PMIA中空纤维膜在MBR系统中污染类型和处理城市污水效果研究

第37卷第2期2017年4月膜科学与技术M哐MBRANESCIENCEANDTECHNoL0GYVo1．37No．2Apr．2017PMIA中空纤维膜在MBR系统中污染类型和处理城市污水效果研究权全，柴俪洪。，肖长发，刘海亮，陈明星，赵斌。(1．天津工业大学省部共建分离膜与膜过程国家重点实验室，天津300387；2．天津工业大学纺织学院，天津300387；3．天津工业大学环境科学与化学工程学院，天津300387)摘要：以活性污泥混合液为污染介质，采用标准堵塞模型和沉积过滤模型预测聚间苯二甲酰间苯二胺(PMIA)中空纤维膜在模拟MBR系统运行中的污染类型，并结合膜孔径、污泥混合液粒径分布及污染阻力分布加以验证；同时考察PMIA中空纤维膜生物反应器处理COD、NH+一N、TP的去除效果，借助场发射扫描电镜(FESEM)和特征X射线能谱分析仪(EDX)对比污染加重时水洗和化学清洗效果．结果表明，浓差极化阻力约占总阻力的19．18，滤饼层阻力约占总阻力的45．579／6，膜孔堵塞阻力约占总阻力的20．76，膜污染以膜表面污染物沉积为主．经MBR处理后CoD、NH+一N、TP平均去除率分别达到98．28、98．O7、41．81．当膜表面污染程度加重时，经化学清洗后膜表面元素更接近于原膜，且压差恢复率更高，清洗效果较佳．关键词：中空纤维膜；聚间苯二甲酰间苯二胺；膜污染；膜生物反应器中图分类号：X703文献标志码：A文章编号：1007—8924(2O17)02—0096—08doi：10．16159／j．cnki．issnlO07—8924．2017．02．015膜生物反应器(MBR)是膜分离技术与生物处理技术结合用于废水处理的新工艺．与其他污水处理工艺相比，MBR工艺具有出水水质稳定、占地面积小、剩余污泥产量低、运行管理方便等优势[】]．但随着其应用领域的增多，膜污染问题日益突出，导致通量降低、清洗和更换膜组件频率增加、经济效益和膜效率降低[2]．因此选用适当的膜材料显得非常重要，它可以有效地控制膜污染，提高膜与整个系统的使用性能和寿命_3]．目前，实际应用于MBR系统的膜材料包括无机膜和有机膜．无机膜材料耐污染和耐高温能力强，但其造价较高且通量较低，因而应用受到限制；有机膜材料存在耐污染能力差、只能在低温、低压环境下操作的缺陷l_4]．因此开发耐热、耐酸碱、抗污染性强的膜材料已成为大势所趋¨3]．聚间苯二甲酰间苯二胺(PMIA)是一种合成高分子材料，其大分子主链含有刚性的芳环结构，具有良好的耐高温、耐酸碱、耐污染等特性，其在膜分离技术领域受到重视[5]．Huang[10]以无纺布为增强体制备了PMIA平板纳滤膜，发现其对铬黑T、铬蓝黑B和茜素红脱色效果较好，均达98％以上；对截留NaC1效果较差，仅达9左右．Wang[1采用K15体系制备了PMIA中空纤维纳滤膜，发现其去除水体中全氟辛烷磺酰基化合物(PFOS)效果较好，可达99以上．任晓晶[8采用干一湿法纺丝技术制备了PMIA中空纤维纳滤膜，发现其对二价盐离子去除率达3O9／6左右．PMIA膜在纳滤领域的研究与应用已有较多报道，但在超滤领域的研究与应用较少，尤其将其应用于MBR系统，国内外均未见报道．收稿日期：2o16—06—04；修改稿收到日期：2017—01—22基金项目：国家自然科学基金项目(21274109)第一作者简介：权全(1986一)，男，天津市人，助理研究员，从事中空纤维膜材料研究，E-mail：quanquan@tjpu．edu．cn．*通讯作者，E-mail：xiaochangfa@163．corn第2期权全等：PMIA中空纤维膜在MBR系统中污染类型和处理城市污水效果研究本文通过膜污染标准堵塞模型和沉积过滤模型直线拟合实验数据，预测采用干一湿法纺丝技术制备的PMIA中空纤维超滤膜在MBR系统运行中的污染类型，并通过阻力分布、膜孔径分布和污泥混合液粒径分布加以验证．同时监测PMIA中空纤维膜生物反应器(PMIA—MBR)出水COD、NH一N、TP去除效果，考察其处理城市污水可行性．借助场发射扫描电镜(FESEM)和特征X射线能谱仪(EDX)观察膜表面清洗效果，为污染程度加重时选择适宜的清洗方法提供依据．1材料与方法1．1实验装置实验装置如图l所示．生化反应池总容积为50L．采用液位控制仪以实现自动进水．采用液体流量计控制出水通量恒为40mL／min．MBR运行采用9min抽水、1min停止的间歇抽吸方式．采用空气压缩机连接曝气头进行曝气．污泥负荷为0．05EkgCOD·(kgMLSS·d)叫]，污泥浓度为9000mg／L，溶解氧为7．5mg／L，pH值为6～7，水温为(18~20)℃．膜组件有效面积为0．1m．1．原水箱；2．进水泵；3．液位控制计；4．空气压缩机；