中空纖維簾式與平板膜的比較

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1、平板式膜與中空纖維膜組件在浸沒式MBR中的對(duì)比試用研究摘要：選取兩種不同結(jié)構(gòu)類型的膜組件進(jìn)行化工廢水處理的中試應(yīng)用研究，對(duì)比研究了MBR膜系統(tǒng)的最佳氣水比，臨界膜通量、膜系統(tǒng)的分離與處理效果以及膜的污染和清洗方式。中試結(jié)果表明，在該類廢水處理中，中空纖維簾式膜組件的最佳氣水比為24，平板式膜組件的最佳氣水比為20；在相等曝氣強(qiáng)度下，用流量階梯法測(cè)得，中空纖維簾式膜組件的臨界膜通量為20L·m-2·h-1，平板式膜組件的臨界膜通量為25L·m-2·h-1；兩組膜在處理和分離效果上相差不大；在抗污染性能上，平板式膜組件更具優(yōu)勢(shì)，而且平板式膜組件更容易通過(guò)物理清洗-空曝

2、氣的方式使膜通量得以部分恢復(fù)，用次氯酸鈉（NaClO）溶液對(duì)膜組件進(jìn)行化學(xué)清洗，均能獲得較好的通量恢復(fù)效果。關(guān)鍵詞：MBR；臨界膜通量；膜污染；膜清洗；中空纖維膜組件；平板式膜組件MBR膜生物反應(yīng)器（Membranebioreactor,MBR）是將膜分離技術(shù)和生物反應(yīng)器的生物降解作用集于一體的生物化學(xué)反應(yīng)系統(tǒng)。它以超濾或微濾膜組件替代傳統(tǒng)活性污泥法中的沉淀池實(shí)現(xiàn)泥水分離。該系統(tǒng)具有處理能力強(qiáng)、固液分離效率高、出水水質(zhì)好、占地空間小、運(yùn)行管理簡(jiǎn)單等特點(diǎn)。目前，MBR工藝在水資源再生利用方面已發(fā)揮了巨大的作用，運(yùn)用MBR膜工藝技術(shù)來(lái)處理生活污水和工業(yè)廢水已突顯成效。

3、鑒于目前已商品化的MBR分離膜組件結(jié)構(gòu)形式多樣，主要有中空纖維簾式、平板式、管式等幾大類，而且其應(yīng)用也各具特點(diǎn)，這對(duì)在實(shí)際工程應(yīng)用中膜組件的選購(gòu)帶來(lái)一定困難。本實(shí)驗(yàn)運(yùn)用浸沒式好氧MBR工藝技術(shù)來(lái)處理杭州某化工廠的工業(yè)廢水，分別選用中空纖維簾式膜組件和平板式膜組件進(jìn)行對(duì)比試驗(yàn)研究，為規(guī)模化工程應(yīng)用的膜組件選型提供設(shè)計(jì)依據(jù)和運(yùn)行參考標(biāo)準(zhǔn)。1試驗(yàn)裝置與方法1.1實(shí)驗(yàn)工藝流程與條件中試設(shè)計(jì)規(guī)模為1000L·h-1。試驗(yàn)裝置由調(diào)節(jié)池、好氧池、膜分離裝置、清液槽、曝氣系統(tǒng)和相關(guān)動(dòng)力及自動(dòng)控制設(shè)備組成。廢水由污水泵輸送至調(diào)節(jié)池，然后進(jìn)入好氧池和膜分離池，混合液在抽吸泵的作用下經(jīng)

