影響膜生物反應(yīng)器運(yùn)行的參數(shù)研究

田淑杰　王小存

摘 要：造紙制程中排放的清白水CODCr含量在400～500mg/L之間，B/C在0.3左右。本實(shí)驗(yàn)以此白水作為介質(zhì)，通過膜生物反應(yīng)器（MBR）處理后，當(dāng)進(jìn)水溫度控制在25～36℃，控制污泥濃度在8000～11000mg/L，采用間歇抽吸出水、定期氣水反洗運(yùn)行模式時(shí)，MBR膜組件抗污染能力強(qiáng)，反應(yīng)器內(nèi)污泥相良好，并具有良好的抗沖擊負(fù)荷能力，MBR出水CODCr可以被降解到60mg/L以下，BOD小于2mg/L；

關(guān)鍵詞：膜生物反應(yīng)器 白水 造紙 SDI 膜污染

中圖分類號(hào)：X7 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2015）01（b）-0000-00

膜生物反應(yīng)器（membrane bioreactor，MBR）的工作原理是利用反應(yīng)器的好氧微生物降解污水中的有機(jī)污染物，通過中空纖維膜進(jìn)行高效的固液分離。膜生物反應(yīng)器工藝通過膜分離技術(shù)大大強(qiáng)化了生物反應(yīng)器的功能，與傳統(tǒng)的生物處理方法相比，具有生化效率高、抗負(fù)荷沖擊能力強(qiáng)、出水水質(zhì)穩(wěn)定、占地面積小、排泥周期長(zhǎng)、易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制等優(yōu)點(diǎn)，是目前最有前途的污水回用處理技術(shù)之一[1]。

本文主要以造紙工業(yè)中產(chǎn)生的清白水作為介質(zhì)，研究MBR運(yùn)行參數(shù)及處理效果，并對(duì)相關(guān)參數(shù)進(jìn)行確定.

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 實(shí)驗(yàn)設(shè)備

實(shí)驗(yàn)采用日本某公司生產(chǎn)的中空纖維膜元件，膜材料為PVDF，有效膜面積60m2。反應(yīng)器污泥取自現(xiàn)有污水處理廠二沉池回流污泥。實(shí)驗(yàn)用水直接取自該廠紙機(jī)白水排水系統(tǒng)。

白水經(jīng)冷卻塔冷卻后，重力流入調(diào)節(jié)池。經(jīng)提升泵提升至MBR反應(yīng)器內(nèi)，MBR反應(yīng)器內(nèi)裝有浮球液位計(jì)以保持水位恒定。出水通過抽吸反洗泵的抽吸作用排出，操作壓力由泵前的真空表監(jiān)測(cè)。曝氣裝置設(shè)置在反應(yīng)器中膜元件的下方， 同時(shí)設(shè)置折流擋板，以加大膜元件周圍水流速度，加大曝氣對(duì)膜絲表面的沖刷作用，曝氣量由鼓風(fēng)機(jī)后的氣體流量計(jì)監(jiān)測(cè)[2]。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

污泥投入后，首先對(duì)污泥進(jìn)行馴化，當(dāng)污泥濃度達(dá)到一定濃度后開始連續(xù)進(jìn)水，此時(shí)，為保護(hù)膜組件，以較小的膜通量運(yùn)行，當(dāng)抽吸泵前真空度處于穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)，將膜通量調(diào)整為0.48m/day，實(shí)驗(yàn)期間設(shè)置溶解氧在1.5～2.5mg/L之間，PH維持在6.5～8之間，溫度控制在36℃以下。

當(dāng)系統(tǒng)進(jìn)入正常運(yùn)行后，每天測(cè)MBR進(jìn)水CODCr，MBR出水CODCr及MBR出水SDI值。本實(shí)驗(yàn)MLSS：重量法；pH：pH計(jì)；DO：溶氧儀；TN：過硫酸鉀消解一紫外分光光度法；TP：鉬銻抗分光光度法；CODCr：重鉻酸鉀法。

1.3 實(shí)驗(yàn)進(jìn)水水質(zhì)

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析

2.1 懸浮污泥濃度（MLSS）對(duì)CODCr去除率的影響

提高M(jìn)LSS值可以縮小生物反應(yīng)器的容積，降低污泥負(fù)荷率，提高處理效率。系統(tǒng)正常運(yùn)行后，為了達(dá)到最佳的處理效果，在保證溶解氧，PH，及溫度均在正常范圍內(nèi)，本實(shí)驗(yàn)采用不同MLSS，觀察MBR出水CODCr的變化。

由圖1可以看出，當(dāng)MLSS低于8000mg/L時(shí)，出水CODCr較高，且波動(dòng)較大。當(dāng)污泥濃度高于8000mg/L時(shí)，隨著污泥濃度的增高，出水CODCr呈下降趨勢(shì)，且波動(dòng)很小，這說(shuō)明，MBR具有良好的抗沖擊負(fù)荷能力。當(dāng)MLSS維持在8000～11000 mg/L時(shí)，MBR出水CODCr維持在較低水平，低于60mg/L（見圖2）。

2.2 溫度對(duì)CODCr去除率的影響

由于制程排出的白水溫度較高，本文采用冷卻塔幫助降溫。試驗(yàn)過程中，維持MLSS在10000mg/L左右，觀察溫度的變化對(duì)MBR處理效果及污泥相的影響，見圖3、圖4。

