【doc】复合式MBR处理涤纶碱减量废水的试验研究

【doc】复合式MBR处理涤纶碱减量废水的试验研究 复合式MBR处理涤纶碱减量废水的试验研 究 第26卷第3期 2006年3月 工业水处理 IndustrialWaterTreatment V01.26No.3 Mar.,2006 复合式MBR处理涤纶碱减量废水的试验研究 孙选举,陈季华,杨期勇,沈廷 (东华大学环境学院,上海200051) [摘要]以柔性多孔颗粒作为填料组成的复合式膜生物反应器(MBR)处理涤纶碱减量废水.结果表明,在控制 HRT不变的条件下,进水COD从812.35ms/L提高到1621.24mg/L, 系统出水COD为26.60—68.03ms/L.系统的 COD总去除率均在95%左右.有机负荷冲击对处理效果影响不大.膜组件有效截留有机污染物,确保系统稳定出水. 复合膜生物反应器中的生物去除率略高于普通MBR.柔性填料对减轻膜污染贡献明显,相同运行条件下,使最终透 膜压差比普通MBR小28.3kPa. [关键词]复合式膜生物反应器;碱减量废水;柔性多孔填料;膜污染 【中圈分类号]X703.1【文献标识码]B【文章编 号]1005—829X(2006)03—0036—03 HybridMBRappliedtothetreatmentOfteleneweight—losswastewater SunXuanju,ChenJihua,YangQiyong,ShenTing (SchoolofEnvironmentalScienceandTechnology,DonghuaUniversity,Shanghai200051,China) Abstract:Flexibleporousparticlesareputintoimmersedmembranesbioreacterinthetreatmentofteryleneweight- losswastewater.Theresultsindicatethatwithhydraulicretentiontimeinvariable.theinflowconcentrationofCOD increasesfrom812.35ms/Lto1621.24mg/L,theconcentrationofoutlClowisbetween26.60me/Land68.03ms/L, thetotalremovalrateofCODstayedamund95%.Theabruptincreaseoforganicloadinghasalittleinfluenceonthe totalremovalrate.Themembraneitselfcanholdorganicpollutantefficiently.guaranteeingstableoutflowquality. Thebio-removalrateinhybridMBRiSalittlehigherthanthecommonMBR.Theflexiblepaddingcontributesmuch tothedecreaseofmembranefouling.Underthesamecondition.thefinaltrans—membranepressureofhybridMBRiS 28.3kPalessthantheordinaryMBR. Keywords:hybridmembranebio—?reactor;weight?-losswastewater;flexi bleporouspadding;membranefouling 20世纪80年代末以来,我国的涤纶织物染色加 工普遍采用碱减量工艺,涤纶仿真丝产品迅速发展. 碱减量加工废水的污染问题十分突出.使得一般已 成熟的传统印染废水处理工艺不能适应碱减量废水 的治理要求?]. 由于具有出水水质优异,操作运行简单.污泥产 率低,占地面积小等特点,膜生物反应器在污水处理 的应用范围和规模不断扩大和增加[z”].