平板膜濃縮污泥中水回用示范工程的調(diào)試與運行

平板膜濃縮污泥中水回用示范工程的調(diào)試與運行

朱學(xué)峰1，周明遠1，吳志超2，苑文儀1，關(guān)杰1

(1. 上海第二工業(yè)大學(xué)城市建設(shè)與環(huán)境工程學(xué)院，上海201209；2. 同濟大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院，上海200092)

摘要當(dāng)進泥量為190m3/d時，平板膜處理污泥中水回用示范工程在28d內(nèi)穩(wěn)定運行。在進泥濃度變化幅度較大的情況下(7～17g/L)，示范工程出泥濃度達到了設(shè)計要求，平均出泥濃度維持在35g/L以上。示范工程的2#、3#、4#反應(yīng)器跨膜壓差均小于20kPa，而1#反應(yīng)器膜壓力上升較快，原因是其運行膜通量較高。在28d內(nèi)示范工程出水CODCr均小于50mg/L。

關(guān)鍵詞示范工程調(diào)試與運行四段式平板膜污泥濃縮中水回用

中圖分類號：X703.1文獻標(biāo)識碼： A

[收稿日期]2015-05-05

[基金項目]上海電子廢棄物資源化產(chǎn)學(xué)研中心開放基金(B50ZS120003B01)；上海第二工業(yè)大學(xué)校學(xué)科培育基金(XXKPY1303)；污染控制與資源化研究國家重點實驗室開放課題(PCRRF14007)

[作者簡介]朱學(xué)峰(1983—)，男，講師，博士，研究方向為膜分離處理污水及污泥。電話： 021-50215021-8500；E-mail： xfzhu@sspu.eud.cn。

Commissioning and Operation of Demonstration Project of Sludge Thickening Treatment with Flat-Sheet Membrane Process for Reuse of Reclaimed Water

Zhu Xuefeng1, Zhou Mingyuan1, Wu Zhichao2, Yuan Wenyi1, Guan Jie1

(1.SchoolofUrbanDevelopmentandEnvironmentalEngineering,ShanghaiSecondPolytechnicUniversity,Shanghai201209,China;

2.SchoolofEnvironmentalScienceandEngineering,TongjiUniversity,Shanghai200092,China)

AbstractThe flat-sheet membrane process for reuse of reclaimed water operated smoothly in 28days when capacity of sludge treatment was 190m3/d. It was also detected that the average effluent sludge concentration maintained more than 35g/L when the change of influent sludge concentration was 7～17g/L. Trans-membrane pressure (TMP) of reactors 2#, 3# and 4# kept below 20kPa. TMP of reactor 1# increased fast due to its high flux. Finally, CODCr of the effluent was below 50mg/L during 28days’ operation.

Keywordsdemonstration projectcommissioning and operationfour-stagesludge thickening with flat-sheet membranereuse of reclaimed water

隨著全國污水處理廠大規(guī)模的建設(shè)投運，剩余污泥的產(chǎn)量急劇增加，預(yù)計到2020年，全國年污泥總產(chǎn)生量(以含水率80%計)將突破6000萬t[1,2]。污泥濃縮是污泥穩(wěn)定化處理的基本前提，目前城市污水處理廠主要采用重力濃縮、氣浮濃縮和機械濃縮等方式實現(xiàn)污泥濃縮，但這些濃縮技術(shù)在應(yīng)用過程中還存在很多問題，如重力濃縮易發(fā)生污泥上浮、氣浮濃縮和機械濃縮運行維修費用高[3]，這在一定程度上制約了我國污泥穩(wěn)定化處理。據(jù)統(tǒng)計，全國80%以上的污水廠污泥未穩(wěn)定化處理[4]。王新華等[5-10]提出了平板膜—污泥濃縮工藝(MST)，利用平板膜的高效截留來實現(xiàn)污泥濃縮和中水回用。現(xiàn)場中試試驗表明，在水力停留時間為5h、膜通量為15L/m2·h的條件下，不僅污泥濃度達到30g/L，而且出水水質(zhì)較好，達到《城市雜用水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》(GB/T 18920—2002)的要求。對比四段式平板膜濃縮污泥工藝(FSMST)與單段式平板膜污泥濃縮工藝(MST)后發(fā)現(xiàn)，四段式工藝不僅可實現(xiàn)連續(xù)運行且膜污染更低[11,12]。本文對FSMST示范工程調(diào)試運行進行了研究，對示范工程運行效果進行評價，以期為示范工程的長期穩(wěn)定運行提供依據(jù)。

