C－MBR運(yùn)行對膜污染影響的研究范文

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《工業(yè)安全與環(huán)保雜志》2015年第十期

隨著污水處理工藝的發(fā)展，MBR工藝克服了傳統(tǒng)污水處理工藝存在的占地面積大、出水水質(zhì)差等缺點(diǎn)，但膜污染問題一直是MBR工藝發(fā)展和推廣的瓶頸。因此，控制和減緩膜污染的研究具有重大意義。華文強(qiáng)、車津程等人在研究C－MBR工藝處理校園污水中觀察到膜污染嚴(yán)重影響膜通量。本次實(shí)驗(yàn)研究C－MBR工藝處理校園污水過程中，其運(yùn)行條件對膜污染的影響。

1材料與方法

1．1實(shí)驗(yàn)裝置C－MBR工藝主反應(yīng)器由反應(yīng)槽與清水槽組成，反應(yīng)槽長105cm、寬20cm、高50cm，有效容積79．8L;清水槽長20cm、寬10cm、高50cm，有效容積8L。過濾泵和進(jìn)水泵為蘭格BT100－2J+YZ1515X蠕動泵。反應(yīng)槽橫向豎直安置一片陶瓷平板膜，膜片材質(zhì)為Al2O3，面積為0．5m2/片，膜片設(shè)計(jì)通量為1m3/(m2•d)，膜孔徑為0．1μm。反應(yīng)槽底端設(shè)穿孔曝氣管和砂石曝氣條，穿孔曝氣管安置在膜片正下方，如圖1所示。校園污水通過進(jìn)水泵送入C－MBR反應(yīng)槽，與微生物充分反應(yīng)后，在過濾泵抽吸作用下陶瓷膜將泥水分離，清水由過濾泵送入清水槽。

1．2實(shí)驗(yàn)運(yùn)行條件本實(shí)驗(yàn)研究C－MBR在好氧環(huán)境和厭氧/好氧交替環(huán)境運(yùn)行下陶瓷平板膜污染情況。其中好氧運(yùn)行條件通過控制砂石曝氣條的風(fēng)量來實(shí)現(xiàn)，使反應(yīng)器內(nèi)DO約為2．0mg/L;厭氧/好氧交替運(yùn)行條件通過控制砂石曝氣條間斷性曝氣來實(shí)現(xiàn)，曝氣階段反應(yīng)器內(nèi)DO約為2．0mg/L，時(shí)間為60min，停止曝氣階段反應(yīng)器內(nèi)DO小于0．03mg/L，時(shí)間為30min。整個(gè)實(shí)驗(yàn)階段穿孔曝氣管一直曝氣。其作用是:①沖洗膜;②攪動活性污泥和進(jìn)水，使其充分混合。過濾泵轉(zhuǎn)速固定在50r/min，過濾時(shí)間與反沖洗時(shí)間分別為480s和80s。

1．3實(shí)驗(yàn)進(jìn)水來源和水質(zhì)本實(shí)驗(yàn)以桂林理工大學(xué)雁山校區(qū)校園生活污水作為進(jìn)水，其水質(zhì)如表1所示。

1．4分析方法DO采用便攜式JENCOMODEL6010溶解氧儀測定;pH在線采用TengineTPH20AC測定。胞外聚合物(EPS):取定量污泥混合液于4000r/min低速離心5min，棄去上清液，用蒸餾水補(bǔ)足，在80℃下熱提30min后，于5000r/min低速離心15min，取上清液經(jīng)0．45m的醋酸纖維微濾膜抽濾，濾液即為EPS，EPS的量以TOC表征［3］。溶解性微生物產(chǎn)物(SMP):取定量污泥混合液，用濾紙快速過濾，再將濾過液用0．45nm的醋酸纖維微濾膜抽濾，濾液即為SMP，SMP的量以TOC表征。

2結(jié)果與討論

2．1反應(yīng)器在好氧和厭氧/好氧交替運(yùn)行環(huán)境下對EPS的影響C－MBR反應(yīng)器分別在好氧環(huán)境下和厭氧/好氧交替環(huán)境運(yùn)行時(shí)，反應(yīng)器內(nèi)EPS的變化情況如圖2所示。由圖2可知，EPS濃度隨著反應(yīng)器運(yùn)行時(shí)間延長不斷增加。C－MBR反應(yīng)器在好氧環(huán)境下運(yùn)行時(shí)，反應(yīng)器內(nèi)EPS質(zhì)量濃度由26．51mg/g逐漸增至48．70mg/g;反應(yīng)器在厭氧/好氧交替環(huán)境下運(yùn)行時(shí)，EPS質(zhì)量濃度由16．96mg/g逐漸增至43．04mg/g。這是因?yàn)殡S著反應(yīng)時(shí)間的延長，微生物逐漸適應(yīng)污水，從而活性增強(qiáng)產(chǎn)出更多EPS。厭氧/好氧交替環(huán)境下反應(yīng)器內(nèi)平均EPS32．43mg/g比好氧環(huán)境下的40．33mg/g低。這是因?yàn)槲⑸镌趨捬?好氧環(huán)境交替運(yùn)行條件下，反應(yīng)器內(nèi)好氧菌和厭氧菌活性都交替受到抑制，使微生物產(chǎn)生EPS降低。

