平板膜生物反应器膜间距与曝气气泡形态对膜污染形成的影响_王栋

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1、第３４卷第６期膜科学与技术Ｖｏｌ．３４Ｎｏ．６２０１４年１２月ＭＥＭＢＲＡＮＥＳＣＩＥＮＣＥＡＮＤＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹＤｅｃ．２０１４平板膜生物反应器膜间距与曝气气泡形态对膜污染形成的影响王栋，冯超，陈亚中＊，朱昊，王琪，崔鹏（合肥工业大学化学工程学院，安徽省可控化学与材料化工重点实验室，合肥２３０００９）摘要：以平板膜生物反应器为研究对象，研究了不同膜间距（４．０ｍｍ，８．０ｍｍ，１２．０ｍｍ）和不同曝气管开孔直径（１．０ｍｍ，２．０ｍｍ，３．０ｍｍ）对膜污染的影响．同时建立了模拟膜生物反应器，采用摄像和图形

2、分析法观测了气泡在膜间的上升运动．结果表明在相同比曝气量下，膜间距为４．０ｍｍ时，膜污染程度最轻．摄像和图形分析结果表明膜间距为４．０ｍｍ时，气泡形状为球帽形，气泡扭曲变形程度最大，单个气泡冲刷面积最大，但气泡上升速度由于“壁效应”而明显减小．在不同曝气孔径下比较了膜阻力上升速率和活性污泥悬浮液中溶解氧的差异，曝气开孔直径为１．０ｍｍ时，膜阻力上升速率最小，活性污泥悬浮液中溶解氧浓度最大，曝气开孔直径为１．０ｍｍ的管状曝气器既能有效控制膜污染，又能给微生物提供较高的溶解氧，是较为理想的曝气器．关键词：平板膜生物

3、反应器；膜污染；膜间距；气泡形态；曝气孔径中图分类号：Ｘ７０３．１文献标志码：Ａ文章编号：１００７－８９２４（２０１４）０６－０１００－０６［６］膜生物反应器（ＭＢＲ）是膜分离与污水生物处要参数之一，膜间距一般为３．０～２０．０ｍｍ，过小理有机结合而产生的废水处理新工艺，其应用日趋膜间距会给膜片安装造成不便，并且容易堵塞，过大增多．膜污染是影响其大规模应用的重要瓶颈，膜污的膜间距会降低膜组件装填密度，降低曝气效率．［５］染会引起膜通量下降和操作费用升高，从而严重影Ｎｄｉｎｉｓａ等研究了曝气孔径为２．０ｍｍ时，膜

4、间距［１，２］响膜生物反应器废水处理技术的经济性．如何分别为７．０ｍｍ和１４．０ｍｍ时的膜污染情况，发现有效控制膜污染已成为膜生物技术推广使用的关膜间距为７．０ｍｍ时膜污染较小．气泡在膜间上升键．在ＭＢＲ运行中，曝气可以有效维持临界通运动的参数包括气泡形状，气泡速度，气泡面积等，［３］量，控制膜污染，但曝气能耗占据了大部分操作费研究气泡参数对探讨曝气对膜污染的影响有着非常用．因此，对曝气系统进行优化有着非常重要的意重要的意义，目前摄像法已广泛应用于气泡参数测［６］义．在浸没式膜生物反应器中，曝气一方面为微生物定

5、．Ｅｓｓｅｍｉａｎｉ等利用摄像法，对气泡在平板膜组提供新陈代谢必需的氧气，另一方面能对膜表面污件内上升时的气泡形状，气泡速度，气泡面积等参数［４］染物进行有效冲刷，减轻膜污染．在平板式膜生物进行了观测，发现气泡形状为帽状，气泡速度和气泡［７］反应器中，膜片安装于膜箱中形成膜组件，膜组件下面积在上升过程基本保持不变．Ｐｒｉｅｓｋｅ等利用方设有曝气系统．膜曝气系统一般采用大气泡曝气，摄像法对直径为３．５ｍｍ的单个气泡在膜间距为可以提高紊流，产生较大剪切力，能有效地控制膜５．０ｍｍ的平板膜组件中的运动轨迹进行测定，发

6、［５］污染．在平板式膜生物反应器设计中，膜间距是重现上升轨迹近似为直线．收稿日期：２０１４－０１－０９；修改稿收到日期：２０１４－０５－２０基金项目：安徽省高等学校自然科学研究项目（ＫＪ２０１２Ａ２４０）第一作者简介：王栋（１９８８－），男，安徽省安庆市人，硕士，从事膜生物反应器过程的膜污染及其控制研究．＊通讯作者，Ｅ－ｍａｉｌ：ｃｈｅｎｙａｚｈｏｎｇ＠ｈｆｕｔ．ｅｄｕ．ｃｎ第６期王栋等：平板膜生物反应器膜间距与曝气气泡形态对膜污染形成的影响·１０１·目前，对曝气的研究主要集中在曝气量优化方表１模拟污水组成［８

7、，９］面，膜间距和管式曝气器开孔直径对膜污染影Ｔａｂｌｅ１Ｔｈｅｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓｏｆｓｉｍｕｌａｔｅｄｗａｓｔｅｗａｔｅｒ响系统研究少见报道，本文深入研究了膜间距及管成分浓度／（ｍｇ·Ｌ－１）式曝气器开孔直径对膜污染的影响，并研究了管式葡萄糖５８５ＮＨ４Ｃｌ１６０曝气器开孔直径对污水中溶解氧浓度的影响．ＫＨ２ＰＯ４３０１材料与方法ＭｇＳＯ４·７Ｈ２Ｏ３２ＣａＣｌ２３．２５１．１实验装置１．２膜污染的测定实验装置如图１所示，浸没式膜生物反应器尺膜污染一般是用膜过滤过程中跨膜压差或膜阻寸为４００ｍｍ×３００ｍｍ

8、×６００ｍｍ，有效容积为力的变化来表征，而膜阻力上升速率更能动态反映６０．０Ｌ．实验采用上海斯纳普膜分离科技有限公司膜污染的变化情况［１０］．２，膜孔径０．１ＰＶＤＦ平板膜，膜面积０．１ｍμｍ．膜箱膜阻力的计算公式：采用有机玻璃材质自制，尺寸为２３０ｍｍ×ΔＰＲ＝（１）２５０ｍｍ×４８０ｍｍ．膜箱下设曝气箱，曝气箱高１００μＪ式中，Ｒ为膜过滤总阻力，ｍ－１；Ｊ为膜通量，ｍ３／ｍｍ，箱内