1示范工程流程及進泥性質(zhì)

圖1為示范工程的流程圖。

圖1　四段式平板膜濃縮污泥中水回用示范工程流程圖 Fig.1　Process Flow Chart of Sludge Thickening Treatment with Flat-Sheet Membrane Process for Reuse of Reclaimed Water

污泥濃縮反應(yīng)池體積/m3膜面積/m2水力停留時間/h膜通量/(L·m-2·h-1)膜出水流量/(m3·h-1)氣水比1#14.52218.81.7214.5920∶12#15.48218.83.4102.1940∶13#15.12175.05.650.86100∶14#13.5387.66.840.35125∶1

示范工程進泥濃度(MLSS)為7～17g/L，MLVSS為5.2～10.4g/L，污泥毛細(xì)吸水時間為12.7～26.2s。進泥由提升泵引入貯泥池，然后剩余污泥由泵打入1#反應(yīng)池。經(jīng)1#反應(yīng)器膜濃縮后，由液位差流入2#反應(yīng)器內(nèi)，而膜出水則被回用；同樣，2#反應(yīng)器濃縮后的更高濃度的污泥則流入3#反應(yīng)器，經(jīng)3#反應(yīng)器濃縮后的污泥進入4#反應(yīng)器內(nèi)。污泥濃度逐級提升，4#反應(yīng)器的出泥則排入污泥脫水機房進行進一步的后續(xù)處理。

2示范工程調(diào)試及運行效果

2.1示范工程調(diào)試及運行參數(shù)

示范工程各反應(yīng)池參數(shù)如表1所示。

設(shè)計處理污泥量為200m3/d，實際處理約190m3/d，4#反應(yīng)器出泥設(shè)計濃度為50g/L。

2.2運行效果分析

2.2.1反應(yīng)器的溶解氧變化

圖2為示范工程各反應(yīng)器的溶解氧變化。

圖2　示范工程各反應(yīng)器的溶解氧變化 Fig.2　Changes of DO in Reactors of FSMST Demonstration Project with Time

由圖2可知1#和2#池內(nèi)溶解氧變化較大，主要原因是1#和2#池內(nèi)污泥濃度較低且污泥濃度變化幅度較大。污泥濃度的增加與溶解氧呈負(fù)相關(guān)性(rp=-0.722，p<0.01)，表示隨著污泥濃度的增加溶解氧逐漸降低，其原因是污泥濃度的增加使傳氧速率降低[11]。而4#反應(yīng)器溶解氧基本維持在0.5mg/L以下，主要原因是4#池污泥濃度較高。在示范工程的后期運行中，可考慮將DO和SS在線監(jiān)測設(shè)備相結(jié)合，更加準(zhǔn)確地監(jiān)控系統(tǒng)內(nèi)污泥濃度變化。

2.2.2調(diào)試及運行效果與水質(zhì)分析

(1) 污泥濃度

反應(yīng)器內(nèi)污泥濃度變化如圖3所示。

由圖3可知進泥濃度在7～17g/L波動過程中，4#出泥污泥濃度中75%的數(shù)據(jù)值大于45g/L，且50%的數(shù)據(jù)大于50g/L，3#反應(yīng)器出泥75%的數(shù)據(jù)大于40g/L，以上說明示范工程在進泥波動較大時，仍可保持出泥在50g/L左右穩(wěn)定運行。

注： a-各反應(yīng)器內(nèi)污泥濃度隨時間變化；b-各反應(yīng)器內(nèi)污泥數(shù)據(jù)方框統(tǒng)計圖 圖3　示范工程各反應(yīng)器內(nèi)污泥濃度隨時間變化 Fig.3　Changes of Sludge Concentration in Reactors of FSMST Demonstration Project with Time

(2) 膜污染

反應(yīng)器內(nèi)跨膜壓差如圖4所示。

由圖4可知2#、3#、4#反應(yīng)器的跨膜壓差保持在20kPa以下。其中1#反應(yīng)器運行28d跨膜壓差達到45kPa左右，原因是1#反應(yīng)器膜通量較高，為21L/m2·h，在示范工程后期運行中可適當(dāng)加強曝氣強度、調(diào)整膜通量等方式來降低膜污染。與單段式平板膜處理污泥工藝相比，該示范工程的運行周期得到了大幅提高[11,12]。

