_MBR动态曝气及其在膜污染控制中的应用研究

膜生物反应器（MBR）将膜分离技术与活性污泥法相结合。与传统活性污泥法相比，MBR能够取得更好的泥水分离效果，提高出水水质，在石化废水处理领域也得到了广泛的应用[1]。然而，当膜组件过滤活性污泥混合液时，污染物会不断在膜表面沉积，导致膜过滤性能降低，引起膜污染，主要表现为跨膜压差（TMP）增大或膜通量减小[2]。膜污染仍然是限制MBR工艺在应用过程中所面临的主要问题[3]。曝气强度是MBR设计和运行中的重要参数，微生物生长繁殖、混合液搅拌和膜冲刷均需要曝气作用。曝气能够提升混合液使其通过膜组件通道，还可以诱导产生液流紊动和剪切力，增强膜的渗透性；同时，曝气也能提高溶解氧（DO）传质系数，为污染物的去除提供有利条件[4]。Le-Clech等人已经证实当曝气强度低于某一临界值时，膜通量随曝气强度呈线性增加趋势；当曝气强度超过该临界值后，膜通量不会进一步增加，反而会破坏絮体结构，减小絮体尺寸并促使胞外聚合物（EPS）释放到反应器中加剧膜污染[5]。曝气需要大量能耗，是MBR系统运行过程中能量消耗的主要来源[6]。如何选择一个合适的曝气强度在实际的石化废水处理中有重要意义：一方面可以缓解膜的污染速率，另一方面可以降低能量的消耗。所以在MBR应用中，曝气强度是一个非常重要的影响因素。市场上许多商业化MBR的改进都是针对降低曝气强度，同时维持膜的透水率而展开的，但是有关曝气条件优化方面的研究较少[7]。本实验中，MBR采用动态曝气方式处理石化废水，采用单周期跨膜压差（TMP）增长速率K表征膜污染变化特征，分析曝气条件变化对MBR处理石化废水的膜污染特征影响，研究采用动态曝气方式缓解膜污染，同时降低能耗的可行性，并提出合理建议。1材料与方法1.1原水及水质实验用原水取自陕西省某石化厂气浮池出水，期间原水水质波动较小。为使MBR取得稳定的处理效果，根据水质，向原水投加碳酸氢钠（NaHCO3）以补充微生物硝化作用所需碱度（按每硝化1g的NH4+-N需要消耗7.14g的碱度计）。原水的COD为(584.9±88.2)mg/L，TOC、NH4+-N、挥发酚的质量浓度分别为(73.60±48.87)、(42.62±19.25)、(21.04±10.41)mg/L，浊度94.58±26.31NTU，pH为8.46±0.69，油类的质量浓度为15.10～21.80mg/L（n=18）。MBR动态曝气及其在膜污染控制中的应用研究王运超，高小波，王珂，杨永哲（西安建筑科技大学环境与市政工程学院，陕西西安710055）摘要：采用MBR处理石化废水，研究不同曝气方式对膜污染特征的影响。结果表明，当曝气强度分别为3.00、0.75、0.75-1.50和0.75-1.50-3.00m3/(m2·h)时，MBR达到设定的最大跨膜压差20kPa的时间分别为25.67、19.17、23.00、26.17h，TMP的增长速率K分别由1.26、0.82、1.32、0.95Pa/s增大到5.45、5.43、5.52、3.34Pa/s；MBR总处理水量分别为33.88、25.30、30.36、34.54L。MBR对COD、TOC和氨氮的平均去除率分别为79.30%、75.04%、64.94%。由此可知，动态曝气方式（0.75-1.50-3.00m3/(m2·h)）能够降低TMP增长速率，缓解膜污染，延长MBR运行时间，增加总处理水量。关键词：MBR；动态曝气；膜污染；跨膜压差中图分类号：TQ028.8；X703.1文献标识码：A文章编号：1000-3770(2016)02-0092-004收稿日期：2015-05-11基金项目：高等学校博士学科点专项科研基金（20116120110008）；陕西省自然科学基础研究计划重点项目（2010JZ008）作者简介：王运超（1990－），男，硕士研究生，研究方向为废水生物处理理论与技术联系电话：18220837843；电子邮件：xiashawan99@163.com联系作者：杨永哲，教授；联系电话13087503299；电子邮件：yangyongzhe@xauat.edu.cn第42卷第2期2016年2月水处理技术TECHNOLOGYOFWATERTREATMENTVol.42No.2Feb.,2016DOI:10.16796/j.cnki.1000-3770.2016.02.022921.2实验装置实验系统由MBR和计算机在线监测系统构成，见图1。反应器有效容积为50L，其中缺氧区15L，好氧区35L；污泥回流体积比为200%，HRT为38h。膜组件为平板膜，膜面积为0.11m2，膜孔径为0.4μm。压力传感器每15s将TMP数据传输到计算机进行数据拟合计算，实现在线监测。1.3运行工况MBR系统采用恒通量运行，运行工况见表1。设定极限跨