膜生物反应器中膜污染控制方法的研究_付婉霞

膜生物反应器中膜污染控制方法的研究＊付婉霞李海俊张璐璐(北京建筑工程学院城市建设工程系,北京100044)摘要从膜生物反应器的类型、气水比和粉末活性炭的投加浓度等方面研究了控制膜污染的方法。结果表明,最优的一体式和分置式膜生物反应器的类型是不同的;大的气水比有利于减轻膜的污染,但在一定的水质条件下,增大曝气量所引起的膜通量减少速度是有限的;投加适量的粉末活性炭,可减缓膜污染,但投量过大时,反而易造成膜堵塞。关键词膜生物反应器膜污染类型气水比粉末活性炭＊北京市教育委员会科技发展计划项目资助。1引言膜通量是衡量膜生物反应器性能的一个重要指标。它的变化趋势和变化幅度反应了膜生物反应器运行的稳定程度,决定着膜的清洗周期和使用寿命。引起膜通量衰减的主要原因是膜在运行过程中受到了污染。减缓膜污染和膜通量下降的方法有许多,通过试验,本研究探讨了可以减缓膜污染速度的膜生物反应器装置及工艺参数。2采用最优的膜生物反应器类型膜生物反应器从膜组件设置的位置来分,可分为分置式和一体式2种。根据生物反应器中微生物生长状态的不同,膜生物反应器又可分3种类型:活性污泥-膜生物反应器、生物膜-膜生物反应器和活性污泥与生物膜共存的膜生物反应器(简称复合式膜生物反应器)。有学者曾对采用平板膜的3种类型分置式膜生物反应器做过对比研究[1],结果表明:在总污泥浓度、操作压力、膜面流速等运行参数基本相同的情况下,复合式膜生物反应器的膜通量下降速度最慢,即膜污染程度最轻;生物膜-膜生物反应器的膜通量下降速度最快。本研究对3种类型一体式膜生物反应器的膜通量衰减情况进行了对比研究,结果与上述分置式膜生物反应器的结论不完全相同。试验中采用同一个反应器装置和同一个中空纤维膜组件,依次运行复合式、活性污泥式和生物膜式反应器。每种反应器运行开始前,膜组件均进行清洗。3种反应器的总污泥浓度均为5.5gL左右,气水比为60∶1,操作压力10kPa。复合式和生物膜式反应器中的生物填料为塑料骨架和纤维束组成的组合式填料。3种类型一体式膜生物反应器出水量的变化情况见图1。图13种类型一体式膜生物反应器流量变化图从图1中看出,生物膜-膜生物反应器运行12d后,出水量从开始的13.07Lh下降到5.11Lh,平均下降量为0.663Lh·d。复合式膜生物反应器运行45d后,出水量由开始的13.46Lh下降到10.40Lh,平均下降量为0.068Lh·d。活性污泥-膜生物反应器运行33d后,出水量由开始的13.75Lh下降到13.57Lh,平均下降量为0.0054Lh·d。试验结果表明,3种类型一体式与分置式膜生物反应器膜通量的下降趋势不同,这说明,分置式和一体式膜生物反应器有各自最佳的生物反应器与膜的组合形式。因此,为有效地防止膜污染,在实际工程中,应根据膜组件的形式及其他条件,通过试验,确定最优的分置式和一体式膜生物反应器的类型。3选用合适的气水比较大的曝气量能够充分搅动反应器内的水流,使污泥和颗粒很难沉淀下来,减缓膜上滤饼层的形成速度、减小滤饼层的厚度,从而达到减小膜阻力的效果。较大的气水比还可以减缓膜的吸附污染。气水比过小时,反应器内的溶解氧不充足,微生物不能充分氧化分解有机物,加大了膜分离溶解性有机物的负担,造成有机物吸附在膜表面或透过膜表面进入膜孔,导致膜通量下降。加大气水比,可以解决上述问题。15环境工程2004年12月第22卷第6期DOI:10.13205/j.hjgc.2004.06.004但大的气水比必然使膜生物反应器的能耗和运行成本上升。为进行对比分析,在同一个装置中,在操作压力10kPa下,分别进行了气水比30∶1、污泥浓度3gL和气水比60∶1、污泥浓度5.5gL2种工况一体式活性污泥-膜生物反应器处理盥洗废水的运行试验,膜出水量的变化情况见图2。图22种工况下活性污泥-膜生物反应器膜出水量下降趋势从图2看出,两个反应器的膜出水量下降速度都较慢,在气水比为60∶1时,膜出水量下降的更慢些,但二者差异不是很大。此外,水质检测结果表明,气水比为30∶1和气水比为60∶1时,两个生物反应器的CODCr平均去除率分别为88.4%和89.7%,全系统的CODCr平均去除率分别为91.2%和97.3%,两个生物反应器的CODCr平均去除率基本相同。其原因是在处理盥洗废水时,由于有机负荷较低,当气水比为30∶1、污泥浓度为3gL时,反应器内溶解氧的浓度足够好氧生物生长,能很好地去除反应器内的有机物,因此其处理效果与气水比为60∶1时接近,2个反应器膜分离溶解性有机物的负担都较轻,膜堵塞速度较慢。但由于气水比为30∶1时,曝气量较小,对反应器内混合液的搅拌程度较低,因此膜上形成滤饼层的速度和膜通量的下降速度比气水比为60∶1时要快一些。4投加适量的活性炭在膜生物反应器中投加粉末活性炭(PA