浸没式双轴旋转厌氧膜生物反应器的膜污染机理研究_白玲

浸没式双轴旋转厌氧膜生物反应器的膜污染机理研究白玲1,刘超2,蓝伟光3,胡侃1,王身相1(1.江西农业大学理学院,南昌330045;2.江西师范大学计算机信息工程学院,南昌330027;3.三达膜科技有限公司,厦门361022)摘要:试验研究了新型浸没式双轴旋转厌氧膜生物反应器处理啤酒废水的膜污染机理.分析了膜阻力分布情况和膜污染速率及稳定运行时膜过滤阻力随运行时间变化的阻力模型.结果表明,最初很短时间内膜污染受膜孔堵塞模型控制,之后受泥饼层阻力模型控制,后一阶段是膜污染的主要控制阶段.经过146天的运行,膜污染较轻,过滤阻力随时间增大的速率非常缓慢,并在一定膜转速下,过滤阻力保持不变.证实了系统由双轴旋转膜组件形成的湍流可削弱膜表面的浓差极化及泥饼层的形成,从而有效地控制膜污染.关键词:浸没式双轴旋转厌氧膜生物反应器;啤酒废水;膜污染机理中图分类号:X703.1文献标识码:A文章编号:1007-8924(2010)02-0058-06厌氧膜生物反应器(AnaerobicMembraneBiore-actor,AnMBR)是一种处理高浓度有机废水的有效的工艺[1,2],已成为国外如WERF(WaterEnviron-mentalResearchFoundation)等协会研究的重点之一[3].浸没式MBR由于能耗低、过膜压差(TMP)低和小的占地面积而得到了广泛的应用.但AnMBR的运行方式目前在国内外几乎以外置式为主.是因为浸没式AnMBR的膜污染控制始终无法真正有效地得以解决,而限制了它的应用.因此为了控制、解决浸没式AnMBR中的膜污染问题,我们研发了一套浸没式双轴旋转厌氧膜生物反应器(SubmergedDouble-shaftRotaryAnaerobicMembraneBioreac-tor,SDRAnMBR).系统容器容积120L,内装填平板超滤膜.内置的旋转膜组件采用双轴同向旋转,由膜旋转形成的湍流可削弱膜表面的浓差极化及泥饼层的形成,从而有效地控制膜污染,使膜污染降低到最低程度.目前,对于浸没式厌氧膜生物反应器的膜污染机理研究较少.如:Jeison等[4]研究了浸没式管式聚硫砜厌氧MBR处理酸化的废水的膜污染特性及机理;王志伟等[5]研究了浸没式AnMBR在处理酒厂高浓度有机废水时的膜污染特性.对于SDRAnMBR的膜污染机理研究国内外未见报道.本试验主要研究SDRAnMBR处理人工配制模拟啤酒废水膜污染性能及机理,以期为实际运行的MBR系统中的膜污染防治提供指导.1材料与方法1.1工艺流程SDRAnMBR的桶体外壳由不锈钢材料制成,桶体高73cm,直径为45.7cm,系统容器容积120L,内装填双轴旋转平板超滤膜组件,双轴旋转最大速度为500r/min,反应器有效容积100L.SDRAn-MBR主要由下列几部分组成:进水系统,厌氧生物反应器系统,出水系统,内置的双轴旋转膜组件系统,集气系统和PLC自控系统.其工艺流程见图1.其工作过程为:储水箱内的废水经过进水泵提升由反应器顶部进入反应器,由PLC控制系统,采用液位计控制SDRAnMBR内的水位恒定,实现间歇进水;温度控制仪维持反应器内温度一定,并控制双轴旋转膜组件的转速一定.在一定的转速下,可保证活性污泥的均匀混合,同时使膜表面受到冲刷剪切.出水泵对膜组件抽真空运行,渗透液在过膜压差收稿日期:2008-12-24;修改稿收到日期:2009-02-08基金项目:江西省教育厅科技项目(2008GJJ08175)作者简介:白玲(1964-),女,山西永和县人,博士,副教授,从事MBR废水处理.〈bailing716@yahoo.com.cn〉第30卷第2期膜科学与技术Vol.30No.22010年4月MEMBRANESCIENCEANDTECHNOLOGYApr.2010DOI:10.16159/j.cnki.issn1007-8924.2010.02.008图1浸没式双轴旋转厌氧膜生物反应器工艺流程图Fig.1FlowchartofSDRAnMBRprocess驱动下透过膜,并被收集于中空轴外排于反应器底部的储水池,由出水蠕动泵排出.为恒流出水,实现连续出水的运行方式.1.2接种污泥和试验用水本试验的接种污泥取自南昌某啤酒厂UASB的底部浓缩的厌氧颗粒污泥.其主要为黑色小颗粒污泥.具有相对规则的球形或椭圆形外观,直径多为0.2～1mm,颗粒污泥的颜色以黑色或深浅不同的黑灰色居多.试验用水采用人工配制模拟啤酒废水,以啤酒混合自来水配制而成.以啤酒为碳源,NH4Cl作为氮源,磷酸盐(KH2PO4,K2HPO4)为磷源,同时,为保证所培养的微生物生长、繁殖需要,加入适当微量元素(MgSO4·7H2O、CaCl2和FeCl3·6H2O)等作为补充.按C∶N∶P=250∶