投加粉末活性炭对膜阻力的影响研究

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1、投加粉末活性炭对膜阻力的影响研究窗体顶端　　目前，限制膜生物反应器(MembraneBioreactor,MBR)广泛应用的主要原因是该系统的运行费用较高，而膜折旧在运行费用中又占有相当大的比例。降低膜折旧费用的方法有两种，其一是增加膜的工作寿命；其二是增加膜的工作通量，从而降低所需的膜面积。采取低压操作、间歇运行、紊流曝气等措施可在一定程度上减缓膜污染和堵塞［1］，在上述基础上，笔者又对在MBR系统中投加粉末活性炭(PAC)的效果进行了研究。　　1 理论依据　　1.1膜比通量　　为比较不同膜面积、不同工作压力下膜的透水特性，引入膜比通量(Sp

2、ecificFlux,SF)的概念。定义SF是基于在较低压力下工作的膜出水量与膜面积和工作水位差之积的比值，用公式表示如下： 　　SF=Q/(AH)=J/H　　　　　　(1)　　式中　SF——膜比通量，m3/(m2·m·s)　　　　　J——膜通量，m3/(m2·s)　　　　　Q——膜组件出水量，m3/s　　　　　A——膜表面积，m2　　　　　H——工作水位差，m　　1.2 膜通量的基本方程　　日本学者ShimizuY.等人分析了膜通量下降的因素，提出了膜通量与膜阻力的关系［2］：　　J＝ΔP/(μ·Rt)(2)　　式中ΔP——作用于膜两侧的压差

3、，Pa　　　　μ——渗透液的粘度，Pa·s　　　　Rt——膜的总阻力，m-1　　膜的总阻力可以表示为：　　Rt=Rm+Rp+Rc(3)　　式中Rm——纯膜阻力，m-1　　　　Rp——膜污染阻力，m-1　　　　Rc——滤饼层阻力，m-1　　2 试验方法　　2.1 小试　　小试历时4个月，试验装置如图1所示。　　为方便比较，进水水质与运行方式均与不投加PAC的试验基本相同。采用间歇出水的方式，出水时间与空曝时间之比为7∶3，其他主要控制参数：水温为18～28℃；曝气量为0.2～0.27m3/h；膜上作用水头为7kPa；PAC投加浓度为2000mg/

4、L；平均进水CODCr=250mg/L(其中BOD5∶N∶P按100∶5∶1计)；MLSS=8000mg/L；SRT=100d。　　2.2 中试　　在原有的中试装置［3］运转近5个月时取出膜组件，将膜表面的泥饼清洗干净后放回。向反应器中一次性投加2000mg/LPAC，其他试验参数及运行方式与不投加PAC时基本相同［3］。每周期处理水量为280L/h；HRT为6.25h；气水比为30∶1；平均排泥量为30L/d；MLSS维持在7500mg/L左右(平均含有1700mg/L的PAC)；SRT为30d；温度维持在24～27℃；反应器内混合液pH值维

5、持在7.0左右。　　3 小试结果与讨论　　3.1 投加PAC对膜比通量的影响　　投加与不投加PAC对膜比通量的影响见图2。　　由图2可见：　　①未投加PAC的MBR中膜比通量的变化可分为两个阶段。投入运行后的前5d属于快速下降阶段，膜的比通量由6.61×10-6m3/(m2·m·s)降至3.25×10-6m3/(m2·m·s)，其日均降低速率为6.72×10-7m3/(m2·m·s)。此后MBR即进入运行的相对稳定阶段，膜比通量的日均下降速率仅为1.54×10-8m3/(m2·m·s)。　　②投加PAC的MBR在投入运行后并没有出现快速下降期，

6、膜比通量随运行时间的延长而缓慢下降，日均下降率为2.69×10-8m3/(m2·m·s)。　　③投加PAC后稳定运行阶段的膜比通量较投加PAC前明显增大。在运行时间相同(约100d)的条件下，未投加PAC的MBR中膜比通量仅为1.81×10-6m3/(m2·m·s)，而投加PAC的MBR中膜比通量为5.14×10-6m3/(m2·m·s)，为前者的2.84倍。可见在MBR中投加PAC对维持较高膜比通量具有显著效果，大大提高了产水量。　　3.2 PAC与活性污泥的相互作用　　在试验末期的镜检中发现，成熟活性污泥絮体的体积比PAC颗粒本身的体积大得

7、多，每个较为独立的菌胶团中含有一颗或多颗PAC颗粒，镶嵌在污泥里仅起骨架作用。根据PAC及菌胶团的性质，在向MBR中投加PAC后，炭粒与菌胶团之间即存在相互作用。最初，PAC的吸附性和微生物的附着性使得混合液中大量的游离细菌、生物絮体迅速地包围PAC颗粒，形成较大的絮体；随着该絮体中微生物的数量增多，分泌的胞外聚合物也增多，当其他絮体或游离细菌接近时，各自的胞外聚合物不规则地缠绕在一起，从而使絮体进一步凝聚形成一个以PAC颗粒为骨架的大絮体，二者的相互作用使含有PAC颗粒的大絮体在曝气强度较大的MBR中稳定存在。　　3.3 PAC对MBR膜阻力

8、影响的定量分析投加PAC可形成粒径更大、强度更高、粘性更小的矾花。随着污泥絮体性能得以改善，膜阻力随之减小。各项阻力的测量方法如下：①纯膜阻力Rm。清