SMBR用于生活污水的处理及膜的清洗.pdf

SMBR 用于生活污水的处理及膜的清洗 ＊ 董黎静 上海大学环境科学与工程系, 上海 200072 徐高田 汤凡敏 上海市环境保护局, 上海 200050 摘要 循环活性污泥系统 Cyclic Activated Sludge System, CASS工艺与膜过滤技术组合为一体式膜生物反应 器 SubmergedMembrane Bioreactor, SMBR , 用于生活污水回用处理工艺。 对该工艺在不同的运行条件进行了研究, 结果表 明 水力停留时间 HRT 为 4 h, 溶解氧 DO 在 4 mg L 左右, 温度控制在 23～ 27 ℃, pH 在 6. 5～ 8. 0 的工艺运行条件是 比较经济高效的。 对实际生活污水的处理达到了较好的处理效果。 同时研究了膜的清洗, 确定了最佳的清洗方案。 关键词 一体式膜生物反应器 超滤膜 膜的清洗 ＊上海市科委科研计划项目 035211046 ; 上海市中新国际合作项目 042307013 0 引言 膜生物反应器是由膜分离技术和传统的活性污 泥法相结合的新型水处理技术。膜分离系统取代了 二沉池,使得整个反应器的体积缩小。膜的截留作用 使得反应器内的生物量提高 , 抗冲击负荷的能力加 强,并且把生长缓慢的硝化细菌截留在反应器内, 使 得氨氮达到较好的去除效果。 本研究选用循环活性污泥系统 CASS 与膜过滤 技术组合成的一体式膜生物反应器 SMBR 来处理生 活污水,确定了该SMBR的最佳运行工艺条件并考察 装置在此工艺条件下对实际生活污水的处理效果。 同时研究了膜的清洗 ,确定了最佳的清洗方案 。 1 实验部分 1. 1 实验内容 本实验采用正交实验, 因素为水力停留时间 HRT 、 曝气量 ,在温度为 23～ 27 ℃的条件下, 反应 器MLSS 在1 500～ 2 000 mg L, pH 在 6. 5 ～ 8. 0, 考察 指标为 CODCr和NH3- N 。确定的 3 个 HRT 依次为 8、 6、4 h, 曝气量依次为 0. 4、0. 56、0. 72、0. 88、0. 96、 1. 2 m 3 h。 完成此阶段的实验后对数据进行分析, 确 定最佳曝气量和 HRT 。再调整装置在最佳工艺条件 下处理实际生活污水 , 检测进出水水质变化 , 以 CODCr、 NH3- N、 pH 和浊度为主要参数, 考察其对实际 生活污水的处理效果 。实验最后还研究了膜的清洗, 确定了最佳的清洗方案。 1. 2 试验装置 试验装置见图 1。 本反应器的有效容积为 30 L, 设计水质采用 BOD5200 mg L ,CODCr450 mg L, 尺寸为长 宽 高 50 cm 20 cm 40 cm ; 在主反应区前部有一个生 物选择池, 尺寸为长 宽 高 10 cm 10 cm 40 cm; 污泥回流量为 20,前部生物选择池在三面距 池底5 cm处分别开孔 5 cm 2 cm , 设搅拌装置, 不曝 气; 后端主反应区采用穿孔管进行曝气。反应器按照 进水 曝气 -排水 同时进水 -进水 曝气 2 个阶段进 行,即连续进水 ,排水期间不曝气。膜组件采用中空 纤维超滤膜 ,放置在最低水位以下, 穿孔管以上,因为 曝气可以增加水的湍流度从而适当的减小膜的污染 情况 。出水泵和空气泵与自动控制箱连接,可通过调 节运行时间来实行周期的控制 。 1进水箱; 2溢流管; 3进水泵; 4搅拌器; 5污泥回流泵; 6膜组件; 7放空管; 8自控箱; 9空气流量计; 10空气泵; 11真空压力表; 12出水 冲洗 泵; 13出水箱。 图 1 膜生物反应器装置图 图 1 中中空纤维膜材质为聚偏氟乙烯 PVDF , 膜孔径为 0. 22 μ m , 膜表面积为 1 m 2 , 截留分子量为 10 万道尔顿 。 1. 3 实验配水 配制模拟污水的原料为蔗糖 、NH4Cl 、 Na2HPO4、 KH2PO4、 Na2CO3和牛肉膏 、蛋白胨, 营养比控制在 BOD5∶ N∶ P 100∶ 5∶ 1。配制废水的 CODCr在 353 ～ 800 mg L ,NH3-N 在16. 9～ 45 mg L 的范围内变化 。 31 环 境 工 程 2006年 10 月第 24卷第 5 期 2 结果和讨论 2. 1 对工艺条件的研究 2. 1. 1 CODCr的去除效果 不同 HRT 下 CODCr去除率随曝气量的变化见 图2 。 图 2 在不同HRT 下CODCr的去除率随曝气量的变化 由图 2 可以看出 ,整个反应器的处理情况还是很 稳定的,CODCr的去除率在 90以上, 在相同曝气量 的情况下, CODCr的去除和 HRT 的关系不是很大, 通 常情况下 HRT 时间越长 ,CODCr去除率越高, 但是实 验结果和这个结论有差距 ,因与反应器内的污泥状态 有很大的关系。在相同HRT 的情况下, 3条曲线呈现 相似的变化规律 ,都是随着曝气量的增加而增加, 但 是都存在一个转折点 ,过了这个点,CODCr的去除率呈 下降趋势 。由图2 可知在DO 为 4. 15mg L, 反应器对 CODCr去除效果最佳 ,但是随着曝气量的增加, 整个效 果呈下降趋势。因为此时 DO 早已满足反应器内微 生物的需要,曝气量过大势必增加了混合液的湍流程 度,造成了污泥絮体的破碎 ,使出水 CODCr有所增加, 而且也加重了膜的污染, 并增加了能耗 [ 1] 。 2. 1. 2 氨氮的处理效果 不同 HRT 氨氮去除率随曝气量的变化见图 3。 图 3 不同 HRT 氨氮去除率随曝气量的变化 氨氮的处理情况和 CODCr的情况相类似 ,可以明 显的看出溶解氧对氨氮去除率的影响要比 HRT 的影 响要大的多, 在曝气量 0. 4 m 3 h, 溶解氧在 2. 5 mg L 时整个系统的氨氮去除率只有 84左右, 但是随着 曝气量的增加去除率也随之提高 ,和 CODCr去除率的 变化情况类似, 存在一个转折点 ,在不同的 HRT 下有 最佳的去除率和最佳曝气量。因为曝气量增加,污泥 易打碎,这直接影响了硝化细菌处理的效果 。