韓懷芬，金漫彤，黃玉柱， 虞偉
(浙江工業(yè)大學(xué)生物與環(huán)境工程學(xué)院，浙江杭州 310032)

　　摘 要：考察了采用不同孔徑的微濾膜處理難降解有機(jī)廢水時(shí)，污泥濃度對膜通量及出水COD的影響。結(jié)果表明，膜孔徑為20～25μm、污泥濃度為6000～9000mg/L時(shí)，膜通量與污泥濃度的對數(shù)值呈線性關(guān)系；膜通量隨污泥濃度升高而減?。怀鏊瓹OD隨污泥濃度升高而減?。荒た讖皆龃髣t膜通量加大，但出水COD有所升高。?
　　關(guān)鍵詞： 難降解有機(jī)廢水；膜生物反應(yīng)器；膜通量；污泥濃度
　　中圖分類號：X703
　　文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：C
　　文章編號：1000-4602(2002)03-0040-04

1 試驗(yàn)

1.1 廢水水質(zhì)
　　水樣取自杭州華豐造紙廠的總排放口，是黑液、白水、中段水的混合液，其中黑液約占總水量的5%。經(jīng)測試，初始COD為900～1300mg/L、BOD5為245～330mg/L、BOD₅/COD比值為0.24～0.25。試驗(yàn)先進(jìn)行混凝沉淀，以去除大部分無機(jī)顆粒物和部分懸浮有機(jī)物，絮凝后廢水的BOD5/COD比值為0.28，pH值為6.0～8.0，屬于難降解有機(jī)廢水。?
1.2 試驗(yàn)設(shè)備
　　曝氣池：自制有機(jī)玻璃容器(有效容積為7L)。?
　　膜組件：PE-5型、PE-4型微濾管(聚乙烯)，過濾面積均為482.3cm²，微濾膜孔徑分別為20～25μm、25～30μm。
　　回流泵：FQ-40單相管道增壓泵，壓力為0.06MPa，揚(yáng)程H=6m，流量Q=1m³/h。?
　　恒流泵：LDB-M電子蠕動(dòng)泵，最大流量Q=26mL/min。?
　　曝氣泵：ACD-318型，壓力P≥0.06MPa，流量Q=50L/min。?
1.3 工藝流程
　　為便于分別考察曝氣池和膜組件的去除效果，試驗(yàn)采用分置式膜生物反應(yīng)器，試驗(yàn)裝置及流程見圖1。

　　如圖1所示，原水從進(jìn)水槽經(jīng)恒流泵進(jìn)入曝氣池，再經(jīng)回流泵增壓后進(jìn)入膜組件，在壓力作用下混合液中的液體透過膜組件成為系統(tǒng)處理水，固形物、大分子物質(zhì)、活性污泥等則被膜截留，隨回流液回流到曝氣池內(nèi)。出水水質(zhì)符合污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)(GB8978—1996)中的一級排放標(biāo)準(zhǔn)。?

2 結(jié)果與討論

2?1 膜通量的影響因素
　?、?膜通量(Jv)與污泥濃度(MLSS)的關(guān)系
　　膜(水)通量是膜生物工藝最重要的參數(shù)之一，在影響膜通量的生物工藝條件中，MLSS是一個(gè)重要的影響因素。
　 試驗(yàn)采用PE-5型微濾膜組件與曝氣池構(gòu)成分置式膜生物反應(yīng)器，在控制操作壓力、膜面流速不變的條件下，得到穩(wěn)定膜通量與MLSS的關(guān)系(如圖2所示)。

　　圖2表明，隨著污泥濃度的增加膜通量減小。因MLSS的增加會(huì)增大混合液粘度，使膜堵塞嚴(yán)重，導(dǎo)致膜孔隙率降低，從而增大了膜過濾阻力，降低了膜通量^［1］。?
　　由圖2還可得到膜通量與污泥濃度對數(shù)值的關(guān)系式為：
　　　　　Jv=-1.887lnMLSS+6.550?

　　這一結(jié)果與同濟(jì)大學(xué)何義亮等用同類型膜生物反應(yīng)器得出的關(guān)系式相近^［2］，說明膜生物反應(yīng)器中膜通量與污泥濃度的對數(shù)值呈線性關(guān)系(如圖3所示)。?

　　研究表明，污泥濃度越高則膜穩(wěn)態(tài)通量越低，盡管較高的污泥濃度可提高膜生物反應(yīng)器的容積負(fù)荷，但膜通量的降低又會(huì)限制出水流量，從而降低了整個(gè)膜生物反應(yīng)器的處理能力。因此膜生物反應(yīng)器的污泥濃度不宜過高，應(yīng)在處理效果和處理能力的雙重影響之間確定一適宜值。經(jīng)試驗(yàn)確定的適宜MLSS為6000～9000mg/L。?
　?、?運(yùn)行時(shí)間對膜通量的影響?
　　試驗(yàn)研究了在不同污泥濃度下運(yùn)行時(shí)間對膜通量的影響，結(jié)果見圖4、5。?

