膜生物反应器次临界通量运行的膜污染特性研究.doc

膜生物反应器次临界通量运行的膜污染特性研究（全面版）资料
第一作者:黄圣散,男,1981年生,硕士研究生,研究方向为水污染控制工程。
膜生物反应器次临界通量运行的膜污染特性研究
黄圣散　吴志超
(同济大学污染控制与资源化研究 重点实验室,上海200092
　　摘要　膜生物反应器(MBR 是将膜分离与生物反应相结合的污水处理新工艺,近年来已引起广泛的关注,但不可避免的膜污染限制其更广泛的应用。临界通量在膜污染控制中是个非常重要的概念。本试验研究平板膜生物反应器在次临界通量运行下的膜污染状况,并结合膜污染模型进一步表征膜表面的污染特性。试验结果表明,该平板膜生物反应器在次临界通量运行的情况下,膜污染可分为膜污染缓慢发展阶段(第Ⅰ阶段和膜污染迅速发展阶段(第Ⅱ阶段,可分别用膜孔堵塞模型和泥饼阻力模型表征膜阻力与时间的变化关系。同时,对运行后的膜阻力分布进行分析,表明泥饼阻力和孔道吸附堵塞阻力是膜污染的主要组成部分,分别占到总阻力的73%和24%,而膜本身阻力仅占3%。
　　关键词膜生物反应器临界通量膜污染
Study on membrane bioreactor fouling in sub 2critical flux operation 　H uang S hengsan ,W u Zhichao.(S tate Key L abo 2ratory of Poll ution Cont rol and Resource Reuse ,Tong j i Universit y ,S hanghai 200092
Abstract :　Membrane bioreactors (MBRs ,in which membranes are applied to biological wastewater treatment ,have been greatly developed recently ,but membrane fouling in MBRs restricts their widespread use.Critical flux is an important parameter to control membrane fouling.This study investigates the change in membrane fouling in a flat membrane bioreactor operating at a sub 2critical flux.The previous theoretical models are used to simulate the mem 2brane fouling characteristics.Experimental results show that membrane fouling can be divided into two stages :the first period during which fouling gradually occurs and the second period in which fouling rises rapidly.The pore bloc 2king resistance and cake resistance models can be used to simulate resistance with time in different periods.The analy 2sis of membrane resistance distribution shows that resistance arising f rom cake formation is 73%of total resistance ,resistance due to pore blocking is 24%,and clean membrane resistance is only 3%.
K eyw ords :　Membrane bioreactor (MBR 　Critical flux 　Membrane fouling
　　膜生物反应器(MBR 是将膜分离与生物反应相结合的污水处理新工艺,近年来已引起广泛的关注,并逐步应用于城市污水和工业废水的处理[1~3]。由于传统生物处理技术二沉池固液分离性能的限制,使得反应器的微生物浓度不能太高,而MBR 能成功代替二沉池进行高效固液分离,大大提高反应器的污泥浓度,同时具有出水水质好、耐冲击负荷强和污泥产率低等优点。尽管MBR 有许多其他污水处理技术所不具备的优点,但不可避免的膜污染限制其更广泛的应用[4,5]。　　临界通量的概念最早由Field 在1995年提出,此后国内外很多学者对此开展广泛研究[6~8]。MBR 临界通量即保持一个恒定的膜通量低于此值运行时,污泥颗粒不能在膜表面聚集沉积,操作压力保持稳定,没有显著的膜污染产生;而当控制膜通量高于此值运行时,操作压力急剧升高,膜污染随之迅速上升,导致MBR 系统的崩溃。所谓次临界通量
运行,就是在一定的操作条件下,使膜通量维持在临界通量以下以获得MBR 的稳定运行。本文针对膜生物反应器在次临界通量运行下的膜污染状况进行试验研究,并结合膜污染模型进一步表征膜表面的污染特性。1试验装置和方法1.1
试验工艺流程
　　试验用水为某城市污水处理厂沉砂池出水,为强化脱氮效果,采用缺氧池-好氧膜生物反应器工艺,工艺流程如图1所示。贮液罐内的污水经过进水泵提升进入反应器,通过进水槽的溢流和止回阀保证反应器内的水位恒定,溢流废水回流至贮液罐。进水经缺氧池重力自流进入好氧膜生物反应器内,通过出水泵对膜组件抽真空运行,真空表显示膜过滤操作的压力,同时由回流泵进行内循环。　　缺氧池和好氧膜生物反应器的有效容积分别为
・
215・　环境污染与防治　第27卷　第7期　2005年10月
6、12L ,试验中控制内回流比为2,反应器内污泥质
量浓度7~8g/L ,除正常取样分析外,不排泥。试验采用平板膜式组件,膜材质为聚偏氟乙烯
(PVDF ,上海应用物理研究所提供,膜的有效过滤面积为0.1m 2,截留分子量100ku 。次临界通量运行时采取间歇抽停出水的方式(8min 开,2min 停,并控制曝气量为0.6m 3/h

