王亞娥¹， 歐陽銘¹， 朱聯(lián)錫²
（1.蘭州鐵道學(xué)院 環(huán)境工程系， 甘肅 蘭州 730070 ；2.四川聯(lián)合大學(xué) 環(huán)境科學(xué)及工程系， 四川 成 都 610065）

　　摘　要：針對PAN/PS共混超濾膜組件與活性污泥法組合的污水回用處理工藝，分析了影響超濾膜過濾水通量和過濾阻力的主要因素，并建立了相應(yīng)的經(jīng)驗計算式，從而為該系統(tǒng)的工藝設(shè)計及科學(xué)化管理提供了參考依據(jù)。
　　關(guān)鍵詞： 超濾膜；過濾通量；膜污染；過濾阻力
　　中圖分類號： X703
　　文獻(xiàn)標(biāo)識碼： C
　　文章編號： 1000-4602(2000)02-0055-03

　　膜—生物反應(yīng)器(簡稱UBIS)是以超濾膜過濾代替?zhèn)鹘y(tǒng)活性污泥系統(tǒng)的二沉池，起到泥水分離和加強系統(tǒng)處理功能的作用。該系統(tǒng)在某些污水處理領(lǐng)域，特別是中水回用處理中的優(yōu)越性已被大量的研究成果所證實，但系統(tǒng)在運行過程中，由于膜污染而引起的過濾阻力不斷增加，膜過濾通量嚴(yán)重衰減的問題，仍是影響該項技術(shù)推廣應(yīng)用的關(guān)鍵所在。在UBIS中，作為曝氣池混合液中的污泥濃度(MLSS)和殘存的有機物濃度(COD)，不僅是影響曝氣池處理效果的重要因素，而且還是影響膜過濾性能的主要因素。

1 試驗裝置與方法

1.1 試驗裝置與流程

　　試驗裝置如圖1所示。

　　整個系統(tǒng)由生物反應(yīng)器和膜組件兩部分組成：生物反應(yīng)器為完全混合式曝氣池，微型氣泵鼓風(fēng)充氧，反應(yīng)器的有效容積為10 L；膜組件為外壓管式超濾膜組件，采用PAN/PS超濾膜，膜組件有效長度為1000mm，膜面積為0.0173m²，流道高度為0.2mm。
1.2 試驗水質(zhì)
　?試驗用原水取自蘭州鐵道學(xué)院22^#家屬樓污水排放口,經(jīng)簡單粗濾、沉淀后作為曝氣池進水,其水質(zhì)見表1。

表1　　原水水質(zhì) 參數(shù) 最大值 最小值 COD（mg/L) 409 223 SS 151 68 pH 7.6 6.1

1.3 主要分析項目和方法
　　出水COD用重鉻酸鉀法測定；MLSS用過濾烘干稱重法；COD_BR為活性污泥混合液用濾紙過濾后液體的COD值，用該指標(biāo)近似表示混合液中有機物的濃度，其測定方法仍為重鉻酸鉀法。?
1.4 試驗方法
　　試驗用活性污泥取自蘭煉污水廠生活污水處理系統(tǒng)，經(jīng)一定時間的靜態(tài)培養(yǎng)作為試驗用污泥?；钚晕勰嗷旌弦旱臏囟扔美鋮s裝置來控制。每組試驗結(jié)束后，拆除裝置，用自來水清洗膜表面，再用0.1%NaOH浸泡一定時間，以消除膜污染的影響。試驗中控制膜過濾壓力為0.12MPa，膜面流速3.8m/s，曝氣池水溫25℃，通過改變生物反應(yīng)器中MLSS的濃度和污泥負(fù)荷,來實現(xiàn)生物反應(yīng)器中COD_BR的改變，從而考察COD_BR及MLSS對膜過濾通量(J_v)的影響。試驗數(shù)據(jù)均以系統(tǒng)運行到穩(wěn)態(tài)時的記錄數(shù)據(jù)為準(zhǔn)。?

2 試驗結(jié)果與分析　

　　試驗共作了8組，結(jié)果見表2。

表2 COD_BR對Jv影響試驗條件及結(jié)果 序號 COD_進水
(mg/L) 生物反應(yīng)器MLSS
(g/L) 污泥負(fù)荷Ns
[COD計，kg(kg.d)] HRT
(h) COD_BR
（mg/L) 過濾通量Jv
[L/(m2.h)] COD_出水
(mg/L) 1 273 6.2 0.28 3.7 158 37 17.5 2 291 6.7 0.25 4.2 157 33 15.1 3 242 4.9 0.33 3.5 147 39 18.4 4 192 3.6 0.39 3.2 121 42 17.8 5 326 7.1 0.26 4.2 33 42 20.1 6 256 5.2 0.32 3.6 136 38 22.5 7 320 9 0.18 4.6 203 30 37.5 8 240 4.6 0.36 3.4 140 40 19.8 平均值 267.5 5.9 0.3 3.8 153 36.5 21

