何義亮 李春杰 吳志超 顧國維
(同濟大學環(huán)境科學與工程學院)

　　摘　要 采用板框式超濾膜組件構成的完全混合厭氧生物反應器對高濃度食品廢水進行處理，考察了處理效果以及截留分子量對膜通量和出水效果的影響。膜材質為聚醚砜(PES)，截留分子量為20 000～70000u。試驗結果表明，截留分子量不同的膜，通量衰減及清洗恢復也呈現不同的趨勢；對SS均能完全去除；對細菌的截留率均能達到99.9%以上；對COD、色度的去除有所差異，截留分子量愈小，去除率愈高，但差異不是很大。根據試驗提出了“并聯運行的平板膜組件中，通量最大的膜優(yōu)先衰減且衰減幅度最大”的觀點。?
　　關鍵詞 厭氧膜生物反應器 超濾膜 截留分子量 膜通量 處理效果

1 試驗工藝流程及主要設備?

　　試驗工藝流程見圖1。

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　　厭氧反應器總容積為500L，有效反應容積約400L。通過加熱及溫度控制裝置將溫度控制在35℃左右，通過pH值自動控制儀將pH值控制在6.8～7.2。膜組件為板框式超濾器，試驗裝填膜面積為0.32m²，共裝填8片膜，分別為PES200(2片)、PES300(2片)、PES500(2片)及PES700(2片)。PES為聚醚砜，200～700分別指膜的截留分子量為20000～70000u。膜組件運行方式為單段并聯運行，加壓泵功率0.75kW。
　　試驗現場為上海國福龍鳳食品有限公司，廢水主要來源為面粉壓濾出水、洗肉水、蔬菜汁、蔬菜清洗水、器具清洗水、洗地用水、洗米水等，有機物主要來自前三種水，試驗也主要取這三種水配制，COD在2000～15000mg/L。廢水經100目濾網過濾后作為厭氧超濾膜反應器的進水。
　　根據厭氧反應器的負荷及膜組件的水通量，處理水量按300～600L/d設計。

2 試驗結果與分析

2.1 截留分子量對膜水通量的影響
2.1.1 不同膜的初始水通量衰減情況
　　四種膜初始水通量的變化情況如圖2所示。試驗條件為操作壓力0.12MPa，膜面流速約0.88m/s，污泥濃度6000mg/L。?
　　由圖2可見，四種膜的初始水通量衰減基本在45min后趨于穩(wěn)定，其衰減率［定義為(初始水通量-穩(wěn)定水通量)/初始水通量］分別為PES200膜48.7%、PES300膜26.5%、PES500膜28.4%、PES700膜23.3%。相比而言，截留分子量最小的膜其初始水通量衰減率最大。

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2.1.2不同膜的長期水通量衰減情況?
　　圖3為厭氧膜生物反應器經三個多月的連續(xù)運行四種膜水通量的變化情況。平板膜組件每日水力清洗一次(清水泵循環(huán)清洗 30 min)，每10d左右化學清洗一次(用0.5%的NaOH溶液循環(huán)清洗1h)。試驗條件為操作壓力0.095MPa，膜面流速約0.88m/s，污泥濃度3000～6000mg/L。

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　　由圖3可見，膜截留分子量愈大，通量衰減幅度愈大，這與截留分子量對膜初始水通量的影響規(guī)律有所不同。?
　　值得注意的是，平板膜組件并聯運行的四種膜中截留分子量最大的PES700膜最先衰減，且衰減幅度最大，由水通量最大者變?yōu)樽钚≌?。當膜組件運行到110d時，將膜組件拆開進行清洗，發(fā)現膜組件流道內沉積著大量的污泥，其中PES700膜流道內沉積最為嚴重，用清水沖洗，污泥呈片狀脫落。?
　　拆除PES700膜后將PES200、PES300、PES500膜重新組裝，繼續(xù)并聯運行，其通量衰減情況如圖4所示。?
　　拆除PES700膜后，PES500膜成為并聯運行中截留分子量最大者，其初始水通量也最大。圖4的結果表明，PES500膜最先衰減，且衰減幅度最大。?
　　膜生物反應器中截留分子量對膜通量的影響規(guī)律與膜污染的機理有關。膜初始通量的衰減主要是由濃差極化所引起的早期通量下降。在同樣條件下，膜的截留分子量愈小，超濾時截留在膜面上的溶質愈多，濃差極化就愈嚴重，膜阻力愈大，從而水通量衰減率愈大。當膜長期運行時，膜通量的降低主要是由膜污染等引起的長期通量下降，此時膜的截留分子量愈大，通過的溶質愈多，其較大的膜孔徑便愈容易被活性污泥中相近尺度的物質所堵塞；同時由于截留分子量愈大膜通量愈大，料液向膜面的遷移速度也就愈大，因而污染物質在膜表面吸附沉積的機會也就愈多，通量衰減也就愈嚴重。

