1、分體式膜2生物反應器在廢水處理中的工藝條件呂紅,徐又一3,朱寶庫,徐志康,謝柏明(浙江大學高分子科學與工程學系,杭州310027摘要:對分體式膜2生物反應器(RMBR 處理廢水進行了研究.進水COD Cr :312584mg/L ,RMBR 的出水COD Cr 在運行4d 后15mg/L 并穩定.向生物反應器添加015g/L (混合液的粉末活性炭(PAC 后出水COD Cr 4122mg/L.膜側污水流速在019119m/s 范圍內,臨界膜通量隨膜側污水流速的增大而增大.添加PAC ,組合添加PAC 和Al 2(SO 4318H 2O 均可有效提高臨界膜通量.在膜側流速119m/s 的條件下,

2、臨界膜通量從72L/(m 2h 分別增至76L/(m 2h 和81L/(m 2h .在2230范圍內,每升高1可提高膜通量119%.在連續運行100d 中,RMBR 可在無任何物理,化學清洗的條件下運行14d 而透膜壓力無增大,膜通量不降低.對于已污染的膜,水清洗、水堿共同清洗、水堿酸共同清洗可分別恢復至新膜膜通量的47%、83%、94%.關鍵詞:分體式膜2生物反應器;污水處理;膜污染;臨界膜通量中圖分類號:X70313文獻標識碼:A 文章編號:025023301(20030320420061基金項目:國家自然科學基金資助項目(59833120作者簡介:呂紅(1972,男,碩士生,工程師,主要

3、從事污水處理與高分子材料方面的研究.收稿日期:2002206227;修訂日期:20022092163通訊聯系人Processing Conditions of R ecirculated MBR for W aste w ater T reatmentL Hong ,Xu Y ouyi ,Zhu Baoku ,Xu Zhikang ,Xie Boming (Department of Polymer Science and Engineer 2ing ,Zhejiang University ,Hangzhou 310027,China Abstract :In this paper ,was

4、tewater was treated with Recirculated Membrane Bio 2Reactor (RMBR and effluent quality became stable after four days running continuously.Critical membrane flux was increased with increasing crossflow ve 2locity between 019119m/s.Under crossflow velocity of 119m/s ,critical membrane flux was enhance

5、d from 72L/(m 2h to 76L/(m 2h or 81L/(m 2h respectively when powdered activated carbon (PAC or both PAC and alum were added to the system.Between 2230,the flux was elevated 119%per 1increased.Fouling materials were re 2moved efficiently through cleaning physically or/and chemically with flux recover

6、y of 47%94%.K eyw ords :recirculated membrane bioreactor ;wastewater treatment ;membrane foulin g ;critical membrane flux膜2生物反應器(Membrane Bio 2Reactor ,MBR 是將膜和活性污泥相結合的一種污水處理技術.同傳統的活性污泥法相比,MBR 具有許多優點14.按膜和生物反應器的位置關系可將MBR 分為分體式和一體式2種.分體式膜2生物反應器(Recirculated Membrane Bio 2Reactor ,RMBR 是將膜組件與生物反應器分置,由

7、泵將混合液加壓送至膜組件,濃縮液循環回生物反應器,濾過液作為出水;一體式膜2生物反應器(Submergered Membrane Bio 2Reactor ,SMBR 是將膜組件浸沒于生物反應器中,通過負壓抽吸或虹吸得到過濾液.在RMBR 中,為了延緩膜污染,膜側廢水流速一般為25m/s ,導致其能耗較高(412kW h/m 3,應用受到限制1,2,5,6.本文研究了RMBR 的運行條件,臨界膜通量及提高膜通量的方法.1試驗裝置111裝置RMBR 試驗裝置見圖1,主要由生物反應器和膜組件2部分組成.生物反應器是活性污泥曝氣池,有效容積25L.膜組件為內壓式聚丙烯中空纖維微濾膜(杭州浙大凱華膜技