(3) 出水水質(zhì)變化

反應(yīng)器出水CODCr如圖5所示。

由圖5可知在進泥濾液CODCr變化幅度較大(28～165mg/L)的情況下，1#、2#、3#反應(yīng)器的出水仍能在22d內(nèi)達到50mg/L的水平，較中試要好[11]，可能的原因是示范工程水力停留時間要較中試水力停留時間少，從而減少了曝氣對污泥沖刷的時間，使污泥絮體不易破壞而釋放胞外聚合物，降低濾液中有機物的含量。示范工程的混合出水CODCr在30d內(nèi)都小于50mg/L，說明了平板膜污泥濃縮工藝出水水質(zhì)較好。

圖4　示范工程各反應(yīng)器跨膜壓差隨時間變化 Fig.4　Changes of TMP in Reactors of FSMST Demonstration Project with Time

圖5　示范工程各反應(yīng)器出水COD Cr隨時間變化 Fig.5　Changes of Effluent COD Cr of FSMST Demonstration Project with Time

3結(jié)論

FSMST示范工程在處理流量約190m3/d的情況下可穩(wěn)定運行；反應(yīng)器內(nèi)污泥濃度變化與溶解氧濃度變化有很好的負(fù)相關(guān)性，因而可在線監(jiān)測污泥濃度；在進泥濃度變化幅度較大的情況下，示范工程3#反應(yīng)器出泥濃度可維持在45g/L以上，4#反應(yīng)器平均出泥在50g/L以上； 2#、3#、4#反應(yīng)器跨膜壓差

均較低，而1#反應(yīng)器跨膜壓差上升較快，主要原因是其運行膜通量較高；對示范工程出水監(jiān)測發(fā)現(xiàn)在進泥濾液CODCr變化幅度較大的情況下，出水CODCr均小于50mg/L。

參考文獻

[1] 戴曉虎.我國城鎮(zhèn)污泥處理處置現(xiàn)狀及思考[J].給水排水,2012,38(2)： 1-5.

[2] 林暉.我國每年處理一座“污水三峽” “吐出”污泥八成無人理[OL]. http： //news.xinhuanet.com/2013lh/2013-03/03/c_114869431.htm.

[3] 朱學(xué)峰.平板膜處理剩余活性污泥工藝的工程應(yīng)用及機理研究[D].上海： 同濟大學(xué),2012.

[4] Duan N, Dong B, Wu B,etal. High-solid anaerobic digestion of sewage sludge under mesophilic conditions： Feasibility study[J]. Bioresource Technology, 2012, 104(5)： 150-156.

[5] 王新華,吳志超,華娟,等.平板膜污泥濃縮工藝操作條件的優(yōu)化研究[J].環(huán)境污染與防治,2008,30(6)： 54-57.

[6] 王新華,吳志超,杜興治,等.平板膜濃縮污泥工藝的中試研究[J].中國給水排水,2008,24(17)： 49-52.

[7] Wang X H, Wu Z C, Wang Z W,etal. Floc destruction and its impact on dewatering properties in the process of using flat-sheet membrane for simultaneous thickening and digestion of waste activated sludge[J]. Bioresource Technology, 2009, 101(6)： 1937-1942.

[8] Wu Z, Zhu X, Wang Z. Temporal variations of membrane foulants in the process of using flat-sheet membrane for simultaneous thickening and digestion of waste activated sludge[J]. Bioresource Technology, 2011, 103(13)： 6863-6869.

[9] Wang X H, Wu Z C, Wang Z W,etal. Membrane fouling mechanisms in the process of using flat-sheet membrane for simultaneous thickening and digestion of activated sludge[J]. Separation and Purification Technology, 2008, 63(10)： 676-683.

[10] 王新華.平板膜—污泥濃縮消化工藝的機理及應(yīng)用研究[D].上海： 同濟大學(xué), 2009.

[11] 朱學(xué)峰,周明遠,王志偉,等.四段式平板膜處理污泥及中水回用工藝的中試研究[J].環(huán)境工程學(xué)報,2015,36(1)： 436-440.

[12] 朱學(xué)峰,周明遠,王志偉,等.不同因素對平板膜污泥濃縮工藝膜污染演變的影響研究[J].環(huán)境工程, 2015,34(23)： 102-106.

經(jīng)驗交流