一種疏水曝氣膜用于河道黑臭水體治理研究

李海明，苑輝，曹映東，陳繼悅，陳筱偉

（九洲環(huán)境科技（天津）有限公司，天津300300）

疏水膜微孔曝氣技術(shù)[1]是利用了疏水膜透氣不透水的一種河道黑臭水體的生物處理技術(shù)，當(dāng)把中空纖維疏水膜絲連接好浸入到水體后，連接鼓風(fēng)機(jī)，進(jìn)行微孔曝氣。在曝氣的過(guò)程中，氧氣通過(guò)溶解擴(kuò)散[2]的方式透過(guò)疏水膜進(jìn)入到水體中，微小的氣泡能夠充分地被水體吸收利用，獲得很高的溶解氧[3]利用率，與此同時(shí)，疏水膜表面由于其凹凸不平，為微生物膜[4]的附著提供了很好的載體[5]，其形成的生物膜也能更好地調(diào)節(jié)水體的生態(tài)平衡[6]。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 儀器與藥品

疏水曝氣膜，自制；UPVC 管，天津市佑利塑膠有限公司；微生物填料，材質(zhì)為聚氨酯，宜興市君宇水處理填料有限公司；UPVC 膠，天津市佑利塑膠有限公司；氣體調(diào)節(jié)閥，天津市佑利塑膠有限公司；羅茨風(fēng)機(jī)，佛山市廣鼓鼓風(fēng)機(jī)有限公司；氣壓表，天長(zhǎng)市永儀儀表廠。

1.2 儀器裝置的組裝

自制生產(chǎn)中空纖維疏水膜膜絲，長(zhǎng)度為1 m，采購(gòu)DN32UPVC 管件，切成長(zhǎng)度為10 cm，利用環(huán)氧樹脂膠，將膜絲澆鑄到UPVC 管中，澆鑄好后將一側(cè)切開，漏出膜絲的中心孔，用于氣體的進(jìn)出。將若干澆鑄好的膜絲用UPVC 管連接到一起，呈梯形狀連接，浸入到河道的水體中，進(jìn)氣管與羅茨風(fēng)機(jī)相連，進(jìn)氣管連接氣壓表和閥門，當(dāng)風(fēng)機(jī)通電工作時(shí)，氣體就會(huì)進(jìn)入到連接好的中空纖維膜絲體系，在氣體壓力作用下，空氣透過(guò)膜孔進(jìn)入到河道水體中，通過(guò)調(diào)節(jié)進(jìn)氣閥，調(diào)節(jié)氣體的壓力，從而調(diào)節(jié)進(jìn)入到河道水體氣量的大小。

1.3 微生物填料的負(fù)載

此微生物填料為立體彈性填料，規(guī)格為邊長(zhǎng)5 mm的正方體，材質(zhì)為聚氨酯。利用細(xì)鐵絲把小立方體填料串成串，長(zhǎng)度在1 m 左右。把穿好的微生物填料一串串地固定到已經(jīng)連接好的中空纖維膜束的架子上，放置的位置盡可能與中空纖維膜束挨著，當(dāng)中空纖維膜透過(guò)氣體時(shí)，氧氣能夠第一時(shí)間釋放到微生物填料處，這樣，充足的氧環(huán)境，能夠保障在微生物填料上快速形成生物膜，由于填料的比表面積大，微生物容易附著，在整個(gè)填料上，能夠快速地形成大量的生物膜，生物膜的形成有利于水體的自凈修復(fù)，降解過(guò)高的氨氮和COD，逐步實(shí)現(xiàn)水體的生態(tài)平衡。

1.4 安裝調(diào)試運(yùn)行

在安裝的過(guò)程中，將15 個(gè)中空纖維疏水膜束用UPVC 管連接，每個(gè)中空纖維疏水膜束的間距為80 mm，總長(zhǎng)度為12 m，連接好的中空纖維膜束用鋼筋支架支撐，鋼筋與UPVC 用扎帶固定在一起，支撐的高度為60 cm，同時(shí)，由于UPVC 密度較小，自身會(huì)浮在水面，連接的鋼筋還能起到配重的作用，保證連接整個(gè)中空纖維疏水膜束整個(gè)架子進(jìn)入到河道水體中，同時(shí)在鋼筋支架作用下，支撐在河道底部。由于一般的河道底部都是凹形的，中間部分河道深，靠近河岸較淺，所以連接好的整個(gè)架子不易固定，成弧度放置容易開裂，所以在實(shí)際操作過(guò)程中，是沿著河道水流方向，平行于河道放置，保證整個(gè)膜架能夠穩(wěn)定地水平放置到河道底部，既保證了架子的穩(wěn)定，放置在同樣的深度，也保證了整個(gè)架子的中空纖維疏水膜絲承受的壓力一樣。

