膜生物反應(yīng)器混合液特性對(duì)膜污染的影響.pdf

1、在膜法水處理工藝中，膜生物反應(yīng)器(MBR)技術(shù)是實(shí)現(xiàn)廢水處理和污水再生回用的一項(xiàng)極具創(chuàng)新和競(jìng)爭(zhēng)力的新工藝。MBR是生物處理系統(tǒng)和膜組件組合而成的一種污水處理工藝，與傳統(tǒng)工藝相比具有明顯的優(yōu)勢(shì)。MBR工藝由于膜的截留作用，出水水質(zhì)優(yōu)良、有機(jī)物去除率高、高負(fù)荷率、污泥產(chǎn)率低、占地面積小。然而膜在分離過程中很容易受到污染，膜污染縮短了膜的使用壽命，降低了膜通量，提高了運(yùn)行費(fèi)用。因而膜污染是MBR工藝進(jìn)一步商業(yè)化推廣與發(fā)展應(yīng)用的最大障礙。

2、>　　 本研究重點(diǎn)考察了MBR內(nèi)污泥混合液性質(zhì)對(duì)膜污染的影響，該研究包括以下內(nèi)容：
　　 (1)研究了溶解性微生物產(chǎn)物(SMP)的累積行為及其對(duì)MBR操作運(yùn)行的影響。在90 d的實(shí)驗(yàn)過程中，對(duì)總有機(jī)碳(TOC)、分子量分布(MWDs)、比耗氧速率(SOUR)定期進(jìn)行了監(jiān)測(cè)，采用死端過濾實(shí)驗(yàn)用來檢測(cè)溶解性微生物代謝產(chǎn)物對(duì)膜污染的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：在運(yùn)行過程中，SMP濃度呈先下降后增長(zhǎng)的過程，而后有所下降并趨于穩(wěn)定；隨著實(shí)驗(yàn)運(yùn)行

3、，SMP中分子量大于10 kDa的濃度增加顯著，此部分SMP對(duì)污泥活性和膜污染影響較大，對(duì)MBR的出水水質(zhì)影響較小。
　　 (2)MBR污泥混合液中的微生物代謝產(chǎn)物，如胞外聚合物(EPS)、SMP對(duì)膜污染的影響進(jìn)行了監(jiān)測(cè)。在MBR運(yùn)行的不同階段，取污泥混合液進(jìn)行可濾性的測(cè)定。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：在MBR運(yùn)行過程中反應(yīng)器內(nèi)累積的微生物代謝產(chǎn)物(EPS與SMP）對(duì)污泥混合液的可濾性有負(fù)面的影響。SMP中相對(duì)分子量(MW)在3-10kDa的

4、有機(jī)物濃度直接影響膜孔堵塞阻力；膜在過濾過程中泥餅層的形成是膜污染的主要原因，污泥混合液中EPS含量和SMP中MW＞10 kDa的有機(jī)大分子對(duì)泥餅層阻力影響顯著。通過傅立葉轉(zhuǎn)換紅外光譜分析污染層中的EPS和SMP發(fā)現(xiàn)，EPS中蛋白質(zhì)、多聚糖、腐殖酸是膜污染的主要物質(zhì)，SMP中主要以多聚糖和腐殖酸為主。
　　 (3)在貧營(yíng)養(yǎng)條件下考察了污泥混合液中SMP對(duì)膜污染的影響。在16 d的運(yùn)行中，對(duì)混合液中SMP濃度及分子量分布(MWDs

5、)進(jìn)行了定期的監(jiān)測(cè)，采用死端過濾實(shí)驗(yàn)裝置用來檢測(cè)SMP對(duì)膜污染的影響，采用修正污染指數(shù)(MFI)表征SMP對(duì)膜表面形成凝膠層所造成的阻力。實(shí)驗(yàn)后期發(fā)現(xiàn)反應(yīng)器內(nèi)累積了高濃度的大分子SMP(MW＞10 kDa)，其產(chǎn)生與微生物的內(nèi)源呼吸過程有關(guān)。凝膠層的形成是膜通量下降的主要原因，SMP中大分子有機(jī)物濃度對(duì)MFI影響較大，MW＞10 kDa的有機(jī)物與MFI相關(guān)性顯著。
　　 (4)主要研究了曝氣強(qiáng)度對(duì)MBR膜污染的影響。2套MBRs

6、采用恒流出水模式連續(xù)運(yùn)行60 d，曝氣強(qiáng)度分別為500及100 L/h，應(yīng)用污泥混合液過濾實(shí)驗(yàn)裝置來檢測(cè)不同階段污泥混合液的可濾性。實(shí)驗(yàn)中對(duì)不同曝氣強(qiáng)度下的SMP濃度及分子質(zhì)量分布、顆粒粒徑分布、EPS含量進(jìn)行了測(cè)定。結(jié)果表明，過高的曝氣強(qiáng)度將惡化了污泥混合液的可濾性，增加了膜污染速率。進(jìn)一步研究表明，曝氣強(qiáng)度的增加導(dǎo)致了污泥混合液上清液中相對(duì)分子質(zhì)量大于10 kDa的SMP濃度的增加，此部分大分子有機(jī)物濃度直接影響了污泥混合液的可濾性

7、。過高的曝氣強(qiáng)度也導(dǎo)致了污泥絮體中1-10μm細(xì)小顆粒和EPS含量的增加。
　　 (5)主要考察了投加三氯化鐵對(duì)MBR膜污染減緩的影響。比較了復(fù)合式膜生物反應(yīng)器(HMBR)和傳統(tǒng)膜生物反應(yīng)器(CMBR)污泥混合液的可濾性。MFI和污泥絮體的Zeta電位用來確定三氯化鐵的最佳投加量。Fe(Ⅲ)提供的正電荷強(qiáng)化了污泥混合液中有機(jī)大分子和污泥絮體的電中和，當(dāng)Fe(Ⅲ)的投加量為1.2mmol/L時(shí)，延緩了膜污染的速率。穩(wěn)定階段的HMB

8、R膜污染速率大約是CMBR的40％。在三氯化鐵最佳投加量的條件下，F(xiàn)e(Ⅲ)通過混凝作用強(qiáng)化去除了上清液中MW＞10 kDa的SMP，此部分有機(jī)物的去除有助于提高污泥混合液的可濾性，同時(shí)減少了污泥混合液中1-10μm細(xì)小顆粒的數(shù)量。污泥絮體顆粒粒徑分布及EPS元素分析表明，F(xiàn)e(Ⅲ)與EPS中的負(fù)電官能團(tuán)相互作用，增大了污泥顆粒粒徑。通過與CMBR對(duì)比，對(duì)于HMBR污染膜經(jīng)過蒸餾水清洗，然后用EDTA溶液清洗膜通量恢復(fù)程度最高。