膜生物反应器中膜的最佳反冲洗周期_樊耀波

第一作者简介:男,42岁,副研究员(硕士)膜生物反应器中膜的最佳反冲洗周期樊耀波王菊思姜兆春(中国科学院生态环境研究中心,北京100085)摘要膜的反冲洗是膜生物反应器中常用的一种防止膜污染、提高透水率及透水率稳定性的技术.本文通过数学推导与实验得到一个最佳反冲洗周期测定公式:f(t)=(Qf-Qb)/(tf+tb).应用该式可得到一种较为方便的最佳反冲洗周期的测定方法.此最佳反冲洗周期测定公式和最佳反冲洗周期测定方法可以应用于膜生物反应器系统最佳反冲洗周期的确定、自动化控制和半自动化控制.关键词膜技术;膜生物反应器;最佳反冲洗周期.膜生物反应器(MBR)是一种膜技术与生物技术相结合的正在发展中的水净化再生技术.MBR因膜的高效截留作用,与生物反应器结合后便可产生良好的水处理效果.MBR对污染物去除效率高,产生剩余污泥量少,出水质好、水质稳定,出水宜于回用[1].但MBR处理污水的一个重要问题是膜的污染.膜污染造成膜阻力的不断增加,使膜的透水率随时间下降,成了限制MBR水处理技术推广应用的一个障碍.人们研究了各种防止膜污染的技术,用膜的透过水对膜进行反冲洗是其中的一种技术.许多MBR研究使用了这种反冲洗技术以提高膜的透水率[2—3].1989年,Ripperger曾研究了利用膜透过水作为反冲洗水对膜进行反冲洗及膜系统的有效透水率问题[4].1990年,Boonthanon[5],Jaffrin[6]等对反冲洗技术的作用、反冲洗周期、反冲洗持续时间等都进行了研究.但至今尚未见到对膜的最佳反冲洗周期进行理论探讨的报道.本文通过数学推导,得出一个膜的最佳反冲洗周期测定公式,并通过实验对其进行验证,得到一种较为方便的最佳反冲洗周期的测定方法.此测定公式和测定方法还可以应用于膜最佳反冲洗周期的自动和半自动控制.1实验方法实验在一个活性污泥曝气池与一个中空纤维超滤膜组成的好氧分离式膜生物反应器实验装置上进行.该实验装置的系统示意图见图1.膜组件由中国科学院生态环境研究中心高分子膜室提供.膜组件规格参数见表1.表1膜组件规格参数Table1Specificationofmembranemodules编号截割分子量膜孔径,μm长度,m纤维内径,mm工作压力,MPa工作温度,℃面积,m2M1＊100000.0050.171.0<0.15<500.022M5＊＊500000.0250.201.0<0.15<500.035＊M1膜为内外双皮层膜,膜材料为聚砜(PS);＊＊M5为内单皮层膜,膜材料为聚丙烯腈(PAN).第17卷第4期1997年10月环境科学学报ACTASCIENTIAECIRCUMSTANTIAEVol.17,No.4Oct.,1997DOI:10.13671/j.hjkxxb.1997.04.011图1实验装置系统示意图1原水槽5,7流量计10反冲洗控制器2空气泵6膜组件11循环控制器3生物反应器8净水水槽12电磁阀4循环泵9反冲洗泵13水位控制器14、15控制阀Fig.1Schematicofexperimentalsetup实验装置的反冲洗系统是一个有自动控制功能的系统.其工作过程是交替地启动和关闭循环泵、反冲泵及相应电磁阀,定期地对膜进行反冲洗.反冲洗的水量及反冲洗压力由0—60s时间控制器(图1中10)控制.反冲洗周期由0—30min时间控制器(图1中11)控制.最佳反冲洗周期测定公式据反冲洗条件下的有效透水率关系式(式(1)),通过理论分析和数学推导,然后经实验验证获得.实验参数包括透水量V(L)、透水率f(t)(L/h)、膜组件入口压力P1(MPa)、出口压力P2(MPa)、循环水量Qc(L/h)、反冲洗压力Pb(MPa)、反冲洗时间tb(s)、反冲洗水量Qb(mL)、反冲洗周期tf(min或h)等项目.实验地点为某石油化工区污水处理厂,实验污水为该厂活性污泥曝气池入水,实验活性污泥取自该厂活性污泥曝气池.2结果与讨论2.1膜的反冲洗及有效透水率在超滤和微滤中,影响膜透水率的阻力主要有滤层阻力和膜孔堵塞阻力.滤层阻力是膜表面悬浮物沉积层阻力;膜孔堵塞阻力是较小颗粒在膜孔中的积累、搭桥和堵塞造成的阻力[7].这些阻力都是随膜使用时间的增加而增加的,是影响膜透水率稳定性,使膜透水率随时间不断下降的主要原因,也是膜生物反应器研究中主要应克服的问题.反冲洗是减缓超滤和微滤中这两个主要阻力的有效手段.膜的反冲洗,即在膜工作了一段时间后,在膜的透出水面施加一个反冲洗压力Pb,在Pb驱动下,清洗水反向穿过膜,将膜孔中的堵塞物洗脱,并使膜表面的滤层悬浮起来,然后被水流冲走.反冲洗具有防止与疏通膜纤维塞堵,减小膜阻力,提高透水率及透水率稳定性的作用.膜的反冲洗可用膜透过水作为反冲洗水,这种反冲洗方式要消耗一定的出水使有效透水率下降.用膜透