浸没式平板膜-生物反应器长期运行特性研究

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1、摘要摘要膜．生物反应器作为一种新型、高效的污水处理技术，具有诸多传统生物处理工艺所无法比拟的优点：出水水质好、污泥浓度高、可承受的有机负荷高、占地少等特点；因而在近年来，膜．生物反应器的应用越来越广泛。平板膜由于其通量高、抗污染能力强和水力学条件易于控制的优点，在国际膜．生物反应器领域中得到了较好的研究和应用。但是，我国的平板膜．生物反应器的研究明显滞后，且平板膜．生物反应器的应用比例远远小于中空纤维膜．生物反应器，而在国际的膜一生物反应器市场上，平板膜．生物反应器的应用比例达到了68％(截止至2006年)。因此，国内对平板膜．生物

2、反应器的研究必须迎头赶上，以平衡膜．生物反应器的发展与应用的需求。本论文主要借助于一套长期运行的中试规模的平板膜．生物反应器和几套小试膜．生物反应器，跟踪研究平板膜．生物反应器在处理典型城市生活污水的特性。主要研究了平板膜．生物反应器长期运行过程中膜过滤性能的变化、膜清洗效率及清洗方式的结合，研究了长期运行过程中的污染物去除效果、SND效果、化学除磷以及污泥产率系数，同时重点研究分析了污泥浓度、污泥性质以及污泥组分与膜污染以及对膜．生物反应器长期运行的特性影响，并分析总结了浸没式膜．生物反应器的膜污染机制和理论，旨在为平板膜．生物反

3、应器的应用提供一定的技术支撑。本论文引入了膜过滤性能这一综合评价参数，系统跟踪研究了浸没式膜．生物反应器在长期运行过程中膜过滤性能的变化，全面综合评价了平板膜在长期运行过程的过滤分离性能的变化。本研究中的中试平板膜．生物反应器在膜投入运行的第一年时间内，膜的净通量基本在20．0---25．0L／(m2h)之间变化(冬季运行的部分数据除外)，最高运行通量达到30．6L／(m2h)。在膜运行的第二年，虽然运行通量有些下降，但膜净通量的平均值能够维持在17．0L／(m2h)左右。从清洗周期来看，新膜在投入使用后的前期，清洗周期在3-4个月

4、，但是随着运行时间的延长，清洗周期降低为l~2个月。在线维护清洗在一定程度上能够恢复膜的过滤性能，但随着膜运行时间的延长，需要结合加强在线清洗手段来提高膜过滤性能的恢复率，在必要时需采用离线清洗手段。从平板膜．生物反应器长期运行污染物去除效果来摘要看，膜．生物反应器具有较强的抗冲击负荷的能力，无论进水COD如何波动，出水COD绝大部分在30mg／L以下，COD去除率维持在95％左右。出水氨氮的浓度与反应器中的DO浓度密切相关，反应器的DO浓度(降流区表面的DO浓度)只要大于O．3mg／L，出水的氨氮浓度一般都小于8mg／L。在高污泥

5、浓度运行条件下，系统具有良好的SND效果。在DO浓度为O．2~o．3mg／L之间，当进水的TN为39-70mg／L时，出水TN在13-19mg／L之间波动，TN的去除率在60--70％之间。通过对膜．生物反应器的化学除磷研究表明，适宜的聚合硫酸铁(PFS)投加量为14mg全铁／m．迸水)，在此投加剂量条件下，膜．生物反应器出水总磷在1．0mg／L之下，平均出水总磷小于O．5mg／L。污泥的动力学系数研究表明，该中试规模的膜．生物反应器在SRT10d、20d、30d和40d的表观污泥产率系数‰分别为0．247、0．151、0．128、

6、0．113kgMLVSS／kgCOD，中试膜．生物反应器污泥的净产率系数Y为0．402kgMLVSS／kgCOD，内源代谢系数Kd为0．068d～。污泥浓度影响到混合液的流变学性质，当污泥浓度在10g／L以下时，混合液属于牛顿流体；当污泥浓度大于10gL时，混合液属于触变形流体；污泥浓度同时影响到反应器中曝气传质特性，污泥浓度升高，曝气传氧速率下降，当污泥浓度从4．5g／L升高至21．5g／L时，传氧速率系数从o．565降低至0．155；污泥浓度同时影响到反应器循环流速，在相同的曝气条件下，污泥浓度越高，反应器的循环流速越小。对污泥

7、性质的研究表明，CST、SCOD、EPS、混合液中的多糖物质、混合液中的蛋白质、粘度和MLSS与膜污染具有正相关关系，温度与膜污染之间具有显著的负相关关系。EPS中的LB部分对膜污染的影响更大，EPS物质主要成分是糖类和蛋白质等物质。污泥性质同时影响到临界通量，CST或SCOD升高，则临界通量呈现下降的趋势。对运行通量的研究结果表明，较为适宜的运行通量值仅为临界通量值的56％。在不同SRT工况常稳定运行情况下对污泥三组分与膜污染之间的关系分析表明，不同泥龄下的微生物悬浮固体随着泥龄的增大所形成的膜污染阻力所占的百分比越大。在异常情况

8、下污泥三组分对膜污染的影响研究表明，在冬季极端气温条件、泡沫污泥以及在线化学清洗后的污泥三组分所形成的膜污染阻力大于或远大于正常稳定运行情况下污泥三组分所形成的膜阻力。在冬季极端气Ⅱ摘要温运行条件下，胶体物质、溶解性物质各自所形成的膜