。
图1　试验工艺流程
1-贮液罐;2-缺氧池;3-好氧MBR ;4进水泵;5-止回阀-回
流泵;7-搅拌器;8-真空表;9-出水泵;10-膜;11-空压机
1.2
临界通量的测定方法
　　临界通量采用通量阶梯式递增法进行测量[7,8]。即在一定的操作条件下,控制MBR 在恒定的低通量下连续运行,观测操作压力ΔP 在一定时间段ΔT (至少15min 内的变化,若ΔP 保持稳定,可认为此时的通量低于临界通量,再使膜通量增加一个阶量,重复上述试验。通过逐步提高膜通量,当
MBR 刚好高于某个通量运行时,ΔP 急剧变化,不能稳定运行,可认为此时的通量已高于临界通量。1.3膜污染表征　　膜通量和操作压力之间的关系可用式(1表示[9,10]:
J =ΔP μR =
ΔP
μ(R m +R c +R p
(1式中:J 为膜通量,L/(m 2・h ;ΔP 为膜操作压力,Pa ;μ为渗滤液动力粘度系数,Pa ・s ;R 为过滤总阻力,m -1;R m 为膜本身的阻力,m -1;R c 为膜表面泥饼层所产生的阻力,m -1;R p 为膜孔堵塞与吸附所产生的阻力,m -1。　　膜过滤操作中的膜孔堵塞模型和泥饼阻力模型的膜通量与时间的变化关系[11]:
　　膜孔堵塞模型:J =J 0exp (-K p t
(2　　泥饼阻力模型:J 2
=
J
2
1+J 20K c t
(3
式中:J 0为初始时刻的膜通量,L/(m 2・h ;K p ,K c
分别为膜孔堵塞模型和泥饼阻力模型的常数值。将
式(1分别代入式(2、
(3变形后,得到膜孔堵塞模型和泥饼阻力模型的膜阻力与时间的变化关系:
　　膜孔堵塞模型:ln R p =ln R 0+K p t
(4　　泥饼阻力模型:R 2c =R 2
0+Kt
(5式中:K =K c ×
ΔP 2μ
2
;R 0为初始时刻的膜阻力,m -1。　　根据上述公式可以对不同形式的膜污染进行评价和表征。2　结果和讨论2.1　临界通量的测定
　　在曝气量为0.6m 3/h ,污泥质量浓度为8g/L 时,膜通量为4L/(m 2・h ,以后每20min 将通量提高3L/(m 2・h ,直至出现操作压力急剧升高,膜污染迅速加剧为止。临界通量测定结果如图2所示,可知当运行通量不高于16L/(m 2・h 时,在20
min 的连续抽吸间隔内操作压力能稳定为一个数
值;而当通量高于19L/(m 2・h 时,操作压力随抽
吸时间变化非常显著,尤其控制通量为28L/(m 2・h 时,操作压力急剧升高,导致系统迅速崩溃。因此,可认为该平板膜在上述操作条件下的临界通量为16~19L/(m 2・h

。
图2　临界通量的测定
2.2　次临界通量运行情况
　　根据临界通量的测量结果,在同样的操作条件
下,当膜通量低于16L/(m 2・h 时,可视为次临界通量运行。本试验控制通量为13L/(m 2・h ,考察MBR 在次临界通量运行时的压力和阻力变化情况,
结果如图3所示

。
图3　次临界通量运行时压力和阻力随时间变化
　　由图3可知,膜污染可分为2个阶段:
　　(1膜污染缓慢发展阶段(第Ⅰ阶段。由于
・
315・黄圣散等　膜生物反应器次临界通量运行的膜污染特性研究
MBR 以次临界通量运行时,在开始阶段操作压力较