　　對表2中的數(shù)據(jù)，以J_v為橫坐標(biāo)，分別以COD_BR和MLSS值作為縱坐標(biāo)，在雙對數(shù)坐標(biāo)下作圖，經(jīng)計算得到：
　　MLSS與J_v關(guān)系
　　lgJ_v=1.85252-0.38726lgMLSS　　　　　(1)
　　相關(guān)系數(shù)：r=-0.9702
　　CODBR與JV關(guān)系
　　lgJ_v=3.06085-0.6886lgCOD_BR　　　　　(2)
　　相關(guān)系數(shù)：r=-0.914009
　　由式(1)、(2)可得：
　　Jv=71.2MLSS^-6.00　　　　　　　　　　(3)
　　Jv=1150COD_BR^0.60　　　　　　　　　　(4)
　　對于運行過程中的污泥濃度MLSS和CODBR的值作線性回歸。得到如下方程：
　　COD_BR=71.56+13.77MLSS 　　　　　　　(5)
　　相關(guān)系數(shù)：r=0.9632
　　為了綜合考察活性污泥混合液的MLSS和COD_BR對膜過濾通量的影響，先將污泥濃度的平均值MLSS=5.9g/L代入式（5），求出對應(yīng)的COD_BR值，并記作COD_BR=153g/L，并以此作為MLSS和CODBR代入式(3)、(4)中，確定對應(yīng)的膜通量值，以此作為相應(yīng)各因素的過濾通量標(biāo)準(zhǔn)值，同時定義實際過濾通量與標(biāo)準(zhǔn)過濾通量的比值為相應(yīng)因子的過濾通量相關(guān)數(shù)，分別記作A₁與A₂，所以有：
　　A₁=Jv/Jv（MLSS）=71MLSS^-0.39/（71×5.9^-0.39）
　　A₁=（MLSS/5.9）^-0.39 （6）
　　同理：A₂=（COD_BR/153）^-0.69 （7）
　　另外，由于膜組件操作條件及水溫一定的情況下，Jv與MLSS及COD_BR有關(guān)，所以進一步假定：
　　Jv=M（A₁A₂） （8）
　　為了求取式（8）中的M值，將表2中有關(guān)數(shù)據(jù)2有關(guān)數(shù)據(jù)代入式（6）、（7）、（8），結(jié)果見表3。

表3 數(shù)據(jù)處理結(jié)果 序號 A1 A2 A1A2 Jv M 1 0.981 0.978 0.959 37 35.58 2 0.930 0.961 0.894 33 36.89 3 1.075 1.028 1.105 39 35.28 4 1.212 1.176 1.426 42 29.46 5 0.952 0.982 0.935 33 35.29 6 1.050 1.085 1.139 38 33.36 7 0.848 0.823 0.695 30 42.99 8 1.102 10.63 1.171 10 34.16

　　將表3中A₁A₂與M兩組數(shù)據(jù)進行回歸得：
　　lgM=1.55811-0.503625lg(A₁A₂)
　　相關(guān)系數(shù)：r=-0.9543
　　M=36.15（A1A2）^-0.5 （9）
　　將式（9）代入式（8）得：
　　Jv=36.15(A₁A₂)^0.5 （10）
　　將式（6）、(7)代入式（10）得：
　　Jv=289.83MLSS^-0.195CODBR^-0.345 (11)
　　又由超濾基本方程式可知：
　　Jv=△P/μwR總 （12）
　　式中 Jv——膜滲透通量，m³(m².s)
　　　　△P—膜兩側(cè)壓差，Pa
　　　　μw—濾液的粘度，Pa.s
　　　　R總—膜過濾總阻力（包括膜本身阻力及污染層的阻力），L/m
　　聯(lián)立式（11）、（12），并將操作溫度T=25℃時的μ、w代入得：
　　R_總=1.396×10⁷△P.MLSS^0.195.CODBR^0.345 （13）
　　式中 R_總——膜過濾總阻力（包括膜本身阻力及污染層的阻力），L/m
　　　　 △P——膜兩側(cè)壓差，Pa
　　　　MLSS——生物反應(yīng)器中污泥濃度，g/L
　　　　COD_BR— 生物反應(yīng)器中殘存有機物濃度，mg/L

　　 由式(13)，根據(jù)生物反應(yīng)器中的MLSS、COD_BR及膜組件的操作壓力，可以計算出UBIS系統(tǒng)的膜過濾阻力。?

3 結(jié)論

　　對于以PAN/PS共混超濾膜為組件的UBIS系統(tǒng)，在曝氣池混合液溫度一定的條件下，混合液中COD_BR對膜過濾阻力和膜過濾通量的影響比MLSS大。所以，曝氣池采用高MLSS、低負(fù)荷的運轉(zhuǎn)方式將有利于增加膜過濾通量，提高系統(tǒng)的實用性。

參考文獻(xiàn)：
　?。?］ 高以煊，葉凌碧.膜分離技術(shù)基礎(chǔ)［M］.科學(xué)出版社.

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電　話： (0931)7671266
收稿日期： 1999-08-20