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論

2.1 曝氣壓力對(duì)水體溶解氧的影響

選取的河道試驗(yàn)段，在不運(yùn)行曝氣裝置時(shí)，水體的溶解氧含量為0.18 mg/L。當(dāng)曝氣裝置啟動(dòng)后，在運(yùn)行過(guò)程中，曝氣壓力對(duì)水體中溶解氧濃度的影響較大，隨著曝氣壓力的增加，水體中的溶解氧濃度能夠明顯增加。這是由于隨著曝氣壓力的增加，進(jìn)入中空纖維膜絲中的氣體壓力增大，而中空纖維膜束架在水體中的深度一定，承受的壓力不變，所以透過(guò)膜孔進(jìn)入到水體中的氣量增加，透過(guò)微孔的氣泡較小，屬微米級(jí)，能夠直接作用到水體中，所以水體中的溶解氧濃度能夠明顯增加。圖1為水體中溶解氧的濃度與曝氣壓力之間的關(guān)系。

圖1 溶解氧濃度與曝氣壓力的關(guān)系

2.2 曝氣壓力對(duì)COD 去除率的影響

開始時(shí)，COD 的去除率隨著疏水膜曝氣壓力的增加而增大，當(dāng)曝氣壓力為5 kPa 時(shí)，COD 的去除率僅為65%，主要是因?yàn)閴毫Φ停高^(guò)膜孔的氣量較小，溶解氧的含量較低，當(dāng)壓力上升時(shí)，COD 的去除率明顯增加，當(dāng)壓力達(dá)到28 kPa 時(shí)，COD 的去除率基本保持不變，維持在85%左右，這說(shuō)明COD 的去除率已經(jīng)達(dá)到峰值，溶解氧的量能夠最大效率地滿足COD 的去除量，當(dāng)曝氣壓力再繼續(xù)增加時(shí)，COD 的去除率反倒降低，主要是因?yàn)槠貧鈮毫υ龃?，透過(guò)膜孔的氣量較大，把生長(zhǎng)在膜壁上的微生物膜吹得比較松散，甚至脫落，生物膜形成的自身好氧厭氧得平衡系統(tǒng)被打破，所以COD 的去除率反倒降低。圖2為COD 的去除率與疏水膜曝氣壓力之間的關(guān)系。

圖2 COD 的去除率與曝氣壓力之間的關(guān)系

2.3 曝氣壓力對(duì)氨氮去除率的影響

由圖3可以看出，隨著跟COD 的去除率曲線大致相同，開始時(shí)，隨著曝氣壓力的增加，氨氮的去除率明顯增加；當(dāng)曝氣壓力為5 kPa 時(shí)，氨氮的去除率為55%左右；隨著曝氣壓力的增加，當(dāng)曝氣壓力達(dá)到25 kPa時(shí)，氨氮的去除率能夠達(dá)到85%，此時(shí)氨氮的去除效果最高；接下來(lái)，隨著曝氣壓力的繼續(xù)增大，氨氮的去除率反而降低，主要是因?yàn)?，隨著曝氣壓力的進(jìn)一步增加，透過(guò)膜孔的氣量較大，生長(zhǎng)到膜壁上的微生物膜遭到破壞，打破了生物膜的好氧厭氧的平衡系統(tǒng)，所以氨氮的去除率反倒降低。圖3為氨氮的去除率隨曝氣壓力之間的關(guān)系。

圖3 氨氮的去除率與曝氣壓力之間的關(guān)系

3 結(jié)論

利用疏水膜曝氣技術(shù)對(duì)河道的黑臭水體的治理有明顯的效果，機(jī)理主要是通過(guò)增加水體的溶解氧，從而有利于微生物膜在疏水膜上快速地形成，實(shí)現(xiàn)水體的生態(tài)自凈能力，考察了不同的曝氣壓力對(duì)水體溶解氧、COD 去除率、氨氮去除率的影響，得出以下結(jié)論：（1）隨著曝氣壓力的增加，水體中溶解氧的含量明顯增加；（2）隨著曝氣壓力的增加，COD 的去除率先增加后降低；（3）隨著曝氣壓力的增加，氨氮的去除率先增加后降低。