脱氮除磷膜生物反应器工艺耦合混凝过程优化

中南大学学报(自然科学版)第47卷18141—贮水池；2—前进水泵；3—厌氧池；4—缺氧池1；5—缺氧池2；6—污泥回流泵；7—后进水泵；8—好氧膜池；9—产水泵；10—空气压缩机；11—污泥排放泵；12—DO/pH检测仪；13—压力仪表；14—液位计；15—加热器；16—投药泵；17—储药罐。图1UCT-MBR耦合混凝工艺流程图Fig.1FlowdiagramofUCT-MBRcoupledwithcoagulationprocess表1试验运行条件Table1Operationalconditionsduringexperiment参数数值水力停留时间(HRT)/h15.6污泥停留时间(SRT)/d20~25好氧膜池到缺氧池1回流比/%400缺氧池2到厌氧池回流比/%100曝气量/(L∙h−1)200ρ(好氧膜池DO)/(mg∙L−1)1.5~2.519%，20%和47%。在长期运行阶段下定期地取好氧池的污泥测定比好氧速率(Ko)、比硝化速率(Kn)、比释磷速率(Kana)及比好氧吸磷速率(Kaer)[8]，mg/(g·h)。试验用水为合成废水，通过稀释城市污水并投加CH3COOH，NH4Cl及KH2PO4达到所需的水质指标。短期运行阶段与长期运行阶段所用进水为同一配水方案，具体的进水水质特征如表2所示。采用此进水水质对污泥驯化1月，之后根据试验方案开展相关的研究工作。1.3分析项目及测定方法1.3.1化学需氧量(CODcr)，NH4+-N，TN，TP，MLSS和挥发性污泥(MLVSS)质量浓度的测定采用水和废水监测分析方法(4版)中的标准方法[9]测定CODcr，NH4+-N，TN，TP和MLSS质量浓度，污泥粒径采用马尔文粒径仪测定(Worcestershire,UK)，pH用便携式WTWMulti340i检测仪测定；污泥上清液的Zeta电位使用马尔文Zeta电位分析仪(Nano-Z，UK)中测定，每个样品测定3次后取平均值。表2试验运行阶段进水水质特性Table2Influentcharacteristicsduringoperationalphases参数数值范围均值ρ(CODcr)/(mg∙L−1)177.4~324.8231.8(±33.2)ρ(NH4+-N)/(mg∙L−1)43.74~50.7546.97(±2.04)ρ(TN)/(mg∙L−1)44.03~52.7848.83(±2.32)ρ(TP)/(mg∙L−1)5.43~7.366.04(±0.38)pH7.1~7.37.2(±0.1)ρ(CODcr):ρ(TN):ρ(TP)38.4:8.1:1.01.3.2跨膜压差与膜污染阻力采用数据记录仪在线采集跨膜压差(pTM)数据，并采用下式进行温度(T)校正：0.0239(20)TMTM,=eTTpp(1)在每一个阶段试验结束时，根据达西公式计算出各部分污染阻力：)()(mpcTMmfTMtTMRRRpRRpRpJ(2)其中：μ为透过液动力学黏度，Pa·s；J为产水通量，L/(m2∙h)；Rt，Rf，Rc，Rp和Rm分别为总阻力、污染阻力、滤饼层阻力、膜孔堵塞阻力和膜固有阻力，1011m−1。将膜组件取出反应器，用海绵将膜表面的滤饼层轻微擦去，然后放在清水中在一定压力下进行过滤，并测定出水通量，根据式(2)计算得出Rf，其与Rm的差值为Rp；Rt与Rf的差值为Rc。随后将膜组件浸泡在第5期王朝朝，等：脱氮除磷膜生物反应器工艺耦合混凝过程优化18150.5%的次氯酸钠溶液中，使其渗透性恢复到95%以上，进入下一个试验阶段。1.3.3胞外聚合物(EPS)与SMP的萃取与表征EPS与SMP萃取：EPS的萃取采用离子交换树脂法，取50mL好氧膜池的活性污泥，在12000r/min下离心15min，然后收集上清液经过0.45μm微滤膜后测定糖与蛋白质，分别记为SMPc和SMPP，取其加和作为SMP，mg/L；将离心浓缩的污泥，用缓冲液(缓冲液由2mmol/LNa3PO4，4mmol/LNa2HPO4，9mmol/LNaCl和1mmol/LKCl组成)补充到原来的体积。根据单位MLVSS质量加70g的比例将强酸型Na+树脂(粒径为0.3~0.7mm)和污泥缓冲液加入到锥形瓶中，并使用磁力搅拌器将其控制在800r/min下搅拌2h；搅拌结束之后，使用离心机在12000r/min下离心15min，取其上清液通过0.45μm微滤膜，测定过滤液中的糖(硫酸蒽酮法)和蛋白质(考马斯亮蓝法)，分别记为EPSc和EPSP，单位MLSS质量下糖和蛋白质的质量加和作为EPS的质量分数[10]，mg/g；采用切割相对分子质量分别为103，104和105的超滤膜(Millipore公司,美国)对EPS和SMP的相对分