然而,膜生 物反应器处理涤纶碱减量废水的研究却鲜见报道 笔者就采用复合膜生物反应器(MBR)处理涤 纶碱减量废水的效能以及填料减轻膜污染的问题进 行了探讨,试图使得整个处理系统在取得高质量出 水的同时最大程度地缓解膜的污染状况,延长膜的 工作周期. 1实验 1.1实验装置 实验装置见图1.为了探讨和评价柔性多孔填 — 36一 l一潜水泵;2一溢流槽;3一膜组件;4一曝气头;5一压力 计;6一时间控制器;7一抽吸泵;8一流量计 图1实验装置和工艺流程 料对膜生物反应器所起的作用.笔者采用了对比实 验方法.安装两个平行的反应池.在其中A池内放 置柔性多孔颗粒填料.为使实验结果具有可比性,两 个反应器的运行条件完全一致.采用人工配水,通过 潜水泵将原水提升至高位水槽,膜生物反应器的液 位通过高位水槽的溢流孔来控制.随出水流量的变 化同步保持出水流量和进水流量的平衡.A,B两反 应器有效体积均l0L.采用砂头曝气头曝气.曝气 工业水处理2006—03,26(3)孙选举,等:复合式MBR处理涤纶碱减量 废水的试验研究 量由空气流量计调节,控制在0.7,0.9mh.膜组件 的形式为中空纤维膜.膜材质为聚丙烯,膜孔径 0.10.2m,膜面积0.4m2.颗粒填料采用柔性聚亚 胺酯多孔载体.其特性:形状为边长10mm的正方 型,孔隙率90%,平均孔径1.25mm.密度30kg/m. 1.2实验启动 接种污泥来自上海市天山污水厂的二沉池.曝 气池开始进水时,以葡萄糖配水为主,添加少量碱减 量实际废水进行驯化,以后逐渐增大实际废水的浓 度.运行20d后,COD去除率达到78.1%,说明驯化 完成.然后在曝气池内放置膜组件和柔性聚亚胺酯 多孔载体,实验装置开始正式运行. 实验条件:使用恒流泵控制膜通量为20mL/min. HRT为2.88h,同时用汞柱压力计记录压力变化,抽 吸泵抽10min,停3min.通过改变进水的COD质量 浓度(由低向高调节).考察膜生物反应器的去除效 能.每两天测定进水,上清液和出水的COD.每天从 反应器中取200mL混合液,相当于SRT为50d.实 验期间MLSS的质量浓度为2000—18ooomg/L. 1_3实验用水 实验用水取自江苏盛泽翔龙印染有限公 司(见表1),根据实验需要将废水稀释.同时按 m(COD):m(N):m(P)=100:1:0.2的比例加入尿素 和磷酸二氢钾作为氮源和磷源. 表1实验用水水质指标及方法 2结果与分析 2.1COD去除效果及分析 实验共运行61d.A池和B池在运行期间的总 COD去除率见图2.COD生物去除率见图3.A膜和 B膜自身的COD去除效果见图4.在HRT不变的条 图2复合MBR在运行期间的COD总去除率 图3复合MBR在运行期间的COD生物去除率 图4复合MBR在运行期间膜自身的COD去除效果 件下.随进水COD质量浓度的增加.上清液与出水 的COD质量浓度均有所增加.从图2可以看出,A, B反应器均一直维持很好的COD去除率.大都在 95%以上.在系统运行过程中两次增加进水COD质 量浓度,分别是:第20天,从897.5mg/L增加到 1220.7mg/L.然后保持COD在12oo,1300mg/L之 间,运行20d;第40天从1286.2mg/L增加到 1566.7mg/L.然后保持COD在1500—1600mg/L 之间,运行20d.这两次负荷波动造成A池和B池 的总体处理效率均小幅度下降.但仍然在91%以 上.而且2,3d后即恢复到95%以上,这是由于较 高的MLSS和膜自身截留作用的增强.同时在有机 负荷变动时两池的COD生物去除率下降较多,A池 分别从92.1%.89.4%降到83.5%,81.3%,B池分别 从93%.87.5%降到81.4%,82.3%.可以看出第2次 的降幅要比第一次的小,这是由于MISS的增大,F/M 变小.负荷冲击对微生物的影响变小.但从图3可以 看出.两池的COD生物去除率的下降也是显着的, 从第2天的94%,95%到第60天的82%,83%.这 是由于随污泥浓度的增大.进水中的有机物不足以 维持反应器中污泥微生物的生长需要,食物缺乏导 致大量微生物死亡.死亡细胞不能完全降解,产生大 量的不可生物降解的残留物,使得上清液COD(将 污泥混合液用滤纸过滤后测得的COD)偏高. 