膜-生物反应器中PVC膜污染及清洗方法研究

*收稿日期:2008-01-11作者简介:刘德涛,硕士研究生,从事水污染控制和膜生物反应器研究。文章编号:1009�6094(2008)03�0071�03膜-生物反应器中PVC膜污染及清洗方法研究*刘德涛1,2,薛�涛1,黄�霞1,许德平2(1清华大学环境科学与工程系,北京100084;2中国矿业大学化学与环境工程学院,北京100083)摘�要:研究膜组件为聚氯乙烯超滤膜的一体式膜-生物反应器(SMBR)中膜的污染情况及其不同的清洗方式。在15L/(m2�h)的次临界通量运行条件下,比较了连续无反洗和每周1次低浓度次氯酸钠溶液(有效氯质量浓度为500mg/L)反洗的两种运行方式,得到两种运行方式下跨膜压差的上升速率分别为1�23kPa/d和0�97kPa/d;比较了污染后膜的不同在线清洗方法,发现用高浓度次氯酸钠溶液(质量分数为3�10-3)反洗的效果优于空曝气清洗、清水反洗、盐酸溶液(pH=1)反洗和氢氧化钠溶液(pH=12)反洗;同时,比较了不同化学药剂的离线清洗效果,发现先以质量分数为3�10-3的次氯酸钠溶液浸泡,再用pH=1的盐酸溶液浸泡的清洗效果较好。本研究为膜-生物反应器中污染后膜的清洗提供了参考。关键词:水污染防治工程;膜-生物反应器;聚氯乙烯超滤膜;膜污染;清洗方法中图分类号:X703�1���文献标识码:A0�引�言作为一种新型高效的水处理技术,膜-生物反应器(MembraneBioreactor,MBR)技术已成功地应用于污水处理系统。膜-生物反应器技术融合了传统生物处理技术的生物降解功能和膜分离技术的高效分离功能,具有对污染物去除效率高、出水水质稳定、操作管理方便和占地面积少等显著优势,应用前景十分广阔[1,2]。但膜在运行过程中容易受到污染,这使其运行费用增加和膜通量下降,制约了MBR的大规模应用[3],因此需要及时地对膜进行清洗以恢复其通量。一般情况下,先对污染后的膜进行在线清洗,但对于已长时间运行的膜,单靠在线清洗常不能使膜通量恢复到较高水平,此时就需要对膜进行离线清洗。研究不同的在线清洗和离线清洗方法对膜通量的恢复和MBR的实际应用具有重要意义。本文以城市生活污水为对象,研究一体式膜-生物反应器(SMBR)中聚氯乙烯(PVC)超滤膜的污染情况和不同清洗方式的效果。PVC膜的抗污染性虽然比聚偏氟乙烯(PVDF)膜弱,但其价格便宜。因此,研究PVC膜的污染和反洗情况,对PVC膜的大规模推广具有实际意义。1�材料与方法1�1�试验装置试验装置位于某城市污水处理厂,该污水处理厂主要处理生活污水和少量工业废水。试验用水取自该污水处理厂经过隔栅和曝气沉砂池后的配水池。经过自建的初沉池后,污水流入中间水箱,再由泵打入膜-生物反应器。膜组件底部用穿孔曝气管曝气,出水用真空泵抽吸。反洗泵和出水泵共用1个真空泵,通过阀门切换药液和水流方向。试验装置示意图见图1。��采用中空纤维膜的膜组件设计一般应考虑膜丝直径、长度、放置方向、装填密度和松弛度等因素[4-6]。一般膜组件以细膜丝、轴向放置为宜[7],其膜丝长度应使整根膜丝的最大膜通量和最小膜通量相差不能过大,且膜丝内最大运行膜通量要小于临界通量。本试验选用PVC超滤膜材料(截流分子量为100000Da)的帘式膜组件。膜组件长1m,膜丝内/外径为0�85mm/1�45mm,膜面积为4�8m2。将膜组件纵向放置于长方体膜箱,由膜组件上下两端出水,膜箱四周设有导流板,这使膜箱内部为污泥混合液升流区,外部为降流区,有利于膜箱底部曝气对膜组件的冲刷。1�2�试验方法1�2�1�临界通量和运行参数临界通量是在恒通量过滤中存在的临界值。当膜通量大于该临界值时,跨膜压差(TMP)迅速上升,膜污染发展迅速;当膜通量小于该临界值时,不发生膜污染或膜污染发展缓慢[8,9]。因此,使MBR在次临界通量下运行,既可控制膜污染,又能得到较高的膜通量。本研究中临界通量采用�通量阶式递增法�测定[7],即在一定操作条件(包括污泥浓度和错流流速等)下,采用恒通量运行方法,按照一定的通量递增步长,由低到高逐次提高膜通量。每调至一个通量JN,观测一定时间内TMP的变化,若TMP保持恒定,则按照既定的通量递增步长提高通量,并继续观测TMP的变化。重复上述过程,直至观测时间内TMP发生明显增长,此时的通量记为JN+1。可认为临界通量介于JN和JN+1之间,将该区间称为临界通量区。高于JN+1的通量位于超临界通量区,低于JN的通量位于次临界通量区。试验中膜组件曝气量为15m3/h;临界通量为15~20L/(m2�h),长期运行时采用15L/(m2�h)的次临界通量,出水周期为出水13min停2min;通过定期排泥控制污泥浓度在约6g/L。1�2�2�清洗方法膜污染的清洗分为在线清洗和离线清洗(体外清洗)。1