8、術有限公司生產,纖維內徑300m ,壁厚40m ,平均孔徑0102012m ,有效膜面積01087m 2.污水從原水箱進入生物反應器,泥水混合液從生物反應器經循環泵送入膜組件,濃縮液循環回生物反應器,濾過液作為出水.112試驗用水第24卷第3期2003年5月環境科學ENV IRONM EN TAL SCIENCEVol.24,No.3May ,20031.原水箱2.生物反應器3.曝氣泵4.混合液循環泵5.膜組件68,1圖1RMBR工藝流程Fig.1Schematic diagram of recirculated membrane bioreactor試驗用模擬廢水,由奶粉、可溶性淀粉、Na2

9、HPO412H2O、CO(N H22、Na2CO3等配制而成,COD Cr:312584mg/L,N H32N:16 40mg/L(CNP約10051.113試驗方法本試驗從2002202225開始污泥曝氣培養(污泥取自杭州中策啤酒廠廢水處理車間,032 13日開始連續運行.試驗主要工藝參數見表1.試驗共分4個階段.第1階段(03213042 03,考察RMBR運行效果及溫度對膜通量的影響.第2階段(0420405207,考察各膜側流速條件下的臨界膜通量及不同清洗方法對受污染膜的清洗效果.第3階段(0520806202,考察添加PAC對臨界膜通量,臨界循環比及COD 表1RMBR主要工藝參數T

10、able1RMBR running parameters水力停留時間(HRT/h污泥齡(SRT/h透膜壓力(TMP/kPa懸浮污泥濃度(MLSS/gL-1溶解氧(DO/mgL-1循環比1溫度/515257014021131634256022341循環比指經過膜組件的循環流量與膜通量之比.211RMBR處理效果及添加PAC和硫酸鋁的影響RMBR出水在運行4d后達到穩定(圖2, COD去除率在第4天已達9615%.這是由于膜的截留作用使微生物在反應器中富集,同時膜表面凝膠層的形成也起到了一定的截留作用.在長期運行中,即使進水COD Cr在312 584mg/L,膜通量在3585L/(m2h的范圍內

11、變化,出水COD數值也較穩定,始終低于15mg/L,表現出良好的穩定性和抗沖擊負荷能力(圖3.添加PAC后出水COD降低,COD Cr99出水01153(未加硫酸鋁21463123(添加硫酸鋁01100142未檢出213臨界膜通量及添加PAC和硫酸鋁的影響臨界膜通量(Critical Membrane Flux, CMF指不隨時間下降的平衡膜通量.在該條件下,粒子脫離膜表面的速率與沉積速率相等,達成動態平衡.本試驗中,每次考察臨界膜通量時,先讓清洗過的膜在該流速下以低膜通量運行23h,穩定后調節至考察的膜通量,連續運行1d,如果透膜壓力不增大,膜通量下降不大于215%,則把該通量作為膜的平衡通

12、量,其最大值即臨界膜通量.從圖4可見,臨界膜通量隨膜側污水流速的增大而增大.添加PAC后,膜側流速在019119m/s時,臨界膜通量比未添加時高出約410L/(m2h.添加PAC,組合添加PAC和硫酸鋁可有效提高臨界膜通量.在119m/s的膜側流速下,臨界膜通量可從72L/ (m2h分別增至76L/(m2h和81L/(m2h.添加PAC后,PAC粒子增強了循環液對膜表面的剪切、擦洗作用,延緩了膜污染的形成.另外, PAC的吸附作用不僅減少了微生物對膜的污染,而且作為有機大分子膠粒(團和微生物的載體,也使微細粒子的數目減少,而小粒徑粒子比大粒徑粒子更易造成膜孔堵塞8,這在一定程度延緩了污染物在膜