低,溶液中的大分子物质和颗粒物质在低压力的驱动作用下缓慢在膜表面吸附、沉积,逐渐造成膜孔径变小或堵塞。该阶段大致为MBR 运行的前336h ,膜阻力以平均4.55×109m -1/h 的速度增长,导致操作压力也随之逐渐变大,但压力的增长率(ΔP /Δt 非常小,为0.02kPa/h 。　　(2膜污染迅速发展阶段(第Ⅱ阶段。随着前一阶段膜孔的不断吸附和堵塞,膜对混合液的过滤性能也不断发生改变,导致膜的新临界通量比投入长期运行前膜的临界通量小[12]。当污染积累到一定程度后,原先加在膜上的通量超过此时膜实际的临界通量,因而膜污染加速,操作压力迅速变大,直至污泥絮体在膜表面不断沉积形成一层致密的泥饼层,此刻即使控制再大的压力也不能维持膜的恒通量运行。该阶段大致持续了144h ,膜阻力以平均3.56×1010m -1/h 的速度增长,增长率大约是第Ⅰ阶段的8倍,同时操作压力的增长率(ΔP /Δt 也很大,为0.16kPa/h 。　　根据膜污染的阻力表征模型(4和(5,分别以ln R -t 和R 2-t 对第Ⅰ阶段和第Ⅱ阶段作图,结果如图4和图5所示
。

图4　第Ⅰ阶段ln R
与时间的变化关系

图5　第Ⅱ阶段R 2与时间的变化关系
　　由图4、图5可知,第Ⅰ阶段较好地符合膜孔堵
塞模型,膜污染的产生主要是由于溶液中的大分子物质和颗粒物质吸附到膜表面,进而堵塞膜孔,发展比较缓慢;第Ⅱ阶段较好地符合泥饼阻力模型,污泥絮体在膜表面的不断沉积最终导致污泥层的形成,膜污染急剧发展。2.3　膜阻力分布情况
　　各部分阻力的测定方法:R m 为膜投入运行前在清水中测得;R p 为膜以次临界通量运行时第Ⅰ阶段的总阻力减去R m ;R c 为第Ⅱ阶段的总阻力减去第Ⅰ阶段的总阻力。测定结果如图6所示,可知泥饼阻力和孔道吸附堵塞阻力是膜污染的主要组成部分,分别占到总阻力的73%和24%,而膜本身阻力仅占3%,相比可忽略不计
。
图6　膜阻力分布比例
3结论
　　(1该聚偏氟乙烯(PVDF 平板膜的操作条件
为曝气量0.6m 3/h ,污泥质量浓度8g/L 时,临界通量为16~19L/(m 2・h 。
　　(2平板膜生物反应器在次临界通量运行的情况下,膜污染可分为2个阶段:膜污染缓慢发展阶段(第Ⅰ阶段和膜污染迅速发展阶段(第Ⅱ阶段。　　(3第Ⅰ阶段较好地符合膜孔堵塞模型,污染阻力模型方程为ln R =26.47535+0.0045t ;第Ⅱ阶段较好地符合泥饼阻力模型,污染阻力模型方程为R 2=-1.304×1026+3.655×1023t 。
　　(4泥饼阻力和孔道吸附堵塞阻力是膜污染的主要组成部分,分别占到总阻力的73%和24%,相比而言,膜本身阻力仅占3%可忽略不计。参考文献
1　Tansel B ,Bao W Y ,Tansel I N.Characterization of fouling kinet 2ics in ultrafiltration systems by resistances in series model.De 2salination ,2000,129:7~14
2　Tat suki U ,Kenji H.Domestic wastewater treat ment by a sub 2
merged membrane bioreactor wit h gravitational filt ration.Wat.Res.,1999,33:2888~28923　Silva D G V ,Urbain V ,Abeysinghe D H ,et al.Advanced analy 2
sis of membrane 2bioreactor performance wit h aerobic 2anoxic cyc 2ling.Wat.Sci.Tech.,1998,38:505~5124　Defrance L ,J affrin M Y ,Bharat G ,et al.Contribution of various
constit uent s of activated sludge to membrane bioreactor fouling.Bioresource Technology ,2000,73:105~112
5　Wontae L ,Seoktae K ,Hangsik S.Sludge characteristics and t heir
contribution to microfiltration in submerged membrane bioreac 2tor.Journal of Membrane Science ,2003,216:217~227
(下转第522页
・
415・
日上午
10∶30,西北风向,平均风速取8m/s (风力4~5级,总云量为5,低云量取1,大气稳定度为D 类条件下分别对闵行区的吴泾化工、宝山区的吴淞工业区、杨浦老工业集中地区、普陀区的桃浦工业区所在地,污染源叠加情况下计算所得污染物的浓度贡献,得到的地面污染浓度分布图示例,计算网络大小为1km ×1km 。
表3　1998年上海市各区县工业污染源情况
行政区面积/km 23煤燃烧量/(t ・a -1
工业点源个数/个
黄浦12

