一体式新型PVC材料膜生物反应器处理生活污水的研究

MBR技术以出水水质好、结构紧凑和产泥率低等特点在污水处理及回用中得到了广泛的应用[1-5]。膜材料及膜组件的成本、使用寿命、抗污染能力，是影响MBR能否大范围推广应用的重要因素，所以膜材料和膜污染成为制约膜生物反应器规模化的瓶颈[6-7]。目前实际应用的膜材料包括有机膜和无机膜。有机膜易污染、堵塞，只能在低温、低压下操作；20世纪90年代研制出的耐高温、耐高压、孔径易控制的无机膜已经得到广泛重视，如陶瓷膜，陶瓷膜具有极强的耐污染能力，但因其造价较高且通量较低因而不能大规模应用。为解决MBR膜组件价格高的问题，有研究者[8-9]提出了用廉价微网材料替代传统微（超）滤膜进行固液分离的动态膜-生物反应器，但是出水稳定性差限制了其应用和发展。本研究采用具有我国自主知识产权的PVC中空纤维膜，其价格仅为国外同类产品的1/5～1/3，可以大大减少膜生物反应器的基建投资，推动膜生物反应器的广泛应用。1材料与方法1.1原水水质试验用水为人工配水，有机物浓度与城市污水的浓度相近，COD为100～400mg·L-1，BOD5/COD为0.65～0.75，NH4+-N质量浓度为10～40mg·L-1，TN质量浓度为10～50mg·L-1。反应器接种污泥取自上海某污水处理厂二沉池回流污泥，驯化1个月后开始连续运行。1.2膜生物反应器和超滤膜组件性能参数试验装置及流程如图1所示，进水采用液位计控制水位，采用蠕动泵抽吸出水。膜生物反应器超滤膜采用PVC中空纤维膜，膜材料为PVC合金；膜类型为外压毛细管式；内径0.85mm，外径1.45mm；膜公称孔径0.01μm；截留分子质量50kD；最大跨膜压差0.05MPa；工作温度5～38℃；进水pH为2.0～13.0。试验使用的膜面积为0.25m2，膜组件正下方设45°斜下穿孔曝气管。水力停留时间8.1h（缺氧池2.7h，好氧池5.4h），通过定期排泥控制污泥龄为20d。膜生物反应器采用恒通量运行（膜通量为6.0L·h-1·m-2），间歇出水，即抽吸泵运行9min，停止抽吸3min，液位计用于控制进水泵的开启同时一体式新型PVC材料膜生物反应器处理生活污水的研究李继香1，夏四清1，徐胜男1，王小佳1，李俊英2，张彦浩3（1.同济大学污染控制与资源化研究国家重点实验室，上海200092；2.美国哈希公司，上海200335；3.山东建筑大学市政与环境工程学院，山东济南250101）摘要：利用一套一体式新型PVC（Polyvinylchloride）材料膜生物反应器，采用模拟生活污水，研究了该新型材料膜生物反应器长期的运行特性、膜污染阻力分布及膜污染清洗方法。结果表明，PVC新型材料膜生物反应器对主要污染物SS、COD、NH4+-N和浊度等有很好的去除效果，出水的去除率分别可以稳定在99%、90%、95%和99%以上，TN去除率稍有波动，但大部分时间稳定在70%以上，出水水质可达到城市杂用水水质标准（GB/T18920－2002）的要求。通过质量分数0.2%次氯酸钠碱洗和质量分数1%柠檬酸洗可以有效清除膜污染，使膜通量恢复至新膜水平。膜阻力分布分析表明泥饼层阻力和浓差极化阻力是膜污染的主要组成部分，占总阻力的88.59%，而内部阻力仅占3.65%。关键词：PVC；一体式膜生物反应器；膜污染；膜清洗中图分类号：TQ028.8；X799.3文献标识码：A文章编号：1000-3770(2010)07-0115-004收稿日期：2009-10-16基金项目：国家高技术研究发展计划863项目（2009AA062902）；国家水污染控制重大专项（2009ZX07317-008-5）；污染控制与资源化研究国家重点实验室基金（PCRRK08005）作者简介：李继香（1982－），男，博士研究生，研究方向为水污染控制及资源化联系作者：夏四清，教授；联系电话：021-65980440；E-mail：siqingxia@gmail.com第36卷第7期2010年7月水处理技术TECHNOLOGYOFWATERTREATMENTVol.36No.7Jul.,2010115保持反应器液位恒定。曝气强度为140m3·h-1·m-3，DO质量浓度维持在（6±1）mg·L-1。1.3分析项目与方法MBR进水、上清液和出水的COD、BOD5、NH4+-N、MLSS及MLVSS均参照标准方法测定[10]。膜污染通常采用污染阻力来表征。过滤总阻力（Rt）包括膜本身的固有阻力（Rm）、膜孔内部堵塞阻力（Ri）、浓差极化阻力（Rp）和泥饼层阻力（Rc）。Rt是各种阻力值的叠加，且符合达西公式[11]：R=Δp/(μJ)式中，J为膜通量；Δp为过滤压差；μ为液体的黏度。各部分膜阻力检测方法[12]：膜固有阻力：投入运行前经过质量分数0.02%NaClO溶液清洗