一体式平片膜生物反应器处理抗生素废水研究

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1、一体式平片膜生物反应器处理抗生素废水研究　　　　　　相对于传统的污水处理方法，膜生物反应器（MBR）由于其诸多优势[1]而备受青睐。而与分置式膜生物反应器相比，一体式膜生物反应器又具有运行能耗低[2]、不因循环泵的剪切对污泥絮体产生不良影响[3]等优点。本文采用平片式膜生物反应器对抗生素废水进行了初步研究。1材料与方法1.1试验装置与流程　　一体式膜生物反应器试验装置与工艺流程如图1所示，该试验装置由生物反应器、一体式膜组件、膜抽吸系统及自动控制等系统组成，其中生物反应器为活性污泥鼓风曝气反应池，有效容积为47

2、L，反应器中间有一隔板，一侧放膜组件，组件下方设有穿孔管曝气，在供给微生物分解废水中有机物所需氧气的同时，在平片膜表面形成循环流速以减轻膜面污染。抽吸系统采用型号BT01－100兰格蠕动泵，对浸没于反应器的膜组件进行抽吸。自动控制部分采用时间控制器对抽吸泵及进水泵进行控制。一体式MBR中的处理水经蠕动泵抽吸进入净水池，净水池的水作为膜冲洗备用。1.2试验用水　　试验用水为上海某制药厂抗生素废水，稀释后的废水基本水质情况如表1，进水经100目筛网过滤后进入反应器。　表1实验用水水水质测试项目数据ρ（CODcr）/

3、（mg·L-1）2500～4000ρ（SS）/（mg·L-1）400～1000ρ（NH3-N）/（mg·L-1）3.5～7.4pH值6～8水温/℃9～151.3试验用膜　　试验用膜为平片膜，由中科院上海原子核研究所膜分离技术研究开发中心提供，膜组件自行研制，平片膜材质为PVDF（聚偏氟乙烯），截留分子量为14万，膜有效面积为0.05m2。1.4试验方法1.4.1水通量的测定　　水通量的测定由下式得出：　　　　　　　　Jθ=Vθ／(A×t)　　　　　　　　（1）　　式中：Jθ—θ℃下所测定的实际膜通量；　　　　　

4、Vθ—θ℃下在t时间内实际过滤液体积；　　　　　A—平片膜有效面积。　　在测定膜水通量时，为了便于比较试验的不同阶段水温所带来的差异，该试验将不同温度测得的数据换算成20℃下的通量值，换算公式为：　　J20—Jθ×（ηwθ/ηw20）　　　　　　　　（2）　　式中：J20—换算成20℃时的通量；　　　ηwθ—θ℃下纯水的粘度；　　　ηw20—20℃时纯水的粘度。　　注：下文中的通量J皆经上式转换为20℃下的通量值。1.4.2阻力分析方法　　膜污染可以分为物理污染、化学污染及生物污染，对于不同的反应器形式、生物的

5、不同生长阶段、不同的组件形式及不同的运行方式，占主导地位的污染形式不同。　　在本试验中，膜污染阻力可以分为三部分：一部分为膜固有的阻力（Rm）；一部分为泥饼阻力（Rc），包括浓差极化、膜表面的吸附及沉积等形成的阻力，可以采用水冲洗。海棉擦洗等方法将其除去；另一部分为膜孔的吸附及堵塞阻力（Rf），这部分阻力可以采用化学清洗等方法全部或部分去除。通过试验测定的有关通量数据，用RIS（resistance一in一series）阻力模型计算出各部分阻力及其所占比例。表达式如下：　　Rt＝△p／（μ1·J1）＝Rm＋Rc

6、＋Rf　　　（3）　　Rm＝△p/（μ0·J0）　　　　　　　　　　　（4）　　Rf＝△p／（μ0·J0）－Rm　　　　　　　　（5）　　Rc＝△p／（μ1·J1）－Rm－Rf　　　　　　　（6）　　式中：μ0—纯水在2O℃时的粘度（μ0=1.0050×10-3Pa·S）；　　　　　μ1—膜过滤液粘度。　　测定过程如下：　　①在不同的抽吸压力下，用新膜对纯水过滤，通过公式（4）计算出膜固有阻力；　　②用该膜对反应器混合液进行过滤，利用公式（3）可以得出运行过程中膜总阻力的瞬时值；　　③一定时间后，把膜组件从反应

7、器中取出，清水无压力清洗，并用柔软的海绵擦去膜面吸附物，然后对纯水过滤，由公式（5）得到膜孔吸附及堵塞阻力；　　④由公式（6）可得膜表面的泥饼阻力。2结果和讨论2.1处理效果　　用前述工艺流程和试验方法，使用该制药厂的废水处理站的污泥接种半个月后，直接把PVDF平片膜浸没于反应器中以4＋6的周期运行（4min抽吸6min停抽），反应器的运行参数列于表2。　表2膜生物反应器运行参数测试项目数据水温/℃15～20pH值6.0～7.6泥龄/d500水力停留时间/d1.5曝气量（m3·h-1）1.4　　从图2可以看出在

8、此运行过程中反应器中MLSS的质量浓度经过一段时间后基本维持在15g/L左右，出水CODcr去除率为86％。可见，水中悬浮和溶解的CODcr并没有在MBR中累积。但运行至1月中旬膜出水CODcr与上清液CODcr相比，并没有多大差别，由此可知，PVDF膜所起的作用主要是截留水中悬浮物，使MLSS维持在较高浓度，从而达到高效降解水中有机物的目的。2.2过滤过程中的阻力分析2.2.1膜固有