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　　平板膜組件在并聯運行時，如果各流道阻力相當，則料液進入后向各流道的分布也是均勻的。但若某一流道沉積嚴重，阻力增大，則料液分布便會傾向于其他流道，使該流道進料減少，流道膜面流速降低，沉積更為嚴重，并逐步失去錯流過濾的優(yōu)勢，成為“死濾”，通量也就大幅度降低，這樣便出現了圖3及圖4中截留分子量最大的PES700膜和PES500膜最先衰減且衰減幅度最大的結果。?
　　通過上述理論分析和試驗驗證，提出如下觀點：“并聯運行的平板膜組件中，水通量最大者優(yōu)先衰減且衰減幅度最大”。?
2.1.3 不同膜的化學清洗效果 ?
　　圖5為歷次化學清洗后膜清水通量恢復率［定義為(化學清洗后膜清水通量/膜初始清水通量)×100%。

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　　圖5的結果表明，四種膜化學清洗后的清水恢復率差異較大，PES200膜最高，在40%～50%左右；PES300膜和PES500膜相當，都在20%左右；而PES700膜最低，小于10%。說明膜截留分子量愈大，膜污染相對愈嚴重，化學清洗恢復率愈低。
　　總的來看，化學清洗后膜通量的恢復情況并不理想。分析原因，可能主要是因為膜組件流道內剪切率低(約500/s)，膜面固體顆粒沉積嚴重，而每日的水力清洗又未能完全消除這些沉積物，因而大大影響了化學清洗的效果。
2.2 截留分子量對膜出水效果的影響?
　　表1為厭氧超濾膜反應器不同截留分子量的PES膜去除COD、SS、色度(由于廢水中含有較濃的蔬菜汁，故色度較高，主要呈綠色或棕色)及細菌的情況。

　　由表1的結果可見，不同截留分子量的膜對SS均能完全去除；對細菌的截留率均能達到99.9%以上；對COD、色度的去除有所差異，截留分子量愈小，COD及色度去除率愈高，但差異不大。?
2.3 厭氧超濾膜反應器的設計?
　　上述試驗研究結果對于厭氧超濾膜反應器的設計和運行管理有著重要的指導意義。首先在膜截留分子量的選擇上，不必為追求較高的水通量單純選擇較大截留分子量的膜，而是根據具體的污泥濃度及污染物情況確定采用PES300膜?？紤]到平板膜組件流道內剪切率較低，同時也難以保證各流道通量均勻，因而在實際設計中建議采用管式膜組件，其流道內剪切率約5000/s，大大改善了膜面沉積清洗，同時在實際運行中加強了水力清況，以保證化學清洗的效果。

3 結論

　　①厭氧超濾膜反應器膜截留分子量對膜通量的變化有重要影響。膜初始通量衰減主要是由于濃差極化引起的早期通量下降。膜截留分子量愈小，通量衰減率愈大。膜長期運行的通量衰減主要是由于膜污染引起的長期通量下降。膜截留分子量愈大，通量衰減幅度愈大，化學清洗恢復率愈低。
　?、谕ㄟ^對平板膜組件不同截留分子量膜的水通量衰減規(guī)律研究，提出“并聯運行的平板膜組件中，水通量最大者優(yōu)先衰減且衰減幅度最大”的觀點。
　?、鄄煌亓舴肿恿康哪S均能完全去除；對細菌的截留率均能達到99.9%以上；對COD、色度等的去除有所差異，截留分子量愈小，去除率愈高。

參考文獻

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　　作者簡介：何義亮(1965- ) 男 河北陽原人 副教授 碩士 研究方向：污水處理?
　　通訊處：200092 同濟大學環(huán)境科學與工程學院
　　電　　話：(021)64920310 (0)1371619162?
　　(收稿日期 1999-03-10)