　　結(jié)果表明，隨著運(yùn)行天數(shù)的增加，膜通量逐漸下降并最終穩(wěn)定在某一值上，且隨著污泥濃度的增加，此值依次下降。這說明污泥濃度增加使膜堵塞嚴(yán)重，導(dǎo)致膜孔隙率降低而膜通量減少(試驗(yàn)中沒有對膜組件進(jìn)行清洗)。由于條件所限，試驗(yàn)壓力為0.06MPa，為有效控制膜表面的濃差極化、保持較高的水通量，操作壓力宜提高到0.1～0.2MPa。?
2.2 不同污泥濃度下去除COD的效果
　?、?出水COD值?
　　在一定污泥濃度下隨著運(yùn)行天數(shù)的增加，出水COD值逐漸下降并最后穩(wěn)定在某一值上，各污泥濃度下的出水COD的穩(wěn)定值見圖6。

　　試驗(yàn)表明，隨著污泥濃度的增加，出水COD值逐漸下降，當(dāng)MLSS達(dá)到6000mg/L時(shí)，出水COD為60mg/L，達(dá)到造紙工業(yè)污水一級排放標(biāo)準(zhǔn)。?
　?、?生化去除率及總?cè)コ?br> 　　在不同污泥濃度下測得的生化去除率(曝氣池的去除率)及總?cè)コ室妶D7。

　　由圖7可知：①隨著污泥濃度的增大，出水水質(zhì)明顯提高，COD去除率也增大。MLSS為5800mg/L時(shí)出水水質(zhì)較好，COD去除率可達(dá)85%左右。②生物反應(yīng)器內(nèi)曝氣池的COD去除率大于膜組件的COD去除率，但與總?cè)コ氏嗖畈淮螅砻髟谠囼?yàn)運(yùn)行期間，反應(yīng)器內(nèi)代謝產(chǎn)物無明顯積累，微生物對有機(jī)物的降解較完全^［3］，而微濾膜組件基本上只起截留作用，對COD的去除率不大。膜生物反應(yīng)器最大的特點(diǎn)就是通過膜技術(shù)來 加強(qiáng)生物反應(yīng)器(曝氣池)的生物降解功能，因此探討膜生物反應(yīng)器COD的去除率，應(yīng)該把曝氣池生物降解和膜分離作為一個(gè)整體來考慮。③污泥濃度達(dá)到11600mg/L時(shí)，出水COD可降至35mg/L，去除率達(dá)到91.25%，顯示了膜生物反應(yīng)器處理難降解有機(jī)廢水的優(yōu)越性，這是因?yàn)椋篴.膜分離組件的固液分離功能使生物反應(yīng)器內(nèi)活性污泥一直保持高水平，從而提高了生物反應(yīng)器的處理效率；b.膜組件表面形成凝膠層能截留水中可溶性大分子物質(zhì)，確保這些物質(zhì)在生化反應(yīng)器內(nèi)能被分解，因而提高了出水水質(zhì)；c.膜組件的截留作用使水中大分子膠粒和難降解有機(jī)成分能在有限的生物反應(yīng)器內(nèi)有足夠的停留時(shí)間，從而保證了出水水質(zhì)的穩(wěn)定性。?
2.3 不同孔徑膜組件的比較 ① 出水COD值?
　　在污泥濃度為6000mg/L時(shí)，對PE-4型和PE-5型膜組件的運(yùn)行結(jié)果進(jìn)行了對比(見圖8、9)。

　　由圖8、9可得，PE-4型膜組件在運(yùn)行穩(wěn)定時(shí)的COD去除率為73%，COD略高于100mg/L；而PE-5型可使COD的去除率達(dá)85.3%，同時(shí)COD最低可降到60.3mg/L，達(dá)到造紙工業(yè)廢水一級排放標(biāo)準(zhǔn)。
　　② 膜通量?
　　在MLSS為6000mg/L時(shí)，PE-4型微濾管的膜通量是PE-5型管的2.5倍，穩(wěn)定時(shí)達(dá)到7.38 L/(m²·h)，但出水有些渾濁，不如后者(SS幾乎為零)清澈。二者的膜通量與運(yùn)行時(shí)間的關(guān)系見圖10。?

　　綜合出水COD、膜通量及SS指標(biāo)，選用PE-5型比較合適。?

3 　結(jié)論　

　?、?造紙廢水經(jīng)膜生物反應(yīng)器處理后，水質(zhì)符合污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)(GB8978—1996)。?
　?、?膜通量與污泥濃度的對數(shù)值呈線性關(guān)系，即污泥濃度越高，膜通量越小。?
　?、?微濾膜生物反應(yīng)器對難降解有機(jī)廢水的COD去除率高，一般可達(dá)到85%以上。
　?、?出水COD值隨污泥濃度的升高而減?。辉谕晃勰酀舛认?，膜通量隨著運(yùn)行天數(shù)的增加而下降；出水COD值隨著運(yùn)行天數(shù)的增加而趨于穩(wěn)定；在本試驗(yàn)條件下，最適宜的污泥濃度為6000mg/L左右。
　?、?微濾膜孔徑應(yīng)根據(jù)處理水的水質(zhì)、操作條件與處理要求而確定，一般來說，膜孔徑取20～25μm較適宜。

參考文獻(xiàn)：

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　　［2］何義亮，顧國維.膜生物反應(yīng)器生物降解與膜分離共作用特性研究［J］.環(huán)境污染與防治，1998，20(6)：18-21.
　?。?］桂萍，黃霞，陳潁，等.膜—復(fù)合式生物反應(yīng)器組合系統(tǒng)操作條件及穩(wěn)定運(yùn)行特性［J］.環(huán)境科學(xué)，1998，19(2)：35-38.

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　　收稿日期：2001-06-19