操作条件对粗内径外置式中空纤维膜生物反应器性能的影响

操作条件对粗内径外置式中空纤维膜生物反应器性能的影响陈健波,陈浩(浙江四通环境工程有限公司)孙余凭(江南大学化学与材料工程学院)摘要试验结果表明,用内径为Zmm聚醚矾(PE)S中空纤维膜制作的RMBR,能长期稳定运行而不出现堵塞。增加跨膜压差(TM)P可以增加膜通量,当TMP超过适宜值后表现为通量与TMP无关的特性。提高膜面流速可以削弱污染层的形成,当超过适宜流速后也表现出通t与流速无关的特性。不同的污泥浓度(MLS)S存在适宜的TMP和适宜膜面流速。反冲洗和化学清洗可分别使膜的通量恢复至新膜的78%和89%。关锐词粗内径中空纤维膜,RMBR;操作条件;膜污染MBR在运行过程中,极易受到生物体的污染,由于细胞和菌胶团以及胞外聚合物(ES)P的积累而形成的泥饼或生物膜lj[吸附于膜的分离层表面,导致膜通量降低。如何削弱MBR过程的污染,是国内外研究MBR过程最重要的课题之一。人们在探索削弱膜污染的途径方面,一般采用促进流体与膜表面污染层的剪切作用、膜面反向冲洗作用及化学清洗作用等方式。根据膜组件和生物反应器的位置,MBR可分为浸没式(SMB)R和外置式(RMBR)两种。从膜组件的特性方面看,内压式RMBR具备实现这些措施的条件,但是由于内压式中空纤维膜的内径一般在0.8一1.0mm,用内径较小的中空纤维膜制作RMBR时,随着污染层的增加,动力消耗增大,甚至会导致膜流道堵塞,制约了RMBR的工业应用。在克服RMBR弱点方面,操建华等〔2〕研究聚丙烯中空纤维膜制作的RMBR,通过控制膜面流速在0.9~1.gms/范围内,添加粉末活性炭和硫酸铝使膜组件反置运行等措施,膜面生物污染得到有效改善;Taoijang等[’」研究管式超滤膜RMBR,认为最佳膜面流速为0.75~lm/s,高于此值,膜污染增加迅速。本文采用自制内径为2mm的中空纤维膜制作的RMBR,研究操作条件对RMBR性能的影响,并试图在削弱过程污染方面探索出可行的途径。1试验部分1.1试验装t及流程试验采用流程如图1的RMBR以连续方式运行,模拟废水通过计量泵控制进人生物反应器,泥水混合液通过泵送人膜组件,浓缩液循环,透过液收集于罐中,部分用于膜的反冲洗,部分排放。膜组件为自制的内压式聚醚矾(PE)S中空纤维超滤膜,截留分子量4.5X10`Dalotn,纤维内径2.0mm,纤维长度lm,壁厚0.3mm,有效膜面积lm,。表1RMBR主要工艺参数水力停留时间/h泥龄/d悬浮液固体浓度/(g·L一’)温度/℃20~251.2试验用水试验用模拟废水由葡萄糖(C。H,206)、尿素(H:NCONH:)、磷酸二氢钾(KH:PO;)、蛋白陈、牛肉膏等按一定比例配成,主要水质指标为:COD,450~700mg/I矛,NH。一N,14~18mg/IJ,pH,7.0~7.5,温度,20~25℃。2结果与讨论2.1温度对RMBR出水通,的影响201…’图1RMBR试验流程图1、空压机;2、真空版力表;3、真空泵;4、气体流量计;5、进水箱;6、计童泵;7、生物反应器;9、混合液循环泵;8.10.13,19,21、阀门;12,15,16,18、压力表;11.17、流量计;14、超滤膜组件;20、反冲洗泵;2、出水罐兼反冲洗罐温度对膜通量的影响主要是:随着温度升高,泥水混合液粘度降低;流体的雷诺数(Re)增大,混合液的湍动增大,减小了阻力;浓差极化作用减弱,导致膜通量增大。图2所示为混合液温度对RMBR通量的影响。由图2可见,温度升高1℃,通量增加2.5%。但过高的温度不利于生物的生长。605648“403632。已谈12162024温度/℃283236图2温度对RMBR出水通量J的影响2.2跨膜压差对RMBR通t的影响图3为不同膜面流速下,跨膜压差(TM)P对纯水通量的影响。由图3可见,纯水通量仅与TMP相关,而与膜面流速无关。.二0.18n公s砂二0.3!耐.`司.4mls`司.56ml.J.匆751的l乃150TMPkIaP11O5L|ot|玛ǎ一铸t飞·1í、图3不同膜面流速下膜的纯水通量与TMP的关系试验在温度25℃,膜面流速为0.36ms/,MLSS分别为2.29/L、3.19/L、4.69/IJ的状况下,考察三种202不同污泥浓度下TMP对通量的影响。图4的结果显示,在TMP较低时,随着TMP增加,通量也随之增大;当TMP增大到一定值时,则通量趋于平缓;随着MLSS增加,通量则随之下降。这是由于RMBR处理的是活性污泥悬浮液,膜面滤饼层阻力为过程控制因素。在一定流速下,在TMP较低时,由于通量较低,膜面污染层形成慢,滤饼的压密性较弱,通量大小表现出压力推动型特征;当污染层形成趋于稳定后,增大TMP虽然能增大通量,但是滤饼的厚度也随之增大,对滤饼的压密性也增强,从而阻力增大,两者的作用相