由图 3 可以确定, 在曝气量在 0. 88 m 3 h 的条件下出水效果 比较好。 2. 2 对实际生活污水的处理 经过了前一阶段的实验后 , 初步认为 HRT 为 4 h,曝气量在 0. 88 m 3 h 溶解氧为 4 mg L 左右 , 温 度控制在常温附近变动, pH 在 6. 5 ～ 8. 0 之间时, 系 统基本上能达到最佳的运行状态,在此工艺条件下对 实际生活污水的处理效果进行了试验 。实际生活污 水取自上海曲阳污水厂的污水 ,以 CODCr、 氨氮 、 浊度 为主要考察指标 。 2. 2. 1 CODCr的处理效果 生活污水 CODCr去除效果见图 4。 图 4 在选定的工艺条件下对 CODCr的去除率 从图 4 可以看出, 在 20 d 的实际运行中 , 进水的 CODCr在 270 ～ 400 mg L 之间变化, 但是出水稳定在 30 mg L,同时对上清液进行了测定 ,上清液基本稳定 在100～ 150 mg L 之间变化 ,反应器内的污泥混合液 基本稳定, 而且由于膜的截留作用, 当反应器负荷提 高时 ,也能使出水达到了很好的效果 。 2. 2. 2 氨氮的处理效果 生活污水中 NH3-N 去除效果见图 5。 图 5 在选定的工艺条件下对氨氮的处理效果 由图 5 可以看出 , 在系统对生活污水处理的前 1 周内 ,去除率最低已经达到 92, 但是氨氮的处理 很不稳定,1 周之后 ,待硝化菌完全适应后, 出水的氨 32 环 境 工 程 2006年 10 月第 24卷第 5 期 氮去除率基本保持在 95左右, 出水的氨氮 1 ～ 2 mg L之间变化, 处理效果较好。而且单从氨氮的去 除率来看 ,整个系统对实际生活污水的处理要远远优 于对模拟废水的处理 ,所以整个设计的系统是很适合 用于处理生活污水的 。 2. 2. 3 浊度的处理效果 进水浊度在 78. 7 度和 218 度之间变化时, 出水 的浊度没有很大变化 , 基本上都低于 1. 0 度, 浊度去 除率一直 99,远优于中水回用标准 CJ25. 1-89 。 2. 3 膜的清洗 膜组件在使用之前的初始膜通量为 245 mL min, 装置运行几个月后膜通量下降至 221 mL min, 而且发 现出水抽吸压力连续超过临界压力 ,此时考虑进行膜 的清洗 。停止运行装置, 取出污染后的膜组件 ,肉眼 可看到膜丝之间有明显的活性污泥附着现象 ,而且没 有污泥附着的膜丝颜色也有变深的现象 ,拨开膜丝观 察在膜丝密集的地方因为厌氧使膜丝变黑。 拟对污染膜采取如下步骤清洗 空曝气 、 出水反 冲洗 、 自来水冲洗、 氢氧化钠碱洗、硫酸酸洗和超声波 振荡等清洗方法 ,观察经过清洗后第1 个周期的膜出 水流量和抽吸压力变化情况, 比较各清洗方法对膜通 量的恢复作用, 并确定最佳的清洗方法 。见表 1。 表 1 各种方法清洗后出水流量恢复值 清洗方法出水流量 mLmin- 1流量恢复率 清洗前最后稳定通量222- 空曝气 12 h2248. 7 反冲洗 15 min22930. 4 自来水冲洗23347. 8 氢氧化钠浸泡 6 h23974 硫酸浸泡 12 h24182. 6 超声波清洗24287 综合运用上述各种清洗方法 , 膜通量逐渐恢复, 虽然最终未能恢复到原始的膜通量 ,但是总的恢复率 达到 87。可以清楚地看到采用空曝气、反冲洗和 自来水清洗的效果远远不及化学清洗 氢氧化钠、硫 酸清洗 和超声波清洗的效果好。因为前面 3 种清洗 方法只能去除膜表面沉积的滤饼层, 即膜的可逆污 染 [ 2] ,但是对于去除膜的不可逆污染, 化学清洗的效 果会更好一些 [ 3] 。从清洗后出水流量的恢复情况也 可以看出, 对于污染的膜 ,可逆污染所占的比例比不 可逆污染所占的比例要大的多 。 根据污染膜过滤阻力的分布情况,各种清洗方法 的清洗效果和实际操作问题, 最终决定对污染膜的清 洗采用空曝气 6h ※水反冲洗10～ 15 min ※碱洗或者 空曝气 6 h ※水反冲洗 10 ～ 15 min※超声波振荡清 洗。在实际运行当中应该按照实际情况定期进行空 曝气与反冲洗, 以减缓膜污染的进程 。 3 结论 通过正交实验, 采用 SMBR装置对实际生活污水 进行处理 , 以 CODCr和 NH3-N 为考察指标 , 研究了水 力停留时间 HRT 、溶解氧 DO 对污染物去除的影 响,选定合适的工艺运行条件为 HRT 4 h, 曝气量在 0. 88 m 3 h DO 保持在 4 mg L 左右 ,温度控制在 23～ 27 ℃变动, pH 在 6. 5～ 8. 0 之间 , 反应器内 MLSS 在 1 500～ 2 000 mg L的条件下, 系统基本上能达到最佳 的运行状态 。处理效果如下 1 进水 CODCr在 270 ～ 400 mg L 之间变化 ,出水 CODCr基本上在 30 mg L 左右变动。去除率一直保持 在90以上 。 2 进水氨氮浓度在 30 ～ 40 mg L 之间变化。出 水氨氮一直维持在 1～ 2 mg L,去除率在 92 以上。 3 进水浊度在 78. 7 ～ 218 度之间变化时 , 出水 的浊度没有很大变化 ,基本上都低于 1. 0 度。 同时对膜的清洗方法进行了研究 。最终决定对 污染膜的清洗采用空曝气 6 h ※水反冲洗 10 ～ 15 min※碱 洗或者 空曝气 6 h ※水反 冲洗 10 ～ 15 min※超声波振荡清洗 。在实际运行当中应该按 照实际情况定期进行空曝气与反冲洗,以减缓膜污染 的进程。 参考文献 [ 1] J. S. Kim, C. H. Lee and I. S . Chang. Effect of the pump shear on the perance of a crossflow membrane bioreactor, Wat. Res. , 2001, 35 2137 -2144. [ 2] 许坚, 许振良. 膜生物反应器污水处理过程中膜生物污染的研 究进展. 