一体式膜-生物反应器经济曝气量的试验研究

文章编号:1007-8924(2004)05-0011-05一体式膜-生物反应器经济曝气量的试验研究张传义1,2王勇1黄霞1李中和2(1.清华大学环境科学与工程系,环境模拟与污染控制国家重点联合实验室,北京100084;2.中国矿业大学环境与测绘学院,徐州221008)摘要:增大曝气量一方面可提高膜面液体循环流速,从而减缓污泥在膜表面的沉积,降低膜污染形成速率;另一方面曝气量的增加也造成污泥粒径分布的变化,使混合液中细小污泥颗粒增多,从而导致膜孔堵塞,引起膜污染速率增加.一定污泥浓度下存在一个经济的曝气量,使得污泥絮体不大量在膜表面沉积,同时也不会产生更多的细小污泥粒子.实验考察了一体式膜-生物反应器在不同污泥浓度、不同曝气量下膜污染的发展趋势.实验结果:在污泥浓度为3,6,8和10g/L下的经济曝气量分别为36,72,84,120m3/(m2·h),经济曝气量随污泥浓度的增大而增加.关键词:膜-生物反应器;污泥浓度;膜污染;经济曝气量;粒径分布中图分类号:X52;X501文献标识码:A膜-生物反应器是生物处理技术与膜分离技术相结合的产物,与传统活性污泥法相比,具有固液分离效果好,生物反应器内生物量高,出水水质好,污泥产量低,结构紧凑等优点.随着研究的深入进行,目前这项技术已逐渐从实验室走向工程应用.但是,膜污染依然是影响膜-生物反应器运行稳定性和经济性的一个关键因素.在一体式膜-生物反应器中,引起膜污染的主要物质有污泥絮体、溶解性大分子、微细胶体粒子以及膜孔内繁殖的细菌.多数研究表明,在一般条件下,膜表面污泥层沉积对膜污染影响最大,约在50%以上.增大曝气强度可以在一定程度上控制污泥颗粒在膜面上的沉积而减轻膜污染,但也增加了曝气量和运行成本.所以,对一定条件,如不同污泥浓度条件下的经济曝气量的研究是十分必要的.本文针对一体式膜-生物反应器,对在不同污泥浓度下的经济曝气量进行了试验研究.1试验装置及方法试验装置如图1所示,其中生物反应器尺寸为11cm×75cm×85cm,有效容积为70L.帘式中孔纤维膜组件(材质为聚乙烯,有效膜面积为3m2,平均孔径为0.4μm)置入生物反应器内,采用真空隔膜计量泵对膜组件进行间歇抽吸得到膜出水,抽停时间比为13min/2min,泵的开启由时间继电器控制.膜组件下方设有穿孔管进行曝气,一方面对微生物分解有机物进行供氧,另一方面起到减缓污泥在膜面沉积的作用.1.计量泵;2.压差计;3.膜组件;4.挡板;5.反应器;6.温度计;7.转子流量计;8.鼓风机;9.时间继电器图1实验装置图Fig.1Schematicofmembranebioreactor生物反应器内维持一定的污泥浓度进行膜的过滤试验.在试验过程中,为防止生物反应器内的污泥收稿日期:2003-03-04;修改稿收到日期:2003-09-28基金项目:“985”城市水危机项目作者简介:张传义(1976-),男,安徽省濉溪人,硕士,助教,从事水污染控制.第24卷第5期膜科学与技术Vo1.24No.52004年10月MEMBRANESCIENCEANDTECHNOLOGYOct.2004由于内源呼吸而发生污泥浓度降低,按一定间隔加入一定量的人工配制的高浓度污水(COD=15000mg/L).为维持生物反应器内的水位在过滤过程中的恒定,试验过程中将膜出水再循环至反应器.为保持每一试验条件膜的初始状态一致,每个工况结束后均进行膜清洗.清洗方法为:先用清水冲洗去除污泥层,然后用0.5%NaClO溶液浸泡24h.再用HCl溶液浸泡12h,每次清洗后都用清水冲洗并测定其清水通量,以考察清洗效果,同时根据清水通量及过滤压差计算膜过滤阻力.试验测定如下项目.1)过滤压差及膜阻力:由U型压差计定期读取膜过滤压差TMP,并由下式计算膜过滤阻力.Rt=TMP/(μJ)(1)式中,TMP为膜的过滤压差,Pa;μ为混合液黏度,Pa·s;J为膜通量,m3/(m2·h);Rt为膜过滤总阻力,1/m.由膜材料固有阻力Rm,污泥层阻力Rc和凝胶层及膜孔堵塞阻力Rg构成.2)混合液粒径分布:采用激光粒径分析仪(Mi2crosizer,Malvern,America)测定.2试验结果与讨论2.1不同曝气强度下膜过滤压差的时间变化污泥浓度分别在3,6,8和10g/L时,控制膜通量在12L/(m2·h),对不同曝气强度条件下膜过滤压差的时间变化进行了考察,分别见图2～图5.图2不同曝气量对膜污染影响(MLSS=3g/L)Fig.2TMPchangeswithaerationintensity(mlss=3g/L)图3不同曝气量对膜污染影响(MLSS=6g/L)Fig.3TMPchangeswithaerationintensity(mlss=6g/L)图4不同曝气量对膜污染影响(M