厌氧超滤膜反应器截留分子量研究.doc

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1、厌氧超滤膜反应器截留分子量研究摘要：采用板框式超滤膜组件构成的完全混合厌氧生物反应器对高浓度食品废水进行处理，考察了处理效果以及截留分子量对膜通量和出水效果的影响。膜材质为聚醚砜(PES)，截留分子量为20000～70000u。试验结果表明，截留分子量不同的膜，通量衰减及清洗恢复也呈现不同的趋势；对SS均能完全去除；对细菌的截留率均能达到99.9%以上；对COD、色度的去除有所差异，截留分子量愈小，去除率愈高，但差异不是很大。根据试验提出了“并联运行的平板膜组件中，通量最大的膜优先衰减且衰减幅度最大”的观点。

2、关键词：厌氧膜生物反应器超滤膜截留分子量膜通量处理效果1试验工艺流程及主要设备　　试验工艺流程见图1。　　厌氧反应器总容积为500L，有效反应容积约400L。通过加热及温度控制装置将温度控制在35℃左右，通过pH值自动控制仪将pH值控制在6.8～7.2。膜组件为板框式超滤器，试验装填膜面积为0.32m2，共装填8片膜，分别为PES200(2片)、PES300(2片)、PES500(2片)及PES700(2片)。PES为聚醚砜，200～700分别指膜的截留分子量为20000～70000u。膜组件运行方式为单

3、段并联运行，加压泵功率0.75kW。　　试验现场为上海国福龙凤食品有限公司，废水主要来源为面粉压滤出水、洗肉水、蔬菜汁、蔬菜清洗水、器具清洗水、洗地用水、洗米水等，有机物主要来自前三种水，试验也主要取这三种水配制，COD在2000～15000mg/L。废水经100目滤网过滤后作为厌氧超滤膜反应器的进水。　　根据厌氧反应器的负荷及膜组件的水通量，处理水量按300～600L/d设计。2试验结果与分析2.1截留分子量对膜水通量的影响2.1.1不同膜的初始水通量衰减情况　　四种膜初始水通量的变化情况如图2所示。试验条

4、件为操作压力0.12MPa，膜面流速约0.88m/s，污泥浓度6000mg/L。　　由图2可见，四种膜的初始水通量衰减基本在45min后趋于稳定，其衰减率［定义为(初始水通量-稳定水通量)/初始水通量］分别为PES200膜48.7%、PES300膜26.5%、PES500膜28.4%、PES700膜23.3%。相比而言，截留分子量最小的膜其初始水通量衰减率最大。52.1.2不同膜的长期水通量衰减情况　　图3为厌氧膜生物反应器经三个多月的连续运行四种膜水通量的变化情况。平板膜组件每日水力清洗一次(清水泵循

5、环清洗30min)，每10d左右化学清洗一次(用0.5%的NaOH溶液循环清洗1h)。试验条件为操作压力0.095MPa，膜面流速约0.88m/s，污泥浓度3000～6000mg/L。　　由图3可见，膜截留分子量愈大，通量衰减幅度愈大，这与截留分子量对膜初始水通量的影响规律有所不同。　　值得注意的是，平板膜组件并联运行的四种膜中截留分子量最大的PES700膜最先衰减，且衰减幅度最大，由水通量最大者变为最小者。当膜组件运行到110d时，将膜组件拆开进行清洗，发现膜组件流道内沉积着大量的污泥，其中PES700

6、膜流道内沉积最为严重，用清水冲洗，污泥呈片状脱落。　　拆除PES700膜后将PES200、PES300、PES500膜重新组装，继续并联运行，其通量衰减情况如图4所示。　　拆除PES700膜后，PES500膜成为并联运行中截留分子量最大者，其初始水通量也最大。图4的结果表明，PES500膜最先衰减，且衰减幅度最大。　　膜生物反应器中截留分子量对膜通量的影响规律与膜污染的机理有关。膜初始通量的衰减主要是由浓差极化所引起的早期通量下降。在同样条件下，膜的截留分子量愈小，超滤时截留在膜面上的溶质愈多，浓差极化

7、就愈严重，膜阻力愈大，从而水通量衰减率愈大。当膜长期运行时，膜通量的降低主要是由膜污染等引起的长期通量下降，此时膜的截留分子量愈大，通过的溶质愈多，其较大的膜孔径便愈容易被活性污泥中相近尺度的物质所堵塞；同时由于截留分子量愈大膜通量愈大，料液向膜面的迁移速度也就愈大，因而污染物质在膜表面吸附沉积的机会也就愈多，通量衰减也就愈严重。　　平板膜组件在并联运行时，如果各流道阻力相当，则料液进入后向各流道的分布也是均匀的。但若某一流道沉积严重，阻力增大，则料液分布便会倾向于其他流道，使该流道进料减少，流道膜面流速降

8、低，沉积更为严重，并逐步失去错流过滤的优势，成为“死滤”，通量也就大幅度降低，这样便出现了图3及图4中截留分子量最大的PES700膜和PES500膜最先衰减且衰减幅度最大的结果。　　通过上述理论分析和试验验证，提出如下观点：“并联运行的平板膜组件中，水通量最大者优先衰减且衰减幅度最大”。2.1.3不同膜的化学清洗效果　　图5为历次化学清洗后膜清水通量恢复率［定义为(化学清洗后膜清水通量/膜初始