基于微濾膜深度處理生化尾水的特性研究

孫章勇，張四永

（1.蘭州興蓉環境發展有限責任公司，甘肅 蘭州 730070；2.蘭州理工大學土木工程學院，甘肅 蘭州 730050）

1 概述

隨著經濟發展，環境保護受到越來越多的重視。傳統污水處理工藝已不能滿足愈發嚴格的污水排放標準[1]，且由于較低的處理效率，基于生物處理技術的不適用于所有的污水處理工藝，尤其是低濃度污水[2]。近些年來，越來越多的污水深度處理受到廣泛關注，例如MBR（膜生物反應器）、氧化、膜過濾、介質過濾等技術。如圖1所示，總結了來自中國知網2000年至今的所有污水強化及深度處理工藝，可以清晰地看出，污水強化及深度處理技術中涉及到膜技術的工藝占比高達40%以上，因此，有關膜深度處理技術受到研究學者的廣泛關注[3]。

相較于介質過濾與MBR技術，MF能夠去除廢水中更大級顆粒（包括微生物）與污染物以及更高的生命周期[4,5]。通過膜技術改進或與其他工藝聯合，膜技術在水處理領域會獲得廣泛研究。同時膜污染問題依舊是阻礙膜技術發展的主要原因[6]。膜工藝運行受到溫度、pH、TMP以及操作條件的影響。尤其隨著冬季來臨，溫度降低導致混合液黏度與污染物擴散能力等影響膜技術處理效果。由此，本文將通過實驗探究在溫度變化狀況下膜過濾深度處理生化尾水的特性研究。

圖1 2000年至今強化及深度處理技術占比統計圖

1 材料與方法

1.1 實驗裝置

試驗用水直接采用通過格柵、沉砂池、生物循環曝氣池處理過的尾水，并接入膜組件小試裝置，生化尾水詳盡信息見表1。膜組件小試裝置工藝流程圖如圖1所示，其中原水箱的有效容積39L（350mm×150mm×750mm）,MF 采用聚偏氟乙烯（PVDF）中空纖維膜組件，且于MF池底布置有曝氣頭，MF反應池的有效容積 100L（285mm×500mm×750mm）,產水箱的有效容積 25L（75mm×500mm×670mm）。 實驗采用PVDF膜孔徑為1μm，有效膜面積1m2，實驗運行最高壓力0.6bar。

表1 生化尾水水質

圖2 膜組件小試裝置工藝流程圖

實驗裝置采用PLC自動控制，依照行規產水模式使用間歇式產水（自吸泵運行10min，暫停2min）。當產水泵持續運行4h后進行1次清水反沖洗，持續時間3min。通過調節流量計大小，膜通量大小保持在10～12L/m2h，曝氣流量保持在 4L/min（膜表面氣體沖刷流速在0.33cm/s）。

1.3 分析方法

本試驗研究中，對膜過濾兩側進出水進行檢測。膜組件進水為污水處理廠生化尾水，滲透通過膜組件為出水。 pH、TN、COD、NH4+-N、TP 和濁度的檢測均采用國家標準進行，見表2。檢測儀器使用尤尼柯UV-2800A型紫外可見光分光光度計。

表2 常規檢測方法與標準

2 結果與分析

2.1 TMP增長曲線分析

恒定膜通量運行條件下，TMP是衡量膜污染狀況的重要指標之一，通過試驗記錄，獲得了隨著時間的運行，TMP與溫度的變化曲線圖，如圖3所示。

從圖3可知，當濾膜TMP增長到0.06MPa左右時，進行一次化學恢復反洗，從而減低能耗。隨著時間的運行，混合液溫度存在下降趨勢，且大概保持在20℃以下，可以看出，當溫度越低時，TMP的增長速率越高。這可能存在兩個方面的原因，一方面，混合液的粘度隨著溫度的降低而增高，從而導致TMP增長更快[7]；另一方面，溫度越低會造成污泥絮凝顆粒細而松散，混合液中殘存的小污泥粒度會造成高的膜污染，TMP增長更快[8]。

圖3 TMP與溫度曲線圖

2.2 MF膜對COD與濁度的去除效果

隨著時間變化，考察了混合液中COD與濁度的去除情況，如圖4所示。

從圖4可以看出，MF膜對COD與濁度具有一定的去除效果，濁度去除率最高可達到35%，COD去除率最高僅為10%。可見，在較低通量狀況下MF膜過濾生化尾水，混合液中污染物的去除效果不佳。這可能是由于生化池中顆粒污泥經過沉淀池的沉降，進入反應池中其含量較低，只能去除部分顆粒有機污染物，而對于溶解性污染物，其去除能力有限，于此同時通過膜過濾，混合液中的懸浮物被截留，在去除懸浮物質的同時降低出水濁度。

圖4 COD與濁度去除效果

3 結論

1）溫度的降低會影響混合液粘度及其中污泥絮凝效果，導致TMP過快增長；

2）MF對尾水中COD去除效果有限，對濁度去除率最高可達35%。