膜生物反应器处理难降解有机废水研究

韩怀芬，金漫彤，黄玉柱， 虞伟
(浙江工业大学生物与环境工程学院，浙江杭州 310032)

　　摘 要：考察了采用不同孔径的微滤膜处理难降解有机废水时，污泥浓度对膜通量及出水COD的影响。结果表明，膜孔径为20～25μm、污泥浓度为6000～9000mg/L时，膜通量与污泥浓度的对数值呈线性关系；膜通量随污泥浓度升高而减小；出水COD随污泥浓度升高而减小；膜孔径增大则膜通量加大，但出水COD有所升高。?
　　关键词： 难降解有机废水；膜生物反应器；膜通量；污泥浓度
　　中图分类号：X703
　　文献标识码：C
　　文章编号：1000-4602(2002)03-0040-04

1 试验

1.1 废水水质
　　水样取自杭州华丰造纸厂的总排放口，是黑液、白水、中段水的混合液，其中黑液约占总水量的5%。经测试，初始COD为900～1300mg/L、BOD5为245～330mg/L、BOD₅/COD比值为0.24～0.25。试验先进行混凝沉淀，以去除大部分无机颗粒物和部分悬浮有机物，絮凝后废水的BOD5/COD比值为0.28，pH值为6.0～8.0，属于难降解有机废水。?
1.2 试验设备
　　曝气池：自制有机玻璃容器(有效容积为7L)。?
　　膜组件：PE-5型、PE-4型微滤管(聚乙烯)，过滤面积均为482.3cm²，微滤膜孔径分别为20～25μm、25～30μm。
　　回流泵：FQ-40单相管道增压泵，压力为0.06MPa，扬程H=6m，流量Q=1m³/h。?
　　恒流泵：LDB-M电子蠕动泵，最大流量Q=26mL/min。?
　　曝气泵：ACD-318型，压力P≥0.06MPa，流量Q=50L/min。?
1.3 工艺流程
　　为便于分别考察曝气池和膜组件的去除效果，试验采用分置式膜生物反应器，试验装置及流程见图1。

　　如图1所示，原水从进水槽经恒流泵进入曝气池，再经回流泵增压后进入膜组件，在压力作用下混合液中的液体透过膜组件成为系统处理水，固形物、大分子物质、活性污泥等则被膜截留，随回流液回流到曝气池内。出水水质符合污水综合排放标准(GB8978—1996)中的一级排放标准。?

2 结果与讨论

2?1 膜通量的影响因素
　　① 膜通量(Jv)与污泥浓度(MLSS)的关系
　　膜(水)通量是膜生物工艺最重要的参数之一，在影响膜通量的生物工艺条件中，MLSS是一个重要的影响因素。
　 试验采用PE-5型微滤膜组件与曝气池构成分置式膜生物反应器，在控制操作压力、膜面流速不变的条件下，得到稳定膜通量与MLSS的关系(如图2所示)。

　　图2表明，随着污泥浓度的增加膜通量减小。因MLSS的增加会增大混合液粘度，使膜堵塞严重，导致膜孔隙率降低，从而增大了膜过滤阻力，降低了膜通量^［1］。?
　　由图2还可得到膜通量与污泥浓度对数值的关系式为：
　　　　　Jv=-1.887lnMLSS+6.550?

　　这一结果与同济大学何义亮等用同类型膜生物反应器得出的关系式相近^［2］，说明膜生物反应器中膜通量与污泥浓度的对数值呈线性关系(如图3所示)。?

　　研究表明，污泥浓度越高则膜稳态通量越低，尽管较高的污泥浓度可提高膜生物反应器的容积负荷，但膜通量的降低又会限制出水流量，从而降低了整个膜生物反应器的处理能力。因此膜生物反应器的污泥浓度不宜过高，应在处理效果和处理能力的双重影响之间确定一适宜值。经试验确定的适宜MLSS为6000～9000mg/L。?
　　② 运行时间对膜通量的影响?
　　试验研究了在不同污泥浓度下运行时间对膜通量的影响，结果见图4、5。?