水处理技术, 2002, 6 3 125 -128. [ 3] In - Soung Chang, Su- Na Kim. Wastewater treatment using membrane filtration -effect of biosolids concentration on cake resistance. Process Biochemistry ,2005, 40 1307 -1314. 作者通讯处 董黎静 200072 上海延长路 149 号 上海大学西部公 寓 D1 208 室 E -mail yingying1717 163. com 2005- 10-12 收稿 33 环 境 工 程 2006年 10 月第 24卷第 5 期 Abstract Characteristics of anaerobic -aerobic biological filter AABFwere studied to treat municipal wastewater in a pilot scale experiment. The experimental results showed that AABF had high efficiencies to remove organic pollutants, such as CODCr, SS and NH 4-N in municipalwatewater. The removel rates of CODCr, SS and NH 4-N are over 90, 80 and 75 respectively, when influent CODCr, SS and NH 4-N are 234 mg L, 112mg L and 56 mg L, hydraulic retention time is 8 h, and aerated intensity is in the range of 0 . 5～ 0. 6 L m 2s . Keywords anaerobic -aerobic biological filter AABF, municipal wastewater and bio -film USINGCORRUGATEDUNDERFLOWWETLANDTOTREATLOWCONCENTRATION DOMESTIC WASTEWATERZeng Xiangying Zhang Beiping Sun Gaosheng 26 Abstract It was studied the removal effect of organisms, N and P in domestic wastewater by a corrugated underflow wetland subjected to different hydraulic loadings. The low, medium and high hydraulic loadings were 0. 2 m3 m2d, 0. 4 m3 m2d and 0. 8 m3 m2d respectively. The results showed that hydraulic loading had a certain effect on the removal rate of CODCrand TP, i. e. the removal rate was decreased with increase in hydraulic loading; it almost had no effect on the removal rate of NH3-N and TN. Keywords corrugated underflow wetland, domestic sewage and hydraulic loading THE FEASIBILITY STUDY OFELECTRO-COAGULATION FOR PRETREATING LEACHATEYang Jidong ZhaoYongsheng Zhao Xiaobo 29 Abstract A study of pretreatment of leachate by electro -coagulation was carried out. Using Fe anode and stainless steel cathode, electrode spacing was 1. 5 cm, current intensity was 50 mA cm2and electrolytic time was 90minutes without adding electrolyte. The removal rates of CODCrand NH 4reached 57. 6 and 40. 1 respectively, the BOD5 CODCrratio was improved from 0. 15 to 0. 32. So this reached a good pretreatment effect. Keywords leachate, pretreat, eletro -coagulation and biochemical degradability TREATMENT OF DOMESTIC WASTEWATER REUSE AND CLEANING OF MEMBRANT BY SMBRDong Lijing Xu Gaotian Tang Fanmin 31 Abstract CASS cyclic activated sludge systemprocess and membrane filtration were combined to be a SMBR submerged membrane bioreactor. The study was onfeasibility of this SMBR usedinreclamation of domesticwastewater. The fitting operation conditionwasdetermined as HRT4 h, dissolved oxygen DOabout 4 mg L, temperature was controlled at 23～ 27 ℃, pH6. 