5893839卢湾81263611徐汇5532242257长宁38192819.846静安83604818普陀55308806.974闸北2910063246虹口2363314.432杨浦611176814105闵行3728064713126宝山41513287708122嘉定459446851.9124浦东新区5234884530188金山586264661260松江605132433.455青浦676148256.150南汇688195188.776奉贤687339145.873崇明1041697499.448全市
6341
33645814.4
1320
　　注:3资料来自中国行政网站
6　结　论
通常,大气扩散模型要求输入多项参数,对每一像元手动输入参数是件非常繁琐的事,本文将高斯扩散与相关数据整合,模拟工业点源污染对区域大气质量的影响,有效地解决了模型参数输入、模拟结果可视化等问题,实现了模式与GIS 功能的完全集合,真正实现了人机交互。结果显示,高架源排放的大气污染物在一定的气象条件下完全可以影响到城市的空气质量。从全市1300多个工业点源的模拟扩散结果可以分析上海市SO 2污染的地域分布特征:污染浓度较高的区域由分散的若干个高浓度中心组成,这些中心分别位于宝山区的吴淞工业区、杨浦老工业集中地区、普陀区的桃浦工业区、闵行区的吴泾化工业区等。这是由于这些工业区多大型钢铁厂、发电厂、水泥厂,污染排放量大、排放高度高。
本文只是一次初步尝试,该模型有待进一步改进,在今后的工作中笔者将会扩充子模块(如排放模型、线型/面型污染扩散模型和风险评价模型等等,最终开发一个城市大气质量管理系统。参考文献
1　陈国海.上海环境空气污染类型的定位.上海环境科学,2003,
22(4:230~2332　Lu R ,Turco R P 。An integrated air pollution modeling system
for urban and regional scales , 1Structure and performance.Journal of Geophysics Research 1997,102D :6063~6079
3　Kumar A ,Bellman N K ,Sud A.Performance of an industrial
source complex model :predicting long 2term concent rations in an urban area.Environmental Progress ,1999,18(2:93~1004　Sivacoumar R ,Bhanarkar A D.Air pollution modeling for an in 2dustrial complex and model performance evaluation.Environ 2mental Pollution ,2001,111:471~4775　刘文野,马建武.安宁市工业大气污染物迁移及分布规律研究.
西南林学院学报,2002,22(2:29~316　Mehdizadeh F ,Rifai H S.Modeling point source plumes at high
altitudes using a modified Gaussian model.At mospheric Environ 2ment ,2004,38:821~8317　赵碧云,贺　彬,朱发庆,等.大气污染扩散空间信息系统.环境科学研究,1999,12(6:10~128　Dai J M ,Rocks D M.A GIS 2based approach to spatial allocation
of area source solvent emissions.Environmental Modeling &Software ,2000,15:293~3029　孙晓梅.工业污染源地理信息系统研究.环境保护科学,2003,
28(111:42~4810　王远飞,张　超,何洪林.GIS 支持下的上海市工业源SO 2污染
研究.上海环境科学,2003,22(11:801~80411　牛文胜,孙振海.大气扩散模式的简要回顾.气象科技,2000,28
(2:1~412　张宝宁,程水源,任毅斌,等.城市工业区大气污染物浓度场确
定方法的研究.化工环保,1997,17(2:114~11913　王伟平,苏高利,杨海鹏.城北高架点源对西湖风景区影响的研
究.气象,2002,28(1:13~1714　 环境保护局.中华人民共和国环境保护行业标准之环境影
响评价技术导则———大气环境.北京:中国环境科学出版社,1993.24~26
15　HJ /T2.1~2.3—93,中华人民共和国环境影响评价法实施手
册.北京:银声音像出版社,2002.277~27816　钱　杰,俞立中.上海市化石燃料排放二氧化碳贡献量的研究.
上海环境科学,2003,22(11:836~83917　陆德超,池钊伟.上海地区开发风力发电的必要性和南汇风力
发电示范场场址选择.风电场开发,1997,1(3:25~29
责任编辑:闵　怀　(修改稿收到日期:2005205221
(上接第514页
6　Field R W ,Wu D ,Howell J A ,et al.Critical flux concept for mi 2crofiltration fouling.Journal of Membrane Science ,1995,100:259~272
7　Pierre L C ,Bruce J ,Chang I S ,et al.Critical flux determination by
t he flux 2step met hod in a submerged membrane bioreactor.Jour 2nal of Membrane Science ,2003,227:81~938　Defrance L ,J affrin M Y.Comparison between filtrations at fixed
transmembrane pressure and fixed permeate flux :application to a membrane bioreactor used for wastewater treat ment.Journal of Membrane Science ,1999,152:203~2109　S ong L F ,Pierre L C.Membrane bireactors for wastewater treatment.
Journal of Environment Engineering ,2002,128:1018~1029
10　Lianfa S.Flux decline in crossflow microfiltration and ult rafilt ra 2
