中国水务行业观察者!

 当前位置: 首页 > 膜技术 > 文章
微网膜生物反应器处理污水的中试研究
更新时间:2017-03-03 来源:《中国给水排水》 作者:李天玉,陈亦力,关晶,肖宏康,郭莎莎,李锁定,韩兴亮,王力

摘要:利用污泥混合液通过微网材料时在其表面形成的污泥絮体膜,实现无动力泥水分离,形成改良型微网膜生物反应器污水处理系统。将实验室优选出的耐污染性好、价格低廉的涤纶筛网应用于中试系统( 处理规模为50 m3 /d) ,以100 L /( m2·h) 恒通量运行10 个月的研究结果表明: 系统出水水质优良,稳定可靠,处理市政污水时可达到一级B 排放标准,其运行费用为0. 025元/m3,远低于其他同品质出水的膜过滤工艺; 涤纶筛网基材运行6 个月以上,在线清洗周期均大于12 h,离线清洗后可恢复至初始状态。该系统在保留MBR 优点的同时,还具有即时成膜即时清洗、通量大、费用低等特性,解决了MBR 曝气吹扫引起运行费用较高的问题,具有很好的经济效益和推广应用前景。

膜生物反应器( MBR) 具有处理效率高、出水水质优良、占地省、操作管理方便等优势,成为解决水污染和水资源短缺的最具竞争力的新兴技术之一。然而,高曝气吹扫过程导致MBR 运行费用较高,在一定程度上限制了MBR 的推广与应用。

近年来,研究者[1 ~ 3]在MBR 的基础上,利用较大孔径的廉价微网材料作为基材,以其过滤污泥混合液时形成的污泥絮体层来实现近似于微滤膜的过滤效果,这种形成的污泥絮体层可随时清洗更新,形成一种动态生物膜,该系统也称为微网膜生物反应器,它在保留MBR 技术优点的同时还具有通量大、费用低、抗污染能力强等突出优点。

但是微网膜生物反应器在应用过程中,存在微网材料易污堵、适宜材料难选择、膜层受污泥性能影响大、系统稳定性和自动化程度低等问题,导致该技术大多处于实验室研究阶段,很难放大到中试或在工程中长期应用。针对上述问题,通过大量试验研究,寻找出适宜于微网膜生物反应器放大应用的微网材料,在市政污水中试系统中稳定运行10 个月之久,并考察了清洗、稳定运行及能耗等关键问题和解决方法。

1 试验装置与方法

1. 1 实验室研究

分别采用涤纶筛网、不锈钢网、棉布、无纺布作为微网膜生物反应器的微网材料,在实验室制作成小型微网膜元件,考察四种材料用于微网膜生物反应器工艺的可行性。小型微网膜元件为圆柱状结构( 即在一个外径为20 mm 的塑料网管表面包裹一层微网材料,下端封死,上端开口) ,高为320 mm,有效面积为0. 04 m2。将微网膜元件置于装有泥水混合液的水箱( 200 mm × 500 mm × 900 mm) ,采用蠕动泵从元件的集水管中抽吸产水,运行时系统曝气量为10 m3 /( m2·h) ; 当通量衰减到较低的稳定平台后,将曝气量调整为200 m3 /( m2·h) 进行曝气清洗,然后进入下一周期运行,多次重复上述步骤,对比每个周期通量的变化情况。

泥水混合液取自北京市怀柔区某小型污水处理厂好氧池,污泥浓度为6 000 ~ 8 000 mg /L。

1. 2 中试研究

将优选出的筛网按照1. 1 节所述方法制成高为2. 5 m 的膜元件,每15 支膜元件排列成1个膜组件,由10 个膜组件组装成微网膜生物反应器进行中试研究。中试采用两套系统进行对比,如图1 和图2 所示。图1 为传统的MBR 工艺( 记作R1) ,其目的是模拟市政污水的稳定处理系统。由于进水中磷含量较低,在试验过程中加入2. 5 mg /L 的铁盐絮凝剂即可实现除磷; 在缺氧池中,通过反硝化实现脱氮,同时利用微生物吸附降解污水中的有机物。图2 为微网膜生物反应器工艺( 记作R2) ,即在A/O 工艺系统的好氧池中直接放入微网膜生物反应器,节省了传统MBR 的反应池工段,采用重力自流式出水。

微网膜生物反应器的膜面积为21 m2,初始以500 L /( m2·h) 通量运行挂膜,出水水质稳定后,以100 L /( m2·h) 恒通量运行。各组件内由重力流产生的滤液通过底部的水管汇到集水管中,由高低液位控制出水管阀门的开关。膜组件下部设有槽式曝气管路,曝气强度在正常运行时为5 ~ 10 m3 /( m2·h) ,在线清洗时为200 m3 /( m2·h) ,清洗时间为10min,每12 h 清洗1 次。膜组件污染严重( 6 ~ 7 个月) 时进行离线清洗,即在水力冲刷清洗后,采用500 ~ 3 000 mg /L 的次氯酸钠浸泡5 ~ 6 h。离线清洗后,将其放回好氧池中继续运行,观测长期运行时的清洗周期和水质稳定性等。中试装置的原水为怀柔区某小型污水处理厂的市政污水。微网膜生物反应器与MBR 工艺的运行参数如表1 所示。