當(dāng)溫度在25～36℃時(shí)，MBR出水CODCr基本維持在100mg/L以內(nèi)，此時(shí)，生物相以輪蟲及固著型纖毛蟲為主，污泥外觀呈茶褐色。而當(dāng)溫度高于36℃時(shí)，MBR出水CODCr出現(xiàn)較大波動(dòng)，此時(shí)污泥外觀呈土黃色，并有大量泡沫產(chǎn)生。

2.3 MBR對(duì)SDI的處理效果

SDI值俗稱污泥密度指數(shù)。SDI值（每分鐘衰減的百分?jǐn)?shù)）表征了進(jìn)水中顆粒以及膠體物質(zhì)含量可能引起的膜堵塞程度，根據(jù)15分鐘時(shí)間內(nèi)水樣透過SDI儀中新的0.45μm過濾膜片時(shí)滲透流量的衰減。為了保證水樣滲透流量的測(cè)量精度，SDI儀將進(jìn)水壓力保持在恒定的30psi（2.07bar）。在試驗(yàn)開始以及接下來(lái)的5、10和15分鐘，在分別采集500mL的水樣的過程中對(duì)流速進(jìn)行測(cè)量。本試驗(yàn)采用杭州某公司生產(chǎn)的SDI測(cè)定儀及過濾膜測(cè)定MBR出水SDI值。SDI值計(jì)算公式如下：

P30：在0.21Mpa（≈30PSI）進(jìn)水壓力下的堵塞指數(shù)；

Tt：總的測(cè)時(shí)間（分）通常為T15，此時(shí)P30﹤75%，不然測(cè)試T10或T5，使此時(shí)的P30﹥75%；

T1：初始時(shí)收集500ml水樣所需的時(shí)間（秒）；

T2：經(jīng)T1（通常T15）后收集500ml水樣所需的時(shí)間（秒）。

由于MBR兼顧泥水分離的作用，因此，系統(tǒng)進(jìn)入正常運(yùn)行后，每天檢測(cè)MBR出水SDI值。由圖5可以看出，試驗(yàn)期間，MBR出水SDI基本在3以下。

2.4 對(duì)膜污染的控制

膜污染是運(yùn)行中一系列增加膜阻力的總稱[3]。活性污泥、溶解性有機(jī)物以及微生物在膜內(nèi)的滋生都會(huì)對(duì)MBR產(chǎn)生不同程度的膜污染。而膜污染是影響系統(tǒng)運(yùn)行的關(guān)鍵問題，適當(dāng)?shù)牟僮鞣椒梢杂行У乜刂颇の廴荆岣吣さ氖褂眯阅芗皦勖Ｔ囼?yàn)中采用低壓、恒定膜通量、間歇抽吸出水、定期氣水反洗及分散進(jìn)藥洗、空曝氣的運(yùn)行方式。

膜面凝膠層會(huì)在高的操作壓力下變得更加密實(shí)，導(dǎo)致過濾阻力的增加。因此，試驗(yàn)采用較低的操作壓力，保持恒定的出水流量，使系統(tǒng)在穩(wěn)定的狀態(tài)下工作。為延緩膜污染，延長(zhǎng)超濾膜使用周期而采取的措施還包括出水方式及反洗措施。在PLC中設(shè)定抽吸泵計(jì)時(shí)器為13 min運(yùn)行，2 min停止，每2小時(shí)進(jìn)行一次氣水反洗，每三天進(jìn)行一次分散進(jìn)藥洗，從而保證MBR中一定的空曝氣時(shí)間。由于空曝氣產(chǎn)生的剪切作用，使膜面沉積的污物脫落，膜過濾性能有所恢復(fù)。同時(shí)，在停抽及反洗過程中，由濃差極化引起的膜面有機(jī)物積累也會(huì)返回混合液主體。 眾多措施的采取，可使膜污染現(xiàn)象得到有效的控制。

3 結(jié)束語(yǔ)

經(jīng)試驗(yàn)證明，當(dāng)以造紙工業(yè)清白水為介質(zhì)，膜生物反應(yīng)器運(yùn)行過程中維持DO在1.5～2.5mg/L之間， pH在6.8～8，當(dāng)以如下參數(shù)運(yùn)行時(shí)，膜生物反應(yīng)器運(yùn)行穩(wěn)定：

（1）當(dāng)污泥濃度在8000～11000mg/L時(shí)，出水CODCr可以被降解到60mg/L以下，BOD小于2mg/L；

（2）當(dāng)進(jìn)水溫度控制在25～36℃時(shí)，MBR反應(yīng)器內(nèi)污泥相良好，MBR出水CODCr較低，基本維持在60mg/L以下；

（3）13min運(yùn)行，2min停止及氣水反洗的間歇運(yùn)行方法，不但可以使膜保持較高的水通量，還延長(zhǎng)了膜的使用周期，降低膜的體外藥洗的頻率。

綜上所述，膜生物反應(yīng)器（MBR）在上述參數(shù)條件下運(yùn)行時(shí)，出水水質(zhì)穩(wěn)定，膜污染控制得當(dāng)，可作為該種廢水處理的一種實(shí)用有效的方法用于實(shí)踐。

參考文獻(xiàn)

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[2] 譚德君，王雅琴，等. 膜生物反應(yīng)器處理生活污水的實(shí)驗(yàn)研究[J].水處理技術(shù)，2007.33（5）：37-40.

[3] Tom Stephenson，Simon judd，bruce Jefferson，keith brindle.張樹國(guó)，李永梅譯.膜生物反應(yīng)器處理技術(shù)[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2003.