2．2反應(yīng)器在好氧和厭氧/好氧交替運(yùn)行環(huán)境下對SMP的影響反應(yīng)器在好氧環(huán)境和厭氧/好氧交替環(huán)境下運(yùn)行時(shí)，反應(yīng)器內(nèi)SMP的變化情況圖3所示。由圖3可知，SMP隨著反應(yīng)器運(yùn)行時(shí)間的延長先升后降。反應(yīng)器在好氧環(huán)境下運(yùn)行時(shí)，反應(yīng)器內(nèi)SMP質(zhì)量濃度由10．65mg/L逐漸增至16．02mg/L，之后又下降為14．41mg/L;在厭氧/好氧交替環(huán)境下運(yùn)行時(shí)，SMP質(zhì)量濃度由7．43mg/L逐漸增至11．43mg/L，之后下降為10．12mg/L。這是因?yàn)殡S著反應(yīng)器運(yùn)行時(shí)間的延長，微生物的代謝活動不斷產(chǎn)生SMP和陶瓷平板膜高效截留的作用下，SMP不斷累積增加，后期由于膜通量的急劇下降，HRT延長，導(dǎo)致反應(yīng)器內(nèi)有機(jī)物等營養(yǎng)物不夠，微生物消耗一部分SMP，使后期SMP開始呈下降趨勢。厭氧/好氧交替環(huán)境下反應(yīng)器內(nèi)平均SMP13．87mg/L比好氧環(huán)境下的8．54mg/L低。這是因?yàn)閰捬?好氧交替環(huán)境下的好氧菌和厭氧菌活性都交替受到抑制，其代謝活動比好氧環(huán)境下的好氧微生物代謝慢，所以產(chǎn)生的SMP更低。

2．3反應(yīng)器在好氧和厭氧/好氧交替運(yùn)行環(huán)境下MLVSS變化情況反應(yīng)器在好氧環(huán)境和厭氧/好氧交替環(huán)境下運(yùn)行時(shí)，MLVSS的變化情況如圖4所示。由圖4可知，厭氧/好氧交替環(huán)境下反應(yīng)器內(nèi)平均MLVSS為1474．78mg/L比好氧環(huán)境下的2719．22mg/L低。這是因?yàn)殡S著反應(yīng)器運(yùn)行時(shí)間的延長，好氧環(huán)境下的微生物逐漸適應(yīng)污水后，活性增加并大量繁殖生長;而厭氧/好氧交替環(huán)境下的好氧菌和厭氧菌活性交替受到抑制，繁殖生長速度緩慢。好氧環(huán)境下反應(yīng)器內(nèi)MLVSS先升后降，這是因?yàn)榍捌谀ね拷档途徛?，而微生物適應(yīng)了污水并開始大量繁殖生長，隨著膜通量下降導(dǎo)致進(jìn)水量下降，反應(yīng)器內(nèi)的營養(yǎng)物不足，微生物開始自溶，使MLVSS下降。

2．4反應(yīng)器在好氧和厭氧/好氧交替運(yùn)行環(huán)境下膜通量的變化情況反應(yīng)器在好氧環(huán)境和厭氧/好氧交替環(huán)境下運(yùn)行時(shí)，膜通量的變化情況如圖5所示。圖5膜通量對比情況由圖5可知，膜通量隨著反應(yīng)器運(yùn)行時(shí)間的延長先緩慢下降后急劇下降。反應(yīng)器在好氧環(huán)境下運(yùn)行時(shí)，膜通量由第1d151．58mL/min平緩地下降至第14d127．43mL/min，之后開始急劇下降至第20d68．00mL/min;在厭氧/好氧交替環(huán)境下運(yùn)行時(shí)，膜通量由第1d147．16mL/min平緩地下降至第20d130．00mL/min，之后開始急劇下降至第24d66．00mL/min。分析其原因?yàn)?C－MBR反應(yīng)器在運(yùn)行時(shí)，在過濾泵的抽吸作用下一部分EPS、SMP、微粒在經(jīng)過膜孔時(shí)吸附在膜孔內(nèi)，造成膜孔徑變小及膜孔堵塞，而較大的膠體、微生物絮體、EPS、SMP不能穿過陶瓷膜，沉積在膜表面逐漸形成一層極薄的沉積層，這是濾餅層形成初期，對膜通量影響不大，隨著反應(yīng)器運(yùn)行時(shí)間的延長，沉積在膜表面的EPS和一些具有黏性的物質(zhì)不斷黏附混合液中的膠體、微生物，逐漸形成一層質(zhì)密的濾餅層，濾餅層的形成嚴(yán)重影響膜通量，導(dǎo)致后期膜通量的急劇下降。膜通量在厭氧/好氧交替環(huán)境比在好氧環(huán)境下降明顯緩慢。這是因?yàn)閰捬?好氧交替環(huán)境下反應(yīng)器內(nèi)的EPS、SMP和MLVSS均比好氧環(huán)境下低，而這些指標(biāo)對膜污染具有很大的貢獻(xiàn)。因此，C－MBR在厭氧/好氧交替環(huán)境下運(yùn)行可以明顯緩解膜污染。

3結(jié)語

C－MBR在厭氧/好氧交替環(huán)境下運(yùn)行時(shí)，反應(yīng)器內(nèi)EPS、SM和MLVSS均比在好氧環(huán)境運(yùn)行下低，膜通量下降也明顯緩慢。C－MBR在厭氧/好氧交替環(huán)境下運(yùn)行，不僅可以減緩膜污染，減少單位時(shí)間內(nèi)膜清洗次數(shù)，直接降低C－MBR運(yùn)行成本，而且曝氣量減少可以降低處理單位污水的能耗。

作者：畢海舟 王敦球 葉曄 華文強(qiáng) 張紅偉 張文杰 單位：桂林理工大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院 環(huán)境保護(hù)部水專項(xiàng)管理辦公室