tion :mechanisms and modeling of membrane fouling.Journal of Membrane Science ,1998,139:183~20011　Lim A L ,Bai R B.Membrane fouling and cleaning in microfilt ra 2
tion of activated sludge wastewater.Journal of Membrane Sci 2ence ,2003,216:279~29012　Ognier S ,Wisniewski C Grasmick A.Membrane fouling in sub 2
critical filtration conditions :a local critical flux concept.Journal of Membrane Science ,2004,229:171~290
责任编辑:贺锋萍　(修改稿收到日期:2005205208
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225・
1998年3月
ENV I RONM EN TAL SC IEN CE
M ar .,1998
膜-复合式生物反应器组合系统操作条件
及稳定运行特性3
桂　萍　黄　霞　汪诚文　钱　易
(清华大学环境工程系环境模拟与污染控制 重点实验室,北京　100084
摘要　对膜2复合式生物反应器的操作条件和稳定运行特性进行研究,采用平板式聚丙烯腈超滤膜进行实验,适宜操作压力为
0115M Pa ;适宜膜面流速为114—117m s ;HR T 至少可以控制在4h ;悬浮污泥浓度是影响膜通透量的重要因素之一,适宜值为2—215g L 左右.系统长期稳定运行可达60d 以上,COD 和N H 32N 去除率均可达95%以上,运行过程中未发现微生物代谢产物
的明显积累,但污泥的活性有所降低.
关键词　膜分离,复合式生物反应器,悬浮污泥浓度,通透量.
3　 自然科学 资助项目(P ro ject Suppo rted by N a 2
ti onal N atural Science Foundati on of Ch ina
桂平:女,26岁,博士生
收稿日期:1997205217
The Opera tion Param eters and W a stewa ter Trea t m en t
Character istics of M em brane -Hybr id B ioreactor
Gu i P ing 　H uang X ia 　W ang Chengw en 　Q ian Y i
(State Key L ab .of Environ .Si m ulati on and Po lluti on Contro l ,D ep t .of Environ .Eng .,T singhua U niv .,Beijing 100084
Abstract 　Op erati on param eters and w astew ater treatm en t characteristics of m em b rane 2hyb rid
b i o reacto r w ere studied u sing p late u ltrafiltrati on m em b rane of po lyacrylon itrile .T he operati on p aram eters w ere ob tained at p ressu re abou t 0115M Pa ,cro ssflow velocity 114—117m s ,HR T abou t 4h ,su spended sludge concen trati on abou t 2g L .T he m em b rane 2hyb rid b i o reacto r cou ld be op erated stab ly m o re than 60days at COD and N H 32N rem oval over 95%w ithou t the re 2m arkab le accum u lati on of the m etabo lite excep t a little drop of the activity of m icroo rgan is m .Keywords 　dom esti
c w astew ater ,hyb ri
d b i o reacto r ,p lat
e u ltrafiltrati on m em b rane ,su spended sludge concen trati on ,flux o
f m em b rane .
　　随着膜制造技术的进步和膜制造成本的降低,70年代兴起的膜2生物反应器组合工艺在水处理中开始走向实用化,如中水道处理技术,粪便废水处理等[1,2].该工艺具有出水水质好,占地省,控制灵活,管理方便等特点,在水处理中
的良好的应用前景受到广泛关注[3].生物反应器一般采用活性污泥法.许多研究表明,活性污
泥浓度的高低对膜的通透量影响较大[4].污泥浓度过高时,膜的通透量下降快,运行周期短.
维持低浓度的活性污泥,对改善膜的通透量有利,但又会导致生物反应器的处理效果降低.为能同时取得膜分离和生物反应器2者的高效运行,本研究提出采用复合式生物反应器,即在维
持反应器内总污泥浓度较高的条件下,使随混合液进入膜分离的悬浮污泥量保持很低,以减少其对膜的通透能力的影响.1　试验装置与试验方法
111　试验装置
图1为试验工艺流程示意图.本系统主要由复合式生物反应器和超滤膜2大部分组成.
污水由泵从污水箱提升至生物反应器内停留一定时间后,反应器混合液再经泵增压进入
图1　试验工艺流程图
超滤组件,混合液的一部分通过超滤膜形成过滤液;而固形物和大分子物质则被截留形成浓缩液通过射流回流到反应器内.射流产生的曝气作用可供给有机物生物分解所需的氧气.
生物反应器容积为125L,型式为复合式反应器,即在投加一定量的填料进行挂膜的基础上再投入一定量的活性污泥,形成生物膜与活性污泥相复合的复合式反应器.
本试验所用填料为北京桑德公司生产的球形填料,网格状球形外壳内填有纤维丝,比表面积为600—1000m2 m3,球体直径为60mm.活性污泥取自北京第二毛纺厂二沉池.
　　超滤膜为日本三井石化公司生产的聚丙烯腈平板膜,膜板尺寸为3515c m×1515c m.切割分子量为20000,允许使用pH范围1—10.
112　污水水质
试验采用清华大学北区污水泵站的生活污水作为试验用水.其水质如表1所示.
表1　试验污水水质 m g L-1
温度
℃SS pH COD N H3
2N 15—25300618—71295—65214—27 113　试验方法与条件
(1操作条件的影响　本试验首先对膜复合式生物反应器的主要操作运行条件进行了研究,包括操作压力和膜面流速及生物反应器的水力停留时间(HR T和悬浮污泥(SS浓度.
试验运行条件如表2所示.
表2　试验运行参数
试验项目
膜分离装置生物反应器

