驗(yàn)在北京某毛紡廠污水站進(jìn)行。廢水經(jīng)過0.5 mm篩板過濾后進(jìn)入系統(tǒng)，其工藝流程見圖1。其中厭氧池容積為4.5m3，主要作用是通過水解酸化破壞染料等有機(jī)物的分子結(jié) 構(gòu)以利進(jìn)一步降解；曝氣池容積為3.0m3，曝氣量控制在8～15m3/h。膜材料為聚丙烯氰(PAN)中空纖維超濾膜，截留相對(duì)分子質(zhì)量為5×104，膜總面積為12m2。

1.2 分析項(xiàng)目與方法試驗(yàn)分析項(xiàng)目有pH值、溫度、MLSS、DO、NH3-N、COD、色度、濁度等，測定方法均采用《水和廢水監(jiān)測分析方法》(第3版)的標(biāo)準(zhǔn)方法。1.3 原水水質(zhì)及運(yùn)行參數(shù) 原水水質(zhì)與運(yùn)行參數(shù)如表1、2所示。

表1 原水水質(zhì)
溫度(℃)	pH	COD(mg/L)	BOD5(mg/L)	NH3-N(mg/L)	色度(倍)	濁度(NTU)
24～38	6.3～7.8	179～358	44.8～206	0.51～1.74	50～240	34 ～98

表2 曝氣池運(yùn)行參數(shù)
統(tǒng)計(jì)值	溫度(℃)	pH	DO(mg/L)	容積負(fù)荷［g/(m 3·d-1)］	污泥負(fù)荷［g/(kg·d-1)］	MLSS (g/L)	HRT(h)	Q(m3/d)
最大	35	8.2	10.4	2447	5850	2.82	9.4	13.4
最小	9	6.5	0.2	831<	568	0.32	5.4	7.7
平均	24.9	7.4	2.8	1320	1478	1.55	7	10.3

2 結(jié)果與討論

2.1 處理效果系統(tǒng)出水水質(zhì)的平均值見表3。

表3 MBR出水水質(zhì)與CJ 25.1—89的比較
項(xiàng) 目	COD(mg/L)	BOD5(mg/L)	濁度(NTU)	NH3-N(mg/L)	色度(倍)
進(jìn)水	256.5	94.8	45.65	1.05	64
出水	20.2	1.6	0.51	0.56	25
去除率(%)	92.4	98.4	98.9	47	74
《生活雜用水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》(CJ 25.1—89)	a	50	10	10	20	30
	50	10	5	10	30
注： a.城市園林綠化； b.灑水、掃除。

經(jīng)MBR處理后水質(zhì)良好，COD、BOD5、濁度都很低，出水雖有一定色度，但已達(dá)到或優(yōu)于建設(shè)部生活雜用水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)(CJ 25.1—89)，可直接作為城市園林綠化、灑水、掃除、消防等用水。2.2 影響MBR處理效果的因素2.2.1 溶解氧(DO) DO對(duì)COD去除效果的影響見圖2。

試驗(yàn)結(jié)果表明:當(dāng)DO＞1 mg/L時(shí)對(duì)COD有良好的去除效果,其去除率可達(dá)90%以上,且DO再增加對(duì)COD的去除效果不再有明顯影響。在短期缺氧條件下，即DO在0.5～1 mg/L時(shí)系統(tǒng)也能獲得較好的去除效率。但是嚴(yán)重缺氧時(shí)間較長，如DO＜0.5 mg /L時(shí)膜出水會(huì)出現(xiàn)異味，

其COD可達(dá)60 mg/L左右，COD的去除率降至80%～87%。由此可見，在MBR中一般應(yīng)保持DO濃度＞1 mg/L。為了減少工藝的曝氣能耗，DO宜控制在1.5～2 mg/L。2.2.2 污泥濃度(MLSS) 原水有機(jī)物濃度較低且含有難生物降解性物質(zhì)，因此好氧生物單元污泥濃度在較低的范圍內(nèi) (0.32～2.8 g/L)波動(dòng)。運(yùn)行初期，MLSS在0.32～1.3 g/L的范圍內(nèi),COD的去除效果比較理想，17個(gè)出水COD數(shù)值中僅有4個(gè)偏高：如42.7 mg/L(MLS S為0.66 g/L)、36 mg/L(MLSS為1.28 g/L)、44.9 mg/L(MLSS為0.7 g/L)、36.5 mg/L(MLSS為0.8 g/L)，另外13個(gè)均低于25 mg/L。當(dāng)MLSS＞1.3 g/L、系統(tǒng)進(jìn)入運(yùn)行穩(wěn)定期后，只要沒出現(xiàn)DO不足(DO＜0.5 mg/L)的特殊情況，MBR的出水COD值均較低且穩(wěn)定(見圖3)。對(duì)好氧生物單元上清液COD的同步監(jiān)測結(jié)果表明：MLSS與上清液COD存在明顯的負(fù)相關(guān)關(guān)系。這說明系統(tǒng)中由于膜的截留作用彌補(bǔ)了MLSS變化造成的生物反應(yīng)器處理性能的不穩(wěn)定，在0.32～2.8 g/L的污泥濃度范圍內(nèi)MLSS變化對(duì)出水COD影響不明顯。

2.2.3 COD污泥負(fù)荷和容積負(fù)荷 MBR的污泥負(fù)荷與容積負(fù)荷的變化見圖4、5。

由于MBR出水水質(zhì)穩(wěn)定，所以其動(dòng)力學(xué)參數(shù)COD污泥負(fù)荷和容積負(fù)荷隨進(jìn)、出水的COD 濃度變化而變化，MBR中COD容積負(fù)荷、COD污泥負(fù)荷的變化分別為0.83～2.45 kg/(m3·d)、0.568～5.85 kg/(kg·d)。在系統(tǒng)運(yùn)行初期MLSS僅為0.32 g/L，污泥負(fù)荷高達(dá)3.71 kg/(kg·d)，系統(tǒng)出水COD在15～45 mg/L之間，對(duì)COD的平均去除率達(dá)90%左右。