13、表面的形成,提高了臨界膜通量.同時添加PAC和硫酸鋁時,由于硫酸鋁的絮凝作用,體系中的小粒徑粒子數目進一步減少,膜污染得到進一步的延緩,臨界膜通量也進一步增大.圖4添加PAC及硫酸鋁對臨界膜通量的影響Fig.4Influence of PAC and alum on CMF214臨界循環比及添加PAC和硫酸鋁的影響定義臨界循環比為經過膜組件的循環水量與臨界膜通量之比,它反應了膜的透水能力與體系的能耗,循環比值越低,能耗也越低.在臨界循環比下,體系的能耗已降至最低程度.添加PAC及組合添加PAC和硫酸鋁時臨界循環比比未添加時分別低約10%和20%(圖5.圖5添加PAC及硫酸鋁對臨界循環比的影響F

14、ig.5Influence of PAC and alum on CRR215溫度對出水通量的影響隨著溫度的升高,泥水混合液粘度降低,膜 通量隨之升高(見圖6.在溫度2230,透膜壓力70kPa ,膜側流速113m/s 的條件下,每 增大1,膜通量增大119%.圖6溫度對膜通量的影響Fig.6Dependence of flux on temperature 圖7各種膜清洗方法效果比較Fig.7Flux recovery and cleaning methods216膜的清洗經過一段時間運行,透膜壓力升高,膜通量下降,這表明膜已污染.膜污染是由于微粒,膠體粒子或溶質大分子在膜表面和膜孔吸附、沉

15、積,造成孔徑變小或堵塞.本試驗用3種方法對已污染的膜進行清洗:水洗,水+堿洗,水+堿洗+酸洗.水洗是用自來水從膜出水側進行反沖洗至基本無污染物流出;水+堿洗是水洗后用1%(W 的NaOH 溶液浸泡1h ,再水洗;水+堿洗+酸洗是水+堿洗后用015%(W HCl 溶液浸泡1h ,再水洗.對于已污染的膜,水清洗,水+堿洗,水+堿+酸洗可使膜通量分別恢復至新膜的47%、83%、94%(圖7.在本試驗連續運行的100d 中,RMBR 可在無任何清洗的條件下連續運行14d 透膜壓力65kPa ,膜側流速113m/s ,膜通量35L/(m 2h 而膜未污染.更長的運行時間或操作條件的變化可能會導致膜逐漸污

16、染.定期對膜進行清洗可有效去除膜污染,增大通量,降低能耗.3結論(1RMBR 處理廢水可長期穩定運行,在廢水水質為COD Cr :312584mg/L ,N H 32N 1640mg/L ,出水COD Cr 在運行4d 后9615%,濁度0117N TU ,SS 未檢出,N H 32N 1153mg/L.(2向生物反應器添加PAC 015g/L (混合液可提高出水水質,出水COD Cr 4122mg/L ,COD 去除率增至9819%9919%.(3廢水膜側流速在019119m/s 范圍內,臨界膜通量隨膜側流速的增大而增大.添加PAC ,組合添加PAC 和Al 2(SO 4318H 2O 可提

17、高臨界膜通量.在膜側流速119m/s 下臨界膜通量可從72L/(m 2h 分別增至76L/(m 2h 和81L/(m 2h ,臨界循環比比未添加時分別低約10%和20%.(4在溫度2230,透膜壓力為70kPa ,膜側流速為113m/s 的條件下,膜通量隨溫度的增加而線性增加,溫度每升高1,膜通量增大119%.(5對于已污染的膜,水清洗,水堿共同清洗,水堿酸共同清洗可分別使膜通量恢復至新膜的47%、83%、94%.參考文獻:1Adham S ,G agliardo P ,Boulos L et al.Feasibility of themembrane bioreactor process f

18、or water reclamation.Wat.Sci.Tech.,2001,43(10:203209.2G ander M ,Jefferson B ,J udd S.Aerobic MBRs for domesticwastewater treatment :a review with cost considerations.Separation Purification Technology ,2000,18:119130.3Heiner G ,Bonner F.Is the MBR process suited to your理技術與設備,2001,2(3:6268.5C t P ,Thompson D.Wast