反应器构型对MBR运行性能的影响研究

164科技研究城市道桥与防洪2016年01月第01期反应器构型对MBR运行陛能的影响研究王盼，邹伟国，王志伟(1．上海市政工程设计研究总院(集团)有限公司，上海市200092；2．同济大学，上海市200092)摘要：为提高出水水质，降低MBR能耗，开发具有相同体积的双层膜支架A／A／O—MBR及单层膜支架A／A／O—MBR处理实际生活污水。在相同曝气量工况下长期运行结果表明：双层MBR的污染速率远低于单层MBR，其运行周期可延长一倍，运行费用降低。主要原因为双层MBR系统内具有更高的上升流速及传氧系数。另外，双层MBR系统对COD、NH，一N、TN的去除能力高于单层MBR系统，但其对TP的去除能力较低。微生物分析表明两套反应器内的微生物优势种群类似，主要以变形菌门(Proteobactefia)、拟杆菌门(Bacteroidetes)为主，但群落分布比例不同，Proteobacteria细菌在单层MBR内微生物中所占比例更大，Bacteroidetes细菌在双层MBR内微生物中所占比例更大。关键词：双层膜一生物反应器；微生物分析；污水处理中图分类号：X703文献标志码：A文章编号：l009—7716(2016)O1—0164—040引言等，研究反应器构型对MBR运行性能的影响。膜一生物反应器(MBR)作为一种新型、高效的污水处理技术，具有诸多传统生物处理工艺所无法比拟的优点：出水水质好、污泥产率低、运行稳定、流程简短、布置紧凑、管理方便、自动化程度高等特点]。但是，与传统活性污泥法相比，其吨水运行电耗较高，而其中鼓风曝气的电耗占了绝大部分，曝气除了提供维持微生物生长代谢必需的氧气外，还需提供一定的错流速率冲刷膜表面以控制膜污染。因此，为了提高膜一生物反应器技术的竞争力，可以通过改进反应器构型、曝气方式等手段进一步降低该工艺的运行电耗。本文通过改变膜组件布置形式(膜组件分为上下两层布置)，改变反应器构型，建立双层A／A／O—MBR装置。该装置好氧段分上下两层膜支架，曝气管位于下支架的底部，上支架位于下支架的正上方，两个支架共用同一曝气系统。同时，建立一套与双层MBR装置具有相同体积的单层MBR装置，两套装置同步长期稳定运行，比较两者在相同曝气量下的运行情况，通过监测两套MBR的膜过滤性能变化、两套MBR的传质系数及上升流速、污染物去除效果、反应器内微生物多样性收稿日期：2015—08—26基金项目：国家水体污染控制与治理科技重大专项(2013ZX07314—003)作者简介：王盼(1987一)，山东泰安人，博士后，研究方向为污水处理。1试验装置与方法1．1试验装置单层、双层A／A／O—MBR装置如图1所示。两套反应器有效总容积均为188．3L，包括厌氧段(19．7L)、缺氧段I(42．0L)、缺氧段II(42．3L)、好氧MBR段(84．3L)。单层、双层A／A／O—MBR的厌氧段与缺氧段完全相同。两套反应器最大的不同在于好氧MBR段，单层MBR的尺寸为长×宽×高=44cm×26cmx75cm，而双层MBR的尺寸为长×宽×高=44cm×14cm×140cm，仅就好氧段来讲，双层MBR的占地面积为单层MBR的1／2。另外，好氧段内同时放置4片相同的PVDF平板膜组件(平均孔径0．151q'1)，单层MBR内4片组件并排放置，双层MBR内4片膜组件分为上下两层放置，每层2片膜组件，通过膜支架固定。单片膜的有效过滤面积均为0．24m。，膜下安装曝气管，空气经曝气管向MBR段供氧，为微生物降解污染物提供氧气，同时在膜表面形成错流，控制膜面泥饼层的形成。曝气量的大小通过气体流量计来调节控制。相同曝气量工况下控制气水比为30：1。在试验运行过程中，反应器内水位通过止回阀保证，运行通量为20L／(m·h)，水力停留时问为11h，污泥龄SRT选用60d。采取抽吸10rain，停2min的方式，恒流运行，跨膜压差TMP通过水银压力计读数记录．当TMP达到一定值时，用0．5％NaC10(V／V)溶液对膜进行化学清洗2h。166科技研究城市道桥与防洪2016年01月第0l期从图2中可以看到，两套反应器表现出明显不同的污染增长趋势。在最初的3个周期内，两套装置均表现出快速增长的压力变化，两者之间的污染速率差异并不明显，平均周期为7d，主要原因是反应器处于启动初期，MBR内的微生物生长代谢并不稳定，系统运行不稳定。当反应器运行超过30d后，两套反应器的膜污染速率均出现大幅度下降，尤其是双层MBR反应器。在后续的160d运行中(图2中为30～190d)，双层MBR系统运行3个周期，每个周期为50～60d，而单层MBR系统则运行6个周期，每个周期为1O～30d，表明双层MBR系统的污染速率远低于单层MBR系统的污染速率，双层MBR的运行周期可延长1倍。2．2