系統(tǒng)運(yùn)行10 d后，MLSS升至0.9 g/L，COD污泥負(fù)荷降至1.40 kg /(kg·d)。系統(tǒng)進(jìn)入穩(wěn)定運(yùn)行期，COD污泥負(fù)荷一般在0.60～1.80 kg/(kg·d) 之間，此時(shí)出水的COD值＜25 mg/L,對(duì)COD的平均去除率達(dá)92%。在系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行期，由于進(jìn)水COD的波動(dòng)而污泥負(fù)荷曾一度升至5.85 kg/(kg·d)，但出水水質(zhì)和各項(xiàng)指標(biāo)的去除率并無大的變化，表明MBR系統(tǒng)具有較強(qiáng)的抗沖擊負(fù)荷的能力。從圖4、5可看到出水水質(zhì)隨污泥負(fù)荷與容積負(fù)荷而變化的情況，即一般隨污泥負(fù)荷與容積負(fù)荷增高，相應(yīng)的出水COD略有增加。MBR的污泥負(fù)荷與容積負(fù)荷是普通活性污泥法的3～5倍，這表明處理同樣的印染廢水，MBR體積將比常規(guī)活性污泥法縮小3～5倍，可大大節(jié)約占地和投資。2.2.4 水力停留時(shí)間(HRT) 水力停留時(shí)間對(duì)COD去除效果的影響見圖6。

當(dāng)HRT在5.5～8 h時(shí)，HRT對(duì)COD的去除效果無明顯的影響；當(dāng)HRT＞8 h時(shí), 出水COD濃度隨HRT的延長略有降低。在實(shí)際工程設(shè)計(jì)中，用膜生物反應(yīng)器處理毛紡廢水或類似廢水，HRT可控制在6～9 h。2.3 影響膜通量的因素2.3.1 溫度水溫對(duì)膜通量的影響見表4。

表4 水溫對(duì)膜通量的影響

55.11

試驗(yàn)日期	水溫(℃)	溫差(℃)	膜通量［L/(m2·h)］	膜通量增值率(%)	備注
1999年11月1日	17	11	-0.76	運(yùn)行53 d 未化學(xué)清洗
1999年11月2日	28	54.69
1999年11月8日	18	5	50.00	0	運(yùn)行60 d 未化學(xué)清洗
1999年11月9日	23	50.00
1999年12月5日	14	8	44.44	0	運(yùn)行87 d 未化學(xué)清洗
1999年12月6日	22	44.44
1999年12月13日	12	9	41.94	-5	運(yùn)行95 d 未化學(xué)清洗
1999年12月14日	21	39.78
2000年1月3日	7	17	37.36	21.7	化學(xué)清洗后9 d
2000年1月4日	24	45.50
2001年1月11日	17		30.35	41.2	化學(xué)清洗后1 d
2001年1月12日	8	8	42.85

水溫直接影響有機(jī)膜的孔徑、膜的阻力和污水的粘度，從而影響膜通量。一些MBR小試研究表明：在一定的溫度范圍與壓力條件下，溫度每升高1 ℃，膜通量增加1%～2%［3］。本研究卻發(fā)現(xiàn)，隨著運(yùn)行時(shí)間的延長、膜污染的增加、污泥在膜面的沉積以及凝膠層的增厚，水溫升高后并沒有發(fā)現(xiàn)膜通量有相應(yīng)明顯增加的現(xiàn)象；但對(duì)膜組件進(jìn)行化學(xué)清洗后，發(fā)現(xiàn)水溫的升高會(huì)引起膜通量明顯增加。分析這一現(xiàn)象可能的原因是：污泥在膜表面的沉積以及凝膠層的增厚導(dǎo)致膜過濾阻力的增加，降低了溫度對(duì)膜通量的影響。2.3.2 污泥濃度(MLSS) 污泥濃度的增加往往伴隨著混合液粘滯度、溶解性有機(jī)物及惰性物質(zhì)

等的變化，它們同樣會(huì)對(duì)膜通量產(chǎn)生影響。在一定條件下污泥濃度越高膜通量愈低，但也有研究表明，在較高的膜面流速下MLSS為2 g/L與6 g/L時(shí)的膜通量幾乎無差別，本試驗(yàn)在120 d以上的運(yùn)行中也得出了類似的結(jié)果。圖7表示在膜面流速為(2.95±0.3)m/s、膜面操作壓力為(62± 10)kPa的條件下MLSS對(duì)膜通量的影響。

從圖7可以看出，當(dāng)污泥濃度＜3.0 g/L并且膜面流速較高時(shí)，污泥濃度對(duì)膜通量沒有顯著影響。

3 結(jié)論

① 采用MBR工藝處理毛紡印染廢水能得到優(yōu)質(zhì)而穩(wěn)定的出水：COD為20.2 mg/L 、BOD5為1.6 mg/L、濁度為0.51 NTU、色度為25 倍，完全符合建設(shè)部頒布的《生活雜用水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》(CJ 25.1—89)。 ② 溶解氧是影響處理效果的一個(gè)關(guān)鍵因素，污泥濃度、污泥負(fù)荷、容積負(fù)荷和水力停留時(shí)間等因素對(duì)處理效果的影響不明顯。 ③ 隨著運(yùn)行時(shí)間的延長、膜污染的增加，溫度對(duì)膜通量的影響降低。 ④ 當(dāng)污泥濃度較低且膜面流速較高時(shí)，污泥濃度對(duì)膜通量沒有顯著影響。