影響膜生物反應器運行的參數(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。本實驗以此白水作為介質(zhì)，通過膜生物反應器（MBR）處理后，當進水溫度控制在25～36℃，控制污泥濃度在8000～11000mg/L，采用間歇抽吸出水、定期氣水反洗運行模式時，MBR膜組件抗污染能力強，反應器內(nèi)污泥相良好，并具有良好的抗沖擊負荷能力，MBR出水CODCr可以被降解到60mg/L以下，BOD小于2mg/L；

關鍵詞：膜生物反應器 白水 造紙 SDI 膜污染

中圖分類號：X7 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2015）01（b）-0000-00

膜生物反應器（membrane bioreactor，MBR）的工作原理是利用反應器的好氧微生物降解污水中的有機污染物，通過中空纖維膜進行高效的固液分離。膜生物反應器工藝通過膜分離技術大大強化了生物反應器的功能，與傳統(tǒng)的生物處理方法相比，具有生化效率高、抗負荷沖擊能力強、出水水質(zhì)穩(wěn)定、占地面積小、排泥周期長、易實現(xiàn)自動控制等優(yōu)點，是目前最有前途的污水回用處理技術之一[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運行參數(shù)及處理效果，并對相關參數(shù)進行確定.

1 實驗部分

1.1 實驗設備

實驗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。反應器污泥取自現(xiàn)有污水處理廠二沉池回流污泥。實驗用水直接取自該廠紙機白水排水系統(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反應器內(nèi)，MBR反應器內(nèi)裝有浮球液位計以保持水位恒定。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。曝氣裝置設置在反應器中膜元件的下方， 同時設置折流擋板，以加大膜元件周圍水流速度，加大曝氣對膜絲表面的沖刷作用，曝氣量由鼓風機后的氣體流量計監(jiān)測[2]。

1.2 實驗方法

污泥投入后，首先對污泥進行馴化，當污泥濃度達到一定濃度后開始連續(xù)進水，此時，為保護膜組件，以較小的膜通量運行，當抽吸泵前真空度處于穩(wěn)定狀態(tài)時，將膜通量調(diào)整為0.48m/day，實驗期間設置溶解氧在1.5～2.5mg/L之間，PH維持在6.5～8之間，溫度控制在36℃以下。

當系統(tǒng)進入正常運行后，每天測MBR進水CODCr，MBR出水CODCr及MBR出水SDI值。本實驗MLSS：重量法；pH：pH計；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 實驗進水水質(zhì)

2 實驗結果及分析

2.1 懸浮污泥濃度（MLSS）對CODCr去除率的影響

提高MLSS值可以縮小生物反應器的容積，降低污泥負荷率，提高處理效率。系統(tǒng)正常運行后，為了達到最佳的處理效果，在保證溶解氧，PH，及溫度均在正常范圍內(nèi)，本實驗采用不同MLSS，觀察MBR出水CODCr的變化。

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

2.2 溫度對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。試驗過程中，維持MLSS在10000mg/L左右，觀察溫度的變化對MBR處理效果及污泥相的影響，見圖3、圖4。

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

2.3 MBR對SDI的處理效果

SDI值俗稱污泥密度指數(shù)。SDI值（每分鐘衰減的百分數(shù)）表征了進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分鐘時間內(nèi)水樣透過SDI儀中新的0.45μm過濾膜片時滲透流量的衰減。為了保證水樣滲透流量的測量精度，SDI儀將進水壓力保持在恒定的30psi（2.07bar）。在試驗開始以及接下來的5、10和15分鐘，在分別采集500mL的水樣的過程中對流速進行測量。本試驗采用杭州某公司生產(chǎn)的SDI測定儀及過濾膜測定MBR出水SDI值。SDI值計算公式如下：

P30：在0.21Mpa（≈30PSI）進水壓力下的堵塞指數(shù)；

Tt：總的測時間（分）通常為T15，此時P30﹤75%，不然測試T10或T5，使此時的P30﹥75%；

T1：初始時收集500ml水樣所需的時間（秒）；

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

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

2.4 對膜污染的控制

膜污染是運行中一系列增加膜阻力的總稱[3]?；钚晕勰唷⑷芙庑杂袡C物以及微生物在膜內(nèi)的滋生都會對MBR產(chǎn)生不同程度的膜污染。而膜污染是影響系統(tǒng)運行的關鍵問題，適當?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?。試驗中采用低壓、恒定膜通量、間歇抽吸出水、定期氣水反洗及分散進藥洗、空曝氣的運行方式。

膜面凝膠層會在高的操作壓力下變得更加密實，導致過濾阻力的增加。因此，試驗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中設定抽吸泵計時器為13 min運行，2 min停止，每2小時進行一次氣水反洗，每三天進行一次分散進藥洗，從而保證MBR中一定的空曝氣時間。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。同時，在停抽及反洗過程中，由濃差極化引起的膜面有機物積累也會返回混合液主體。 眾多措施的采取，可使膜污染現(xiàn)象得到有效的控制。

3 結束語

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

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

（2）當進水溫度控制在25～36℃時，MBR反應器內(nèi)污泥相良好，MBR出水CODCr較低，基本維持在60mg/L以下；

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

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

參考文獻

[1]張鑫.MBR工藝在污水處理中的應用[J].徐州工程學院學報，2006.21（9）：70-71.

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

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