　　结果表明，随着运行天数的增加，膜通量逐渐下降并最终稳定在某一值上，且随着污泥浓度的增加，此值依次下降。这说明污泥浓度增加使膜堵塞严重，导致膜孔隙率降低而膜通量减少(试验中没有对膜组件进行清洗)。由于条件所限，试验压力为0.06MPa，为有效控制膜表面的浓差极化、保持较高的水通量，操作压力宜提高到0.1～0.2MPa。?
2.2 不同污泥浓度下去除COD的效果
　　① 出水COD值?
　　在一定污泥浓度下随着运行天数的增加，出水COD值逐渐下降并最后稳定在某一值上，各污泥浓度下的出水COD的稳定值见图6。

　　试验表明，随着污泥浓度的增加，出水COD值逐渐下降，当MLSS达到6000mg/L时，出水COD为60mg/L，达到造纸工业污水一级排放标准。?
　　② 生化去除率及总去除率
　　在不同污泥浓度下测得的生化去除率(曝气池的去除率)及总去除率见图7。

　　由图7可知：①随着污泥浓度的增大，出水水质明显提高，COD去除率也增大。MLSS为5800mg/L时出水水质较好，COD去除率可达85%左右。②生物反应器内曝气池的COD去除率大于膜组件的COD去除率，但与总去除率相差不大，表明在试验运行期间，反应器内代谢产物无明显积累，微生物对有机物的降解较完全^［3］，而微滤膜组件基本上只起截留作用，对COD的去除率不大。膜生物反应器最大的特点就是通过膜技术来 加强生物反应器(曝气池)的生物降解功能，因此探讨膜生物反应器COD的去除率，应该把曝气池生物降解和膜分离作为一个整体来考虑。③污泥浓度达到11600mg/L时，出水COD可降至35mg/L，去除率达到91.25%，显示了膜生物反应器处理难降解有机废水的优越性，这是因为：a.膜分离组件的固液分离功能使生物反应器内活性污泥一直保持高水平，从而提高了生物反应器的处理效率；b.膜组件表面形成凝胶层能截留水中可溶性大分子物质，确保这些物质在生化反应器内能被分解，因而提高了出水水质；c.膜组件的截留作用使水中大分子胶粒和难降解有机成分能在有限的生物反应器内有足够的停留时间，从而保证了出水水质的稳定性。?
2.3 不同孔径膜组件的比较 ① 出水COD值?
　　在污泥浓度为6000mg/L时，对PE-4型和PE-5型膜组件的运行结果进行了对比(见图8、9)。

　　由图8、9可得，PE-4型膜组件在运行稳定时的COD去除率为73%，COD略高于100mg/L；而PE-5型可使COD的去除率达85.3%，同时COD最低可降到60.3mg/L，达到造纸工业废水一级排放标准。
　　② 膜通量?
　　在MLSS为6000mg/L时，PE-4型微滤管的膜通量是PE-5型管的2.5倍，稳定时达到7.38 L/(m²·h)，但出水有些浑浊，不如后者(SS几乎为零)清澈。二者的膜通量与运行时间的关系见图10。?

　　综合出水COD、膜通量及SS指标，选用PE-5型比较合适。?

3 　结论　

　　① 造纸废水经膜生物反应器处理后，水质符合污水综合排放标准(GB8978—1996)。?
　　② 膜通量与污泥浓度的对数值呈线性关系，即污泥浓度越高，膜通量越小。?
　　③ 微滤膜生物反应器对难降解有机废水的COD去除率高，一般可达到85%以上。
　　④ 出水COD值随污泥浓度的升高而减小；在同一污泥浓度下，膜通量随着运行天数的增加而下降；出水COD值随着运行天数的增加而趋于稳定；在本试验条件下，最适宜的污泥浓度为6000mg/L左右。
　　⑤ 微滤膜孔径应根据处理水的水质、操作条件与处理要求而确定，一般来说，膜孔径取20～25μm较适宜。

参考文献：

　　［1］彭跃莲，刘忠洲.膜生物反应器在废水处理中的应用［J］.水处理技术，1999，25(2)：63-69.
　　［2］何义亮，顾国维.膜生物反应器生物降解与膜分离共作用特性研究［J］.环境污染与防治，1998，20(6)：18-21.
　　［3］桂萍，黄霞，陈颍，等.膜—复合式生物反应器组合系统操作条件及稳定运行特性［J］.环境科学，1998，19(2)：35-38.

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　　收稿日期：2001-06-19