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(huán)境發(fā)展有限責(zé)任公司，甘肅 蘭州 730070；2.蘭州理工大學(xué)土木工程學(xué)院，甘肅 蘭州 730050）

1 概述

隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展，環(huán)境保護(hù)受到越來(lái)越多的重視。傳統(tǒng)污水處理工藝已不能滿足愈發(fā)嚴(yán)格的污水排放標(biāo)準(zhǔn)[1]，且由于較低的處理效率，基于生物處理技術(shù)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(lái)，越來(lái)越多的污水深度處理受到廣泛關(guān)注，例如MBR（膜生物反應(yīng)器）、氧化、膜過(guò)濾、介質(zhì)過(guò)濾等技術(shù)。如圖1所示，總結(jié)了來(lái)自中國(guó)知網(wǎng)2000年至今的所有污水強(qiáng)化及深度處理工藝，可以清晰地看出，污水強(qiáng)化及深度處理技術(shù)中涉及到膜技術(shù)的工藝占比高達(dá)40%以上，因此，有關(guān)膜深度處理技術(shù)受到研究學(xué)者的廣泛關(guān)注[3]。

相較于介質(zhì)過(guò)濾與MBR技術(shù)，MF能夠去除廢水中更大級(jí)顆粒（包括微生物）與污染物以及更高的生命周期[4,5]。通過(guò)膜技術(shù)改進(jìn)或與其他工藝聯(lián)合，膜技術(shù)在水處理領(lǐng)域會(huì)獲得廣泛研究。同時(shí)膜污染問(wèn)題依舊是阻礙膜技術(shù)發(fā)展的主要原因[6]。膜工藝運(yùn)行受到溫度、pH、TMP以及操作條件的影響。尤其隨著冬季來(lái)臨，溫度降低導(dǎo)致混合液黏度與污染物擴(kuò)散能力等影響膜技術(shù)處理效果。由此，本文將通過(guò)實(shí)驗(yàn)探究在溫度變化狀況下膜過(guò)濾深度處理生化尾水的特性研究。

圖1 2000年至今強(qiáng)化及深度處理技術(shù)占比統(tǒng)計(jì)圖

1 材料與方法

1.1 實(shí)驗(yàn)裝置

試驗(yàn)用水直接采用通過(guò)格柵、沉砂池、生物循環(huán)曝氣池處理過(guò)的尾水，并接入膜組件小試裝置，生化尾水詳盡信息見(jiàn)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(yīng)池的有效容積 100L（285mm×500mm×750mm）,產(chǎn)水箱的有效容積 25L（75mm×500mm×670mm）。 實(shí)驗(yàn)采用PVDF膜孔徑為1μm，有效膜面積1m2，實(shí)驗(yàn)運(yùn)行最高壓力0.6bar。

表1 生化尾水水質(zhì)

圖2 膜組件小試裝置工藝流程圖

實(shí)驗(yàn)裝置采用PLC自動(dòng)控制，依照行規(guī)產(chǎn)水模式使用間歇式產(chǎn)水（自吸泵運(yùn)行10min，暫停2min）。當(dāng)產(chǎn)水泵持續(xù)運(yùn)行4h后進(jìn)行1次清水反沖洗，持續(xù)時(shí)間3min。通過(guò)調(diào)節(jié)流量計(jì)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(yàn)研究中，對(duì)膜過(guò)濾兩側(cè)進(jìn)出水進(jìn)行檢測(cè)。膜組件進(jìn)水為污水處理廠生化尾水，滲透通過(guò)膜組件為出水。 pH、TN、COD、NH4+-N、TP 和濁度的檢測(cè)均采用國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行，見(jiàn)表2。檢測(cè)儀器使用尤尼柯UV-2800A型紫外可見(jiàn)光分光光度計(jì)。

表2 常規(guī)檢測(cè)方法與標(biāo)準(zhǔn)

2 結(jié)果與分析

2.1 TMP增長(zhǎng)曲線分析

恒定膜通量運(yùn)行條件下，TMP是衡量膜污染狀況的重要指標(biāo)之一，通過(guò)試驗(yàn)記錄，獲得了隨著時(shí)間的運(yùn)行，TMP與溫度的變化曲線圖，如圖3所示。

從圖3可知，當(dāng)濾膜TMP增長(zhǎng)到0.06MPa左右時(shí)，進(jìn)行一次化學(xué)恢復(fù)反洗，從而減低能耗。隨著時(shí)間的運(yùn)行，混合液溫度存在下降趨勢(shì)，且大概保持在20℃以下，可以看出，當(dāng)溫度越低時(shí)，TMP的增長(zhǎng)速率越高。這可能存在兩個(gè)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(dǎo)致TMP增長(zhǎng)更快[7]；另一方面，溫度越低會(huì)造成污泥絮凝顆粒細(xì)而松散，混合液中殘存的小污泥粒度會(huì)造成高的膜污染，TMP增長(zhǎng)更快[8]。

圖3 TMP與溫度曲線圖

2.2 MF膜對(duì)COD與濁度的去除效果

隨著時(shí)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(duì)COD與濁度具有一定的去除效果，濁度去除率最高可達(dá)到35%，COD去除率最高僅為10%?？梢?jiàn)，在較低通量狀況下MF膜過(guò)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(jīng)過(guò)沉淀池的沉降，進(jìn)入反應(yīng)池中其含量較低，只能去除部分顆粒有機(jī)污染物，而對(duì)于溶解性污染物，其去除能力有限，于此同時(shí)通過(guò)膜過(guò)濾，混合液中的懸浮物被截留，在去除懸浮物質(zhì)的同時(shí)降低出水濁度。

圖4 COD與濁度去除效果

3 結(jié)論

1）溫度的降低會(huì)影響混合液粘度及其中污泥絮凝效果，導(dǎo)致TMP過(guò)快增長(zhǎng)；

2）MF對(duì)尾水中COD去除效果有限，對(duì)濁度去除率最高可達(dá)35%。