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三维滤布自生动态膜 - 生物反应器运行特征 孙丰凯 张 建 张成禄 李 超 李 燕 陈素红 山东大学环境科学与工程学院, 济南 250100 摘要 选用三维滤布和单滑面无纺布两种基材构建自生动态膜-生物反应器, 考察两者对自生动态膜-生物反应器膜 污染的影响。 结果表明 出水水头 2 cm,MLSS 8～ 10 g L, 曝气量0. 2 m3 h条件下, 两反应器对有机物和氨氮的平均去除 率分别达到 90和 96, 稳定运行一段时间后, 膜通量分别降至31. 0和29. 6 L m2h 。 相对于单滑面无纺布, 三维滤 布膜阻力更小、污染程度更轻, 稳定运行时间更长。 关键词 动态膜-生物反应器;三维滤布; 无纺布;膜污染 THE CHARACTERISTICS OF THREE-DIMENSIONAL FILTER -CLOTH DYNAMIC MEMBRANE BIOREACTORS DMBRs Sun Fengkai Zhang Jian Zhang Chenglu Li Chao Li Yan Chen Suhong School of Environmental Science and Engineering, Shandong University , Jinan 250100, China Abstract Three -dimensional filter -cloth and nonwoven material were selected to build dynamic membrane bioreactors DMBR for wastewater treatment. The aim is to select a potential material to resistmembrane fouling. The ation and filtration capacity of the dynamic membrane and the perance of the D MBRs were investigated.The results showed that at the condition that the MLSS concentration ranged 8～ 10 g L, the effluent head dropwas 2 cm, aeration strengthwas0. 2 m3 h, both operated steadily for 10 d, and then the flux decreased to 31. 0 and 29. 6 L m2h, respectively . The dynamic membrane averagely removed 90 of COD and 96 of NH 4-N.Itwas found that the resistance of three -dimensional filter -clothwas little and it could work for longer time. Keywordsdynamic membrane bioreactors; three -dimensional filter cloth; nonwoven fabric; membrane fouling 0 引言 动态膜- 生物反应器膜基材造价低 ,具有高效的 固液分离效率, 出水水质优良, 能维持高浓度的微生 物量 ,使系统容积负荷提高、占地面积大幅缩小、剩余 污泥产量显著降低、 处理费用减少,易于自动控制,操 作管理方便 [ 1-2] 。目前动态膜 - 生物反应器的研发已 取得很大进展 ,逐渐成为我国污水资源化领域新的研 究热点 [ 3 -4] 。但膜污染问题严重, 致使反应器运行时间 极短,出水极不稳定,限制了动态膜 - 生物反应器的推 广使用 [ 5 -6] 。而基材的选择对于膜污染问题至关重要 。 本研究针对膜基材的选择 ,选取三维滤布和单滑面无 纺布作为膜基材构建自生动态膜 - 生物反应器, 探讨 了三维滤布自生动态膜-生物反应器运行特征。 1 材料与方法 1. 1 实验装置 不同动态膜基材的比较在实验室小试装置上进 行,设置2 个动态膜 - 生物反应器 ,实验装置如图 1 [ 5] 所示。反应器主体由有机玻璃加工而成, 反应器长、 宽、 高分别为 30, 25, 50 cm, 有效容积为140 L 。沿长 度方向用挡板将反应器分隔为面积相等两个区域 ,两 部分上下均相通 ,左侧设置微孔曝气头 , 起到向混合 液供氧和推动混合液在反应器内形成环流的作用 ,底 部安装反冲洗曝气装置。动态膜组件是由 PVC 板、 铁丝网和过滤材料 分别为三维滤布和单滑面无纺 布 自制而成的 ,类似于板式膜。每个反应器中装有 1 个膜组件 , 有效过滤面积为0. 125 m 2 。反应器出口 设置在反应器中部 ,与膜组件平齐, 利用反应器内水 面与出水管之间的高度差 Δh 自流出水 ; 反应器设有 液位控制仪, 以维持反应器出水流量与进水流量相 当,本研究中反应器最大出水水头为5 cm 。 1. 2 进水水质 采用人工配水模拟城市生活污水 ,以葡萄糖、尿 35 环 境 工 程 2009年 12 月第 27卷第 6 期 图 1 实验装置 素作为碳源和氮源, 投加碳酸氢钠 、 磷酸氢二钾、 磷酸 二氢钾 、氯 化钙、硫酸 镁等无 机盐和 微量元 素, 其中 ρ C ∶ ρ N ∶ ρ P 100∶ 5∶ 1。接种污泥取自济 南市水质净化二厂, 培养 1 个月后污泥性能达到稳 定, 活 性污泥 浓度 8 ～ 10 g L 左右 , SVI 为 85 2mL g ,MLVSS MLSS 维持 0. 