中膜性能的研究

环境工程2003年4月第2l卷第2期7U体式平片虞一生物反应器运行过程中爱性能的研究孙振龙陈绍伟吴志超(同济大学污染控制与资源化研究国家重点实验室，上海200092)摘要介绍了一体式平片膜一生物反应器应用于发酵废水的研究。运用RIS阻力模型对间歇运行及在线海绵擦洗的效果进行了初步研究，指出一体式平片膜生物反应器的间歇运行模式有利于缓解泥饼层的形成，而从长期运行的角度，在线海绵擦洗对恢复膜通量和防止各种阻力因素的累积具有积极的实践意义。关键词膜生物反应器膜污染在线清洗总阻力泥饼阻力1引言膜生物反应器(MBR)的出现，使污水处理设施实现了装置化、小型化和自动化，污水的分散处理和回用也得以实现⋯。现在，膜生物反应器在我国环保领域的研究和应用日益广泛，人们发现在应用过程中控制膜性能、影响投资成本的关键问题是膜污染】。在MBR的应用过程中，膜污染和相应的膜清洗技术是大规模推广应用需要解决的难题。本研究以抗生素车间排放的发酵废水为实验对象进行了初步试验研究。2材料与方法。2．1试验装置与流程一体式膜生物反应器试验装置与工艺流程如图l所示。其中生物反应器为活性污泥鼓风曝气反应池，有效容积为47L，反应器中间有一隔板，一侧放膜组件，组件下方设有穿孔管曝气，在供给微生物分解废水中有机物所需氧气的同时，在平片膜表面形成循环流速以减轻膜面污染。抽吸系统采用型号BT01．100兰格蠕动泵，对浸没于反应器的膜组件进行抽吸。自动控制部分采用时间控制器对抽吸泵及进水泵进行控制。一体式MBR中的处理水经蠕动泵抽吸进入贮水箱，贮水箱的水作为膜冲洗备用。2．2试验用水及运行参数试验用水为上海某制药厂抗生素车间排放的发酵废水，因为直接从车间排放的废水COD浓度高达20000mg／L，故稀释之后进行实验，稀释后的废水水质见表1，进水经100目筛网过滤后进入反应器，运行参数为：水温15～20cI=；pH6．0～7．6；泥龄500d；水*江苏省环境保护厅资助项目。图1膜生物反应器流程图l一配水箱；2一进水泵；3一l0o目筛网；4一膜组件；5一生物反应器；6一真空表；7一阀f-1；8一流量计；9__阀门；lO一电磁压缩机；1l一蠕动泵；l2一贮水箱；l3一时间控制器。力停留时间1．5d，曝气量1．40m／h。表1实验用水水质2．3实验用膜实验用膜为平片膜，平片膜材质为聚偏氟乙烯(PVDF)，截留分子量为l4万，膜有效面积为0．05m。2．4实验方法2．4．1水通量的测定水通量的测定由下式得出：=(1)式中——cI=下所测定的实际膜通量；——cI=下在t时间内实际过滤液体积；A——平片膜有效面积。在测定膜水通量时，为了便于比较实验的不同阶维普资讯http://www.cqvip.com8环境工程2003年4月第2l卷第2期段水温所带来的差异，该实验将不同温度测得的数据换算成20℃下的通量值(下文中的通量_，皆经(2)式转换为20℃下的通量值)，换算公式为：=×(2)式中_，∞——换算成20℃时的通量；——℃下纯水的粘度；棚——20℃时纯水的粘度。2．4．2阻力分析方法膜污染可以分为物理污染、化学污染及生物污染。对于不同的反应器形式、生物的不同生长阶段、不同的组件形式及不同的运行方式，占主导地位的污染形式不同。在本实验中，膜污染阻力可以分为三部分，一部分为膜固有的阻力(R)；一部分为泥饼阻力(R)，包括浓差极化、膜表面的吸附及沉积等形成的阻力，可以采用水冲洗、海绵擦洗等方法将其除去；另一部分为膜孔的吸附及堵塞阻力(R，)，这部分阻力可以采用化学清洗等方法全部或部分去除。通过实验测定的有关通量数据，通过RIS(resistance．in．series)阻力模型【4计算出各部分阻力及其所占比例。表达式为：R。：：R+R+R(3)R=(4)一R0(5)0JR。：一R一R(6)式中。——纯水在20℃时的粘度(=1．0050mPa．s)；。——膜过滤液粘度。测定过程为：(1)在不同的抽吸压力下(见图2)，用新膜对纯水过滤，通过公式(4)计算出膜固有阻力；(2)用该膜对反应器混合液进行过滤，利用公式(3)可以得出运行过程中膜总阻力的瞬时值；(3)一定时间后，把膜组件从反应器中取出，清水无压力清洗，并用柔软的海绵擦去膜面吸附物，然后对纯水过滤，由公式(5)得到膜孔吸附及堵塞阻力；(4)由公式(6)可得膜表面的泥饼阻力。3结果和讨论3．1膜固有阻力的测定新膜粘结后，放入纯水中浸泡24h以消除环境对膜性能的影响，调节抽吸压力，连续测定5次对应压力下的通量，取其平均值。由公式(4)可知，通量与抽吸压力(即施加于膜两侧的压差)成正比，实验数据与其非常吻合，见图2。同时，由线性拟合的斜率可以得出此膜的膜阻力，R为1．082×10m～。目删赠图2PVDF平片胰滑水通量与抽吸压力的关系3．2PVDF膜放