HR T11202154—715513213

　　在膜面操作压力影响的试验中,先使系统运行1d,膜通透量的变化不大后,再改变膜面压力,观察通透量的变化.
在膜面流速、反应器的HR T以及悬浮污泥浓度的影响试验中,每一条件下先运行一段时间稳定后,清洗膜组件,再进行该条件下试验,同时观察膜通透量的变化,分析处理出水水质.
(2长期稳定运行试验　在反应器的HR T 为715h,总污泥浓度513g L(其中附着污泥310g L,悬浮污泥213g L,操作压力015,12,复合式生物反应器的长期运行试验.
运行过程中每隔5d取样,测定进水、反应器上清液和系统出水的COD、N H32N的浓度变化和反应器内污泥浓度的变化.
在试验期间内,没有进行排泥.
2　试验结果及讨论
211　操作压力和膜面流速对膜通透量的影响
(1操作压力　膜通透量随操作压力的变化曲线如图2所示.
当操作压力<0115M Pa时,膜通透量随操作压力的增加呈线性增加,即提高操作压力可
63环　　境　　科　　学19卷

以有效地提高膜通透量,而当操作压力>
0115M Pa 后,膜通透量随操作压力的增加趋于平缓,膜的能量利用效率降低.由此可判断操作压力0115M Pa 左右为最佳操作压力

.图2　膜通透量与操作压力的关系
(2膜面流速　试验中考察了膜面流速为112m s 和1168m s 条件下膜的通透量变化
.结

果如图3所示.
图3　膜面流速对膜通透量的影响11膜面流速=1168m s 　21膜面流速=112m s

(1SS 浓度对膜通透量的影响　以往的研究表明,生物反应器混合液SS 浓度越高,对通透量的影响越大.为保持较高的膜通透量,SS 浓度应维持在较低水平.本研究提出在膜2生物
反应器组合工艺中采用复合式反应器,正是为
了在保持反应器内总污泥浓度不变的条件下将SS 浓度控制在一个较低值,以减少其对膜通透量的影响,为探讨SS 浓度可能的最低范围,试验改变生物反应器的SS 浓度,考察了膜通透量的变化,