4、膜過(guò)濾后形成工藝的產(chǎn)水，大部分泥水混合液則通過(guò)回流泵流回至好氧池。試驗(yàn)中分別采用膜組件A（PVDF，中空纖維簾式，孔徑0.2μm，膜面積20m2）和膜組件B（PVDF，平板式，孔徑0.08μm，膜面積28m2）來(lái)進(jìn)行試驗(yàn)。試驗(yàn)進(jìn)水的COD范圍400~700mg·L-1,初始接種污泥濃度為1500mg·L-1左右。1.2試驗(yàn)工況與運(yùn)行參數(shù)膜裝置的運(yùn)行方式為間歇式，抽吸8min，停止2min。整個(gè)試驗(yàn)的水力停留時(shí)間（HRT）為8h，膜運(yùn)行初始通量設(shè)定為25L·m-2·h-1.。系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定后，反應(yīng)器內(nèi)污泥濃度（MLSS）維持在5000~8000mg·L-1。2結(jié)果與討

5、論2.1膜系統(tǒng)最佳氣水比在浸沒式MBR工藝中,曝氣有兩個(gè)作用：一是提供微生物代謝所需的氧氣；二是產(chǎn)生錯(cuò)流，去除或減少膜表面的污泥層，減緩膜的污染速率。HongSP等觀察到在較高曝氣量下產(chǎn)生的剪切力會(huì)加快污染物脫離膜表面的速度，并指出有臨界曝氣量存在，當(dāng)超過(guò)該曝氣量，膜通量增加就不明顯，而且太大的曝氣量會(huì)提供過(guò)量的溶解氧，也不利于反硝化作用。對(duì)于浸沒式MBR工藝，其能耗主要來(lái)自曝氣，約占整個(gè)系統(tǒng)總能耗的80%~90%，因此確定系統(tǒng)的最佳曝氣量是十分必要的。試驗(yàn)中膜的初始通量均設(shè)定為25L·m-2·h-1，即膜組件A的初始通量為500L·h-1，膜組件B的初始通量為7

6、00L·h-1。采用不同的氣水比（每透過(guò)1m3水所提供的曝氣量）對(duì)膜組件運(yùn)行，分別考察了兩組膜的比膜通量（單位時(shí)間、單位操作壓力下每平方米膜面積所透過(guò)的水量，L·m-2·h-1·KPa-1）和運(yùn)行時(shí)間的相互關(guān)系。在一定曝氣強(qiáng)度范圍內(nèi)，隨著氣水比的提高，比膜通量也隨之提高，跨膜壓差（TMP）的增加速率減緩，即膜污染發(fā)展速率隨曝氣強(qiáng)度增加而降低。但當(dāng)曝氣強(qiáng)度上升到一定程度時(shí)，比膜通量增加不再明顯。分析原因可能是：當(dāng)曝氣強(qiáng)度較低時(shí)，錯(cuò)流流速產(chǎn)生的水力剪切作用不能有效防止大量污泥絮體在膜表面沉積，膜污染主要是以污泥層阻力為主；而當(dāng)曝氣強(qiáng)度過(guò)高時(shí)，污泥絮體被強(qiáng)大的剪切力所破

7、碎，細(xì)小污泥顆粒和膠體類物質(zhì)增多，這些物質(zhì)更容易引起膜孔的吸附和堵塞，從而使膜污染加劇。因此當(dāng)曝氣到達(dá)一臨界值后，再繼續(xù)增加曝氣量對(duì)MBR系統(tǒng)已沒有實(shí)際意義，Jungmin等也報(bào)道了與本試驗(yàn)類似的研究結(jié)果。經(jīng)測(cè)定，試驗(yàn)中A、B兩組膜的最佳曝氣量分別為12.0m3·h-1和14.0m3·h-1，即在此類廢水處理中，膜系統(tǒng)的最佳氣水比分別為24和20。2.2臨界膜通量最初提出的臨界流量假設(shè)（Field等，1995）僅僅斷言，在低于臨界流量的條件下運(yùn)行的分離膜不會(huì)出現(xiàn)膜污染。雖然當(dāng)初這一假設(shè)只是包含了水力學(xué)引起的膜污染因素，但是毋庸置疑，臨界流量的假設(shè)仍然是膜生物反應(yīng)器

8、工藝長(zhǎng)期運(yùn)