5～ 8. 0. Under the conditions, disposal impacts to actual domestic wastewater were studied. At the same time, the of the membrane cleaning was also studied. Keywords SMBR, ultrafiltration membrane and cleaning of membrane ANALYSIS OF PARAMETER OF PLASMA DESULFURIZING TECHNOLOGY Yi Chengwu Lu Congxiang Xu Wei et al 34 Abstract SO2is removed from the simulated gas streams using non -thermal plasma which can be ed by the strong ionization discharge of dielectric barrier. The influence of these factors on desulfurization rate was analyzed. The multiple linear regression model was founded and the significance level of these influence variableswas analyzed by the of simple regression orthogonal design, the quantitative rule of experiment target and single variable is concluded. it was also found out the condition association of the optimum experiment conditions by optimization of the model. Keywords non -thermal plasma, dielectric barrier discharge, simple regression orthogonal design and desulfurization DEDUSTING RE OF SINTERING MACHINE FOR CHUXIONG DESHENG IRON AND STEEL COMPANYYang Lifang Zhang Zhiling Xu Xiaojun 38 Abstract It is introduced some technical and design problems of three -electrodes electrostatic dust catchers, which have been used in the dust -removing of the end of 19 . 6 m2sintering machine used for Chuxiong Desheng Iron andSteel Company. By analysis and summarization of use effect, it is indicated that in the case of designing parameter is suitable, the effect of dust-removing of sintering smoke is better. These potential problems of experiences and operation also provide a reference for some plants that will design sintering machines. Keywords sintering, dust -removing, treatment of flue gas, electrostatic dust catcher, sintering flue gas, re of purifying systems, electrostatic dust catcher of three -electrode and running analysis OPTIMIZATION DESIGN OF COLLECTION OF ACID MIST FOR LONG PICKLING TANK Qi Meifu Liu Yamin 42 Abstract Blowing and absorbing hood is usually used for collecting acid mist in storage battery and short pickling tanks. The blowing and absorbing hood is used for a long pickling tank, whose length is more than 10 meters. The common design s for pickling tanks were analysed, and a long pickling tank 14 mwas designed. It is proved that the analysis and parameters are correct. Keywords long acid -washed flume, collection of acid mist, blowing absorbing hood and absorb breeze evenly 3 ENVIRONMENTAL ENGINEERING Vol. 24, No. 5,Oct. , 2006