1. 3 分析与表征方法

COD: 重铬酸钾法; BOD5: 五日生化法; SS: 膜过滤法; 氨氮: 纳氏比色法; 浊度: 哈希浊度仪; 污染前后和清洗后的涤纶筛网表面形貌: 场发射扫描电镜( SEM) 。

2 结果与讨论

2. 1 微网材料的选择

采用涤纶筛网、不锈钢网、棉布、无纺布等四种相同孔径( 均为50 μm 左右) 、不同材质的微网材料,在泥水混合液中进行多次快速污染试验,结果如图3 所示。当组件以500 L /( m2·h) 的恒定通量运行4min 后,四种微网材料出水浊度均达到5 NTU 以下,这是由于混合液通过微网材料进行泥水分离时,污泥被截留在微网材料表面,随着过滤的进行,污泥絮体层逐渐聚集加厚,过滤效果增强,出水水质逐渐变好, 10 min 之后出水浊度逐渐降低至1 NTU 以下,并在后续过滤过程中保持稳定。由图3 可知,相同孔径的四种微网材料的初始通量相当,随着泥水分离过程的持续进行,当出水浊度达到5 NTU 以下,即在微网材料的表面形成絮体层之后,四种材料的透水性能呈现出明显差别,通量由大到小的顺序为:

涤纶筛网≈不锈钢网> 棉布> 无纺布,尤其是经过多个污染衰减周期之后,该现象更加明显。由第10 周期和第11 周期的衰减曲线可以看出,棉布和无纺布的通量衰减明显,每周期的物理清洗后很难恢复,且观察到两种微网纹理中充塞部分污泥,难以被清洗,这主要与微网材料的编织方式和材质的亲疏水性有关,可见这两种材料的耐污染性较差,不宜长期反复使用。不锈钢网和涤纶筛网在运行10 个周期之后,出水浊度< 5 NTU,通量仍然很大,耐污染性优良。与不锈钢网相比,低廉的涤纶筛网更适于大规模推广应用。因此,选定涤纶筛网作为微网膜生物反应器的过滤材料,开展微网膜生物反应器的相关研究。

版权、出处:《中国给水排水》

水星会员 MORE > 
  • 永高股份有限公司

    永高股份有限公司创建于1993年,中国塑料加工工业协会塑料管道专业委员会永高股份有限公司创建于1993年,中国塑料加工工业协会塑料管道专业委员会理事长单位,是国内塑料管道行业为数不多的上市公司之一,股票代码:002641。公司建有国家级博士后科研工作站、国家级企业技术中心、国家火炬计划重点高新技术企业、省级重点企业研究院、省级技能大师工作室、市级创新团队等创新平台。公司秉承“质量第一,用户至上,诚信为本”的经营方针和“诚信、务实、高效、共赢”的经营理念。“公元”牌塑料管道、“ERA公元”商标获多项国家级、省级殊荣。目前,公司的产销量居全国塑料管道行业第二,出口居行业第一。
  • 江苏源清管业有限公司

    江苏源清管业有限公司是由淮安市国资委下属的淮安水利控股集团投资控股的国有企业。公司专门生产薄壁不锈钢承插式氩弧焊和双卡压式两种连接方式的管材、管件、不锈钢阀门等水暖配件。公司占地70亩,生产车间约20000平方,年产能30000吨。 公司自成立以来一直致力于不锈钢给排水管道的研发,生产,销售,安装及售后服务,且秉承“品质不锈,诚信为钢”的经营理念,产品广泛用于建筑给水、燃气、排水、直饮水、气体、消防、暖通、太阳能等工程。坚持“成己为人,成人达己”的经营理念,遵循“诚信经营、优质服务、团结进取、求实创新”的经营方针,以市场为导向,以经济效益为中心,努力提高经营管理水平,促进公司持续健康发展,切实保障客户、公司和员工的利益。
  • 深圳市昆特科技有限公司

    昆特科技是一家专注于自然风险服务的国家高新技术企业,总公司位于深圳南山区并配置有数据采集研究院(软件研发中心设立于成都高新区)具备独立自主的数据采集与遥感应用能力,拥有发明专利6项、软件著作权81项以及其他各类行业资质与硬件专利近百项,案例遍布于全国23个省市直辖市约1150个县/区,沉淀案例近万个。昆特科技致力于以“水、大气、土壤”为主要致灾因素的自然灾害、商业气象、生态环境、公共安全研究已14年历史。