如图4所示.
图4　反应器SS 浓度对膜通透量的影响
SS =0183g L -1　21SS =314g L -1　31SS =213g L -1
结果表明,SS 浓度过高或过低都会对膜通透量产生不利影响.在膜的过滤过程中,膜通透
量主要受膜面污染物的影响.膜面污染物主要来自2方面,一是混合液中的固体物质;二是混
合液中的溶解性有机物(主要是代谢产物.污泥浓度过高时,污泥易在膜表面沉积,形成较厚的污泥层,导致过滤阻力增加,膜通透量低.另一方面,当污泥浓度太低时,污泥对溶解性有机物的吸附和降解能力减弱,使得混合液上清液中的溶解性有机物浓度增加,从而易被膜表面吸附,导致过滤阻力增加,膜通透量下降.因此,维持适中的污泥浓度,使膜表面的污泥沉积量和有机物的吸附量均维持在较低的水平,总阻力降低,可使系统的膜通透量得到提高.由图4可以得出10d 内的平均膜通透量与SS 浓度的关系,如图5所示.由图5可推断,在本试验条件下,适宜SS 浓度在2—215g L 左右
.(2HR T 的影响　考察了HR T 为4h 和715h 2种条件下的膜通透量的变化以及系统对COD 和N H 32H 去除效果的变化
.结果表明,在732期　　　　　　　　　　　　　　　　　环　　境　　科　　学　　　　　　　　　　　　　　　　　　　

图5　反应器SS 浓度与前10d 平均产水量的关系
本试验条件下,HR T 对膜通透量没有明显的影
响.同时系统对有机物、N H 32N 的去除效果均
保持良好,无明显差异,由此,反应器的HR T
至少可降低至4h .
213　长期稳定运行特性
(1膜通透量的变化　由图6可看出,膜2复合式生物反应器可维持相当长的一段稳定期,
膜通透量在20L m 2
h 以上的运行时间超过60d

以上.
图6　膜2复合式反应器长期运行膜通透量变化
(2出水COD 变化与代谢产物的积累　
系统进水、生物反应器出水和系统出水的COD
浓度及其随时间的变化如图7所示.
运行初期系统出水的COD 浓度一般在15m g L 左右,运行1个月以后,系统出水的
COD 浓度降到5m g L

以下
.图7　膜2复合式生物反应器进水、出水和系统出水水质变化
11进入COD 　21系统出水COD 　31反应器上清液COD
生物反应器的出水COD 浓度高于膜分离出水的COD 值,但变化不大.表明在试验运行期间,反应器内的代谢产物无明显积累的趋势,反应器中微生物对有机物的降解较完全.
COD 去除效率变化如图8所示,系统的总去除率基本在95%以上,生物反应器的去除效
率一般维持在90%左右,约占系统去除效率的95%.
运行过程中出现了一个反应器去除效率下
降点,这是由于系统停电导致系统运行停止所
致.而此时,系统的COD 总去除效率仍维持在
95%以上

.
图8　膜2复合式生物反应器COD 去除率的变化
(3N H 32N 去除效果　在长达60d 以上的
运行中,系统对N H 32N 保持良好的去除效果,去除率达95%以上.这主要是膜的分离截留作
用使生长缓慢、世代时间较长的硝化细菌大量滞留在反应器内,从而提高了系统的硝化效率.
(4生物反应器内污泥浓度变化　反应器内SS ,附着污泥和总污泥浓度以及SS 的V SS
SS

的变化如图9所示
.图9　反应器内污泥浓度变化情况
11SS 　21附着污泥　31总污泥　41V SS SS
结果表明,反应器内SS 浓度以及总污泥
浓度随着运行时间的增加有下降的趋势.原因
在于进水有机物浓度偏低,污泥负荷小,引起污泥自身消化,SS 的V SS SS 值也呈下降趋势,污泥活性有所降低,这是由于进水中无机组分在污泥中积累所致.
(下转第46页

图5

　生物陶粒沿床层对浊度的去除
图6　生物陶粒沿床层对色度的去除
的截污能力有所提高,这同生物陶粒反应器沿
程对浊度的去除规律相一致.
从对表1和图2-6的分析讨论可以得出:
在高水力负荷条