MBR膜污染阻力及清洗效果研究

*收稿日期:2005-09-26作者简介:李绍峰,博士,副教授,从事水污染控制工程研究。基金项目:广东省自然科学基金项目(04KJD013)文章编号:1009-6094(2006)02-0009-04MBR膜污染阻力及清洗效果研究*李绍峰1,2,崔崇威3,刘玉强3,邹�原2,谢炜平2(1哈尔滨工业大学环保科技有限公司博士后工作站,哈尔滨150001;2深圳职业技术学院建工系,广东深圳518055;3哈尔滨工业大学市政环境工程学院,哈尔滨150090)摘�要:连续运行浸没式MBR,探讨了膜阻力的组成,利用扫描电镜技术观察了膜的污染特征,并考察了不同清洗方式的清洗效果,确定了清洗方案。研究表明,膜自身固有阻力Rm与总阻力R之比为40�7%,膜孔堵塞和吸附阻力Rb的贡献Rb/R=33�0%,泥饼层阻力Rc的贡献为26�3%;水力清洗对膜比通量的恢复能力较低,化学清洗与超声清洗相结合的效果更佳。最佳膜清洗方案为,先对污染膜进行水力清洗,再进行化学清洗,化学清洗的组合为HCl+NaClO,然后用超声波清洗,能使膜通量恢复90%以上。关键词:环境工程;MBR;污水处理;膜污染;清洗中图分类号:X703�3���文献标识码:A0�引�言膜生物反应器(MembraneBio-reactor,MBR)具有出水水质好、自动化程度高、剩余污泥产量少、抗冲击负荷能力强等优点,已经引起人们的广泛关注,并被成功应用于污水和给水处理系统中[1,2]。但MBR系统在运行中,会产生由膜污染所引起的过滤阻力增加、膜通量减少等严重问题,是限制该技术推广应用的关键所在[3-5]。因此,对膜污染特征和清洗方法进行研究,进一步认识和减缓膜污染问题,使该技术更广泛地应用于工程实践就尤显必要。本文以扫描电镜技术(Electron-microscopicScan,EMS)观察膜污染情况,初步分析膜阻力构成,试验研究不同清洗方式对膜通量的恢复效果。1�试验装置与方法1�1�试验装置试验装置见图1。原水由高位水箱1,自流进入平衡水箱2,通过浮球阀控制MBR反应器和水箱2中的水位;膜组件完全浸没于反应器中,计量泵抽吸,管线上利用阀门和液体流量计控制流量大小,真空表测定真空度,计量泵由继电器控制,抽吸15min,停3min;气泵经砂芯滤头为混合液供氧,通过阀门和气体流量计调节空气流量。膜组件材料为聚丙烯,膜孔径0�1�m,膜面积0�6m2/片�4片,杭州凯宏膜技术有限公司;生物反应器为不锈钢材质,总有效容积35L。1�2�试验配水采用人工配水,由淀粉、葡萄糖、蛋白胨、氯化铵、磷酸氢二钾、氯化钙、硫酸镁、氯化铁配制而成,并加入碳酸氢钠调节pH值。配水水质见表1。1�3�试验方法固定高程,测定新膜水通量;MBR运行一定时期,当膜通量下降到一定程度,测定各种方法清洗前后的水通量。扫描电镜型号:S520扫描电镜,日立公司,分辨率6nm,放大倍数20~200000。剪下膜丝,经戊二醛固定,不同浓度梯度的酒精脱水,CO2临界点干燥,贴台、喷金后进行电镜观察。2�试验结果及分析2�1�膜污染形态观察��新膜扫描电镜照片见图2。可以看出,新膜表面呈网状编织结构,表面不是很光滑,这使得污染物很容易在膜面上积累,给微生物的生长和繁殖创造了条件。污染膜的扫描电镜照片见图3。可以看出,膜丝表面和膜丝间存积了大量颗粒物、活性污泥等悬浮物质,微生物相互粘连,沉积在膜丝外表面,形成非常致密的凝胶层。在膜内部附着的微生物较多,包括球菌、杆菌和丝状菌以及无机物和有机物形成的黑色凝胶层。由图4还可以看出,当以水力清洗后,膜外表面的污染物基本被洗刷干净,但膜内部还粘附着许多微生物的残骸和黑色污染物质,这是造成膜过滤阻力升高的最主要原因。化学清洗完毕后,通过扫描电镜观察,膜内表面的微生物残骸和污1�高位水箱;2�平衡水箱;3�曝气装置;4�膜组件;5�抽吸泵;6�液体流量计;7�真空表;8�气体流量计;9�气泵图1�试验装置示意图Fig.1�Se-tupofexperimentfacility表1�试验配水水质mg/LTable1�QualityofthetestwastewaterCODTNNH3NTNpH324�2~543�815�2~25�811�4~23�63�2~5�36�8~7�9图2�新膜扫描电镜照片Fig.2�Electron-microscopicscanningofnewmembrane9第6卷第2期2006年4月��������������安全与环境学报JournalofSafetyandEnvironment��������������Vol.6�No.2�Apr,2006染物质已经基本消失,膜通量得到了很好的恢复,见图5。经超声清洗后,膜纤维内部的污染物质得到了进一步的去除,膜颜色变浅、发白,见图