7 左右。 以蠕动泵抽吸进水, 使反应器连续运行 ,出水水 头控制在5 cm以下, 曝气量为0. 2 m 3 h,定义膜通量在 30 L m 2h 以上为反应器正常运行。实验过程除每 天取适量混合液测定物质指标外, 未专门排泥 。 2 结果与讨论 2. 1 反应器运行效果 2. 1. 1 COD 去除效果 图2 为两动态膜 -生物反应器运行稳定后对 COD的去除效果情况。 两反应器由同一配水箱进 水,进水 COD 在200 mg L左右 ,两动态膜 -生物反应 器出水 COD 基本稳定在20 mg L左右, 去除率在 90 左右 ,以三维滤布为基材的动态膜 - 生物反应器效果 优于以无纺布为基材的反应器 。 图 2 动态膜生物反应器的 COD 去除效果 2. 1. 2 对氨氮的去除效果 图3 是两个反应器对氨氮的去除效果对比,二者 变化进水氨氮浓度维持在 55 5 mg L, 初期出水氨 氮浓度比较高 , 处理效果较差 ; 12 d后出水氨氮浓度 降到5 mg L左右, 最终可稳定在2 mg L左右, 去除率逐 渐升到 90. 0以上 , 最终去除率稳定在 96左右。 可能是运行初期污泥不太稳定 , 硝化细菌的数量不 足,随着时间的延长 , 动态膜对混合液活性污泥的良 好截留作用使得世代周期较长的硝化细菌在反应器 内得以大量繁殖 ,有效促进了反应器内硝化反应的快 速进行。 图 3 动态膜生物反应器的 NH 4-N 去除效果 2. 2 过滤性能 过滤实验结果如图 4所示, 三维滤布和无纺布作 为过滤材料时, 反应器都可以在较短的时间内形成动 态膜 浊度 5 NTU,时间 20 min ,同时膜通量达到 稳定平衡, 但是达到平衡时三维滤布作为滤布材料的 反应器通量明显大于无纺布反应器 。即不同膜组件 均可在很短的时间内形成稳定的生物动态膜 ,保证了 良好的过滤效果 ,相同情况下, 三维滤布膜组件膜通 量明显高于单滑面无纺布 ,通透性强 。新膜组件三维 滤布膜通量高出无纺布 16. 4, 清洗后膜通量高出 14. 2。由图 5 可以看出 ,清洗后无纺布反应器出水 浊度下降更快, 这是由于无纺布受污染后不易清洗, 残留污染物能截流一部分悬浮颗粒所致 。 图 4 反应器处理出水浊度的变化情况 2. 3 污染周期分析 分别将三维滤布与无纺布为动态膜基材的动态 膜- 生物反应器同时运行, 维持相同运行条件 污泥 浓度 90. 2 g L ,曝气量0. 2 m 3 h ,初始水头差2 cm, 反应器自动调节水面高度 水头 ≤5 cm , 连续运行。 自动态膜形成开始计时, 每12 h测定出水水头及膜通 36 环 境 工 程 2009年 12 月第 27卷第 6 期 图 5 反应器出水膜通量的变化情况 量,根据公式 J ΔP μ Rt 计算膜组件过滤阻力, 变化如 图6 。 第 10 天 , 单滑面无纺布膜组件出水通量降到 29. 58L m 2h ,认为膜组件已严重污染, 停止两个反 应器的运行。 整个过程中 ,两组件膜阻力均持上升趋势, 但无 纺布膜组件的过滤阻力明显大于三维滤布膜组件 ; 第 6 天二者阻力均突然增大, 这是由于进水泵出现故 障,出水水头降低, 同时引起悬浮固体大量附着和累 积。进水泵修复后反应器液面恢复 , 运行趋于稳定, 膜阻不变 。 图 6 膜组件过滤阻力变化情况 3 结论 1 以三维滤布和无纺布为基材的动态膜组件均 可在20 min内形成动态膜, 保证良好的过滤效果。同 等情况下三维滤布出水浊度下降快, 10 min即可以下 降到 5NTU, 并且保持相对较高的膜通量, 新膜组件三 维滤布膜通量高出无纺布 16. 4, 清洗后膜通量高 出14. 2。 2 MLSS 在 8～ 10 g L ,初始水头为2 cm, 曝气量为 0. 2 m 3 h时 ,以三维滤布和无纺布为基材的动态膜系 统可稳定运行 10 天 , 膜通量保持在30 L m 2h 以 上。两反应器对有机物和氨氮的平均去除率分别达 到90和 96 , 三维滤布自生动态膜 -生物反应器 处理效果优于单滑面无纺布自生动态膜 -生物反 应器 。 3 通过公式计算膜阻力 ,发现自生动态膜 - 生物 反应器在运行过程中可以分为三个阶段 形成期、稳 定发展期与堵塞期。并且在整个运行过程中 ,三维滤 布的膜阻力均比无纺布的小。 总之, 三维滤布作为自生膜 -生物反应器的基 材,处理出水水质好于无纺布作基材的自生动态膜 - 生物反应器 ,并且膜污染现象较轻, 稳定运行时间更 长,更适合作自生动态膜 - 生物反应器的基材 。 参考文献 [ 1] Marrot B, Barrios -Martinez A, Moulin P, et al. 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Environ Sci Tech, 2002, 36 5245 -5251. 作者通信处 张建 250100 济南市 山东大学环境科学与工程学院 2008- 12-30 收稿 黄河水电开发注重鱼类保护 为保护黄河上游鱼类资源 ,截至目前 ,黄河上游水电开发中建设的鱼类增殖放流站, 已实现年培育苗种 80 万尾 ,增殖放流 50 万尾以上 ,对补充和恢复天然水域鱼类资源发挥了重要作用 。 2007 年至今,黄河上游水电开发有限责任公司与青海省渔业环境监测站合作 ,开始了花斑裸鲤等黄河上 游土著鱼类的人工繁育试验研究工作,2009 年在苏只电站黄河鱼类增殖站进行了花斑裸鲤人工繁殖试验。通 过亲鱼培育、 人工药物催产、 采卵、授精 、 孵化等一系列人工繁殖工作, 获得受精卵 50 多万粒 ,首批成功孵化出 花斑裸鲤鱼苗 11万尾。 摘自中国环境报 37 环 境 工 程 2009年 12 月第 27卷第 6 期