膜出水的水质要好于反应器上清液的水质,这 _.37一 瓣8u 试验研究工业水处理2006—03.26(3) 充分体现了膜组件在此工艺中所起的优良的截留作 用.另外,随着运行时间的延长,在膜表面逐渐形成 的凝胶层也起到了很好的截留作用,它可以截留水 中可溶性大分子物质.所以膜出水水质较稳定[5). 从图3可以看出,A池的COD生物去除率大多 情况下要略高于B池.笔者认为,这是由于A池多 孔填料的加入实现了部分微生物固定化.并在填料 内部形成缺氧微环境.从而提高了碱减量废水中低 聚物的去除率. 2.2柔性多孔填料对减少膜污染的贡献 通过对固定通量下透膜压差的变化来间接反映 膜污染状况.图5为A,B两反应器透膜压差随运行 时间的变化情况.图6为该系统运行到第45天时, 两膜外表面的电子扫描电镜图.从图5可以看出:在 运行的前10d,A,B两膜的透膜压差差别不大.这是 由于新膜开始运行,造成水流过膜阻力增大的生物 膜,沉积层[6)还没有在膜表面形成.填料冲刷膜表面 的作用没有表现出来.从第12天开始,B膜的透膜 压差迅速增长,平均每天涨幅达到0.63kPa.而A膜 的透膜压差增长缓慢,平均每天涨幅只有0.14kPa. 运行天数l/d 图5复合膜生物反应器在运行期间的 透膜压差的变化 图6污染膜外表面扫描电镜图 图6显示沉积层已经在A,B两膜表面形成.但 — 38一 A膜表面上的沉积层覆盖率以及沉积的厚度都要比 B膜小.这是由于A池中的柔性多孔颗粒填料可以 提高流体对膜表面的冲刷作用.减缓膜表面沉积层 的形成.同时,填料的加入使A,B两反应池的污泥 粒径差别明显.两次测试显示,A池污泥平均粒径要 比B池大150m以上.笔者认为,污泥粒径对沉积 层的形成以及其性质有一定影响.具体关系有待进 一 步研究. 3结论 (1)采用复合MBR工艺处理碱减量废水.系 统的COD总去除率稳定在95%左右.系统出水 COD为26.6—68.03mg/L,处理效果明显.系统抗负 荷冲击能力强,每次受到负荷冲击,系统COD的去 除率下降幅度很小,3—4d就能迅速恢复正常.膜组 件及在其表面形成的凝胶层起到了很好的截留作 用,保证系统稳定出水. (2)多孔填料的加入实现了部分微生物固定化. 并在填料内部形成缺氧微环境.提高了碱减量废水 中低聚物的去除率.使复合MBR的COD生物去除 效果略高于普通MBR. (3)柔性多孔填料对减轻膜污染的贡献明显,可 以大大提高膜的工作周期.一方面,可以提高对膜表 面的冲刷,减少膜表面的沉积层;另一方面,使污泥 粒径明显大于普通MBR,从而对沉积层的形成及其 性质造成影响. [参考文献] [1]郭茂新,周惠华.碱减量废水处理技术试验研究[J].工业用水与 废水,2000,3l(2):23—25. [2]崔学刚,程焕龙,张莲新,等.膜生物反应器处理化工废水[J].中 国给水排水.2002,l8(10):73—74. [3]常颖,王宝贞.高欣.复合式膜生物反应器的小区污水回用试验 研究[J].哈尔滨工业大学.2003.35(2):153—156. [4]张颖,任南琪,王爱杰.等.一体式膜生物反应器处理蛋白类废水 研究[J].化学工程,2002,30(1):42—44. [5]MagaraY,ItohM.Theeffectofoperationalfactorsonsolid/liquid separationbyultra-membranefiltrationinabiologicaldenitrifica tionsystemforcollectedhumanexcretatreatmentplants[J].Wat.Sci. Tech.,1991,23(7—9):l583—1590. [6]封莉,张立秋,马放,等.膜堵塞机理研究与膜阻力测定[J].环境 工程.2oo2.20(3):75—78. [作者简介]~(1980--),在读硕士研究生.E-mail:xjsun@mail. dhu.edu.cn,电话:021—62379019. [收稿日期】2005—10—16(修改稿)