_基于跨膜压差变化特征的膜生物反应器曝气条件的优化 (1)

第３４卷第２期膜科学与技术Ｖｏｌ．３４Ｎｏ．２２０１４年４月ＭＥＭＢＲＡＮＥＳＣＩＥＮＣＥＡＮＤＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹＡｐｒ．２０１４基于跨膜压差变化特征的膜生物反应器曝气条件的优化应京强，高彦昌，杨永哲＊（西安建筑科技大学环境与市政工程学院，西安７１００５５）摘要：采用膜生物反应器对石化废水进行处理，在３００Ｌ／ｈ，１５０Ｌ／ｈ及７５Ｌ／ｈ三个曝气量下，研究跨膜压差及单周期跨膜压差变化率（Ｋ）的变化特征．试验结果表明：跨膜压差呈指数型曲线变化，跨膜压差与运行时间的关系式为：ΔＰ＝Ａｅｂｔ．不同曝气量下，单周期跨膜压差变化率Ｋ的变化范围为０～２．５Ｐａ／ｓ，曝气量的改变并不能改变Ｋ值增大的趋势．但是，曝气量对Ｋ值变化特征有影响，在提高曝气量的条件下，Ｋ上升的速率较缓．可依据单周期跨膜压差变化率Ｋ的变化趋势，对膜生物反应器的曝气进行过程控制，并同步减缓膜污染的进程．关键词：膜生物反应器；跨膜压差；曝气量；过程控制中图分类号：Ｘ７０３．１；ＴＱ０２８．８文献标志码：Ａ文章编号：１００７－８９２４（２０１４）０２－００４５－０６膜生物反应器工艺（Ｍｅｍｂｒａｎｅｂｉｏｒｅａｃｔｏｒ，ＭＢＲ），是一种用膜代替重力沉淀池完成固液分离的工艺，具有出水效果好，污泥浓度高，占地面积小和污泥产率低等优点，近年来得到了快速发展．但是膜生物反应器的运行能耗是传统工艺的２～４倍，在一定程度上制约了其广泛应用［１］．其中，用于减缓膜污染的膜表面曝气消耗了３０％～５０％的能耗［１，２］．但曝气量存在一个最适值，过量曝气并不能进一步减缓膜污染［３，４］．通常在设计之初由膜供应商设定气水比等参数，且运行时很少会改变．但是，实际运行中，由于进水水质、水量、温度等影响，活性污泥的性质会有变化，采用固定的气水比去对应所有的情况，会造成有时候曝气量过大，造成能量浪费，而有时候曝气量不够，又会使膜产生严重的污染［５］．因此，在运行中根据膜污染特征，调整曝气方式及曝气量，就显得十分必要．跨膜压差作为反映膜污染程度的指标，在过程控制中已经得到广泛应用．Ｆｅｒｒｅｒｏ等［６，７］提出根据渗透率的长短期变化比值去调整曝气量，在不影响处理效果和膜污染条件下，将能耗降低了２１％．Ｇｉｎｚｂｕｒｇ等［８］提到了使用单周期内膜污染的上升值来对曝气量等参数进行控制，根据数据的范围采取改变曝气量，通量等控制措施，能够优化膜生物反应器的过程控制，降低运行成本．Ｍｏｎｃｌúｓ［９］认为单周期跨膜压差变化率能反应不同类型的污染，在处理不同废水时，其变化特征明显不同，作为膜污染的监测指标是有效和灵敏的．Ｈｕｙｓｋｅｎｓ等［５，１０］则制作了一个小型的膜传感器，通过对单周期内和不同周期间压力的变化情况进行分析，实现对膜污染的在线监控，据此进行过程控制．在不影响膜运行的情况下，比传统控制方式，平均减少了２２％的曝气量．本试验采用膜生物反应器处理石化废水，研究不同曝气量下，跨膜压差及单周期跨膜压差变化率（Ｋ）的变化特征，探讨其能否用于膜生物反应器的过程控制，以实现膜生物反应器曝气条件的优化．１材料和方法１．１试验装置本研究采用试验室规模的ＭＢＲ反应器，总容积５０Ｌ，总水力停留时间（ＨＲＴ）为３８ｈ，设置缺氧收稿日期：２０１３－０５－２２；修改稿收到日期：２０１３－０６－１９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）第一作者简介：应京强（１９８９－），男，浙江温州人，硕士生，从事膜生物反应器研究．＊通讯作者·４６·膜科学与技术第３４卷区（ＨＲＴ＝１３ｈ）及好氧区（ＨＲＴ＝２５ｈ）．膜区占好氧区有效容积的３４％，在膜区设置穿孔管进行曝气并在膜表面形成错流．通过定期排泥，控制反应器内污泥浓度为４０００～６０００ｍｇ／Ｌ．膜材料为平板式微滤膜（日本，久保田公司），膜孔径０．４μｍ，采用一片膜，单片膜面积０．１１ｍ２．采用恒流运行，膜通量为１５Ｌ／（ｍ２·ｈ），运行周期１０ｍｉｎ（出水时间：８ｍｉｎ，间歇时间：２ｍｉｎ）．当跨膜压差超过１２ｋＰａ时，系统自动停止运行并进行膜清洗．试验装置及试验系统图见图１．１．原水箱；２．缺氧区；３．好氧区；４．搅拌器；５．搅拌器；６．进水泵；７．出水泵；８．风机；９．曝气管；１０．平板膜；１１．压力变送器图１试验装置及试验系统示意图Ｆｉｇ．１Ｓｃｈｅｍａｔｉｃｄｉａｇｒａｍｏｆｔｈｅｌａｂ－ｓｃａｌｅｍｅｍｂｒａｎｅｂｉｏｒｅａｃｔｏｒ１．２试验用水试验用水取自陕西某石化厂．该废水在石化厂已经过格栅、气浮等预处理．主要水质指标见表１．为满足微生物生长需要，投加磷酸二氢钾和碳酸氢钠以补充碱度和磷．表１原水水质指标Ｔａｂｌｅ１Ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆｉｎｆｌｕｅｎｔｑｕａｌｉｔｙｏｆｔ