（环境工程专业论文）自生动态膜生物反应器处理碱减量印染废水研究.pdf

。幽 一一一东华大学学位论文原创性声明 本人郑重声明：我恪守学术道德，崇尚严谨学风。所呈交的学位 论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除 文中已明确注明和引用的内容外，本论文不包含任何其它个人或集体 已经发表或撰写过的作品及成果的内容。论文为本人亲自撰写，我对 所写的内容负责，并完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 学位论文作者签名：叶楣 日期：7 , , 0 1 5 年2 月万日 0 黝 白生动态膜生物反应器处理碱减量印染废水研究 东华大学学位论文版权使用授权书 学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同 意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允 许论文被查阅或借阅。本人授权东华大学可以将本学位论文的全部或 部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复 制手段保存和汇编本学位论文。 本学位论文属于 保密口，在年解密后适用本版权书。 不保密匹 学位论文作者签名：1 叶辊 指导教师签名：矽妇；咖 日期：加i 弓年z 月2 ，5 日日期：j ；年2 月灯日 o 缝篮 自生动态膜生物反应器处理碱减量印染废水研究 自生动态膜生物反应器处理碱减量印染废水研究 摘要 自生动态膜生物反应器( s e l f - f o r m i n gd y n a m i cm e m b r a n e b i o r e a e t o r ，s f d r ) 由于膜造价低，运行耗能低，膜污染易恢复 等特点弥补了传统m b r 的缺点。但自生动态膜技术与传统膜技术相 比还不成熟，对于s f d m b r 的运行稳定性、膜污染及其影响因素等 尚缺乏深入系统的研究。 本课题应用5 9 m 和5 0 9 m 孔径无纺布作为膜基材的s f d m b r 处 理经过厌氧折流板反应器( a b r ) 处理后的碱减量印染废水，对该反 应器运行的工艺条件、运行效果、微生物活性、膜污染特性及控制措 施等展开研究。本课题的主要研究结果如下： ( 1 ) 膜基材孔径对自生动态膜形成的初期影响较大，但是当自生 动态膜稳定生成以后不同孔径无纺布膜的通量趋于一致，一定范围的 孔径变化对s f d m b r 的稳定通量影响不大。运用间歇式压力步长法 测定反应器的临界条件为出水水头( w h d ) 等于1 8 e m 。 ( 2 ) s f d m b r 中自生动态膜的形成速度与曝气强度、污泥浓度 和w h d 有关，在本实验系统中，曝气强度控制在3 1 3 m 3 m 2 h 左右、 w h d 控制在5 e m 18 e m 范围、污泥浓度保持在4 5 0 0 6 5 0 0 m g l 之间， 可以实现反应器稳定运行。 ( 3 ) s f d m b r 对碱减量印染废水的c o d 、u 5 4 、色度、浊度的 去除率分别为7 4 8 5 、7 4 7 9 、7 9 8 6 、9 6 8 0 o 9 8 6 ，出 水水质优于纺织染整工业水污染物排放标准( g b 4 2 8 7 9 2 ) 一级排 放标准；5 9 m 孔径的无纺布动态膜的出水水质略好于5 0 1 a m 孔径的出 水。 ( 4 ) s f d m b r 中混合液中活性污泥的d h a 开始阶段处于升高状 态，后期趋于稳定；混合液中污泥的d h a 比无纺布自生动态膜的 d h a 要高，5 9 m 和5 0 9 m 无纺布自生动态膜的d h a 相差不大，前者 1 。缝篮 自生动态膜生物反应器处理碱减量印染废水研究 略高于后者。 ( 5 ) 自生动态膜过滤阻力主要由自生动态膜滤饼层阻力所控制， 其次是不可逆阻力，基膜的阻力可以忽略不计。 ( 6 ) 反应器运行过程中混合液和自生动态膜中固着性e p s ( e p s b ) 含量高于溶解性e p s ( e p s s ) ，且蛋白质多糖( p c ) 多大于l 。自生 动态膜上e p s b 蛋白质含量对动态膜膜阻力的升高起关键作用，其次 是e p s s 蛋白质，5 9 m 无纺布膜表面滤饼中e p s 含量比5 0 9 m 无纺布 膜上高。 ( 7 ) 反应器运行期间，混合液中e p s s 的含量先增加后减小，然 后逐渐趋于稳定；e p s b 含量整体有一定的上升趋势，其中e p s b 蛋白 质含量上升，e p s b 多糖略有减低。 ( 8 ) 膜污染层中无机元素种类多且成分复杂，可以推测a l 、s i 、 c a 、f e 等元素可能会以硫酸盐、碳酸盐、氯化物、硅酸盐、氢氧化 物或氧化物的形式沉积在膜表面。 ( 9 ) 污染后膜组件经过水力冲洗和手工擦洗后，再分别用 0 1 m o l l 的h c i 和o 1 的n a o h 浸泡1 h 可获得良好的通量恢复效果， 5 9 m 无纺布动态膜通量可恢复到未污染时的9 6 5 ，5 0 9 m 的无纺布 的动态膜通量可恢复至未污染时的7 8 1 ，大孔径膜基材更容易进入 污泥是其通量恢复效果差的主要原因。 本课题的研究结果可以为开发运行费用低廉、操作管理方便的碱 减量印染废水治理新工艺自生动态膜生物反应器提供实验依据， 各种运行参数和膜污染治理措施均具有较大的指导意义。 关键词：自生动态膜生物反应器碱减量印染废水工艺条件膜污染 胞外聚合物 o 缝缝 自生动态膜生物反应器处理碱减量印染废水研究 s t u d yo nt h et r e a t m e n to fa l k a l id e c r e n t p r i n t d 叮ga n dd y e i n gw a s t e 、7 l 缓t e rb ys e l f - f o r 删g d y n a t cm e m b r f u 呵eb i o r e a c t o r s e l f - f o r m i n gd y n a m i cm e m b r a n eb i o r e a c t o r ( s f d m b r ) m a k e su pf o rt h es h o r t c o m i n g so ft h e t r a d i t i o n a lm b r , b e c a u s ei t sm e m b r a n eh a st h ea d v a n t a g e so fl o wc o s t ，l o we n 盯科c o n s u m p t i o n , a n dh i g hf l u xr e c o v e r yf r o mm e m b r a n ef o u l i n g s f d m b ri sa ne f f e c t i v es o l u t i o nt op o p u l a r i z et h e m e m b r a n et e c h n o l o g y b u tc o m p a r e dw i t ht r a d i t i o n a lm e m b r a n et e c h n o l o g y , t h es f d m b ri ss t i l l u n r e l i a b l ef o r t h el a c k i n go ft h et h o r o u g h s y s t e m a t i c a li n v e s t i g a t i o no ns y s t e mo p e r a t i o n s t a b i l i t y , m e m b r a n ef o u l i n gm e c h a n i s m i nt h i ss t u d y , t h em e m b r a n em o d u l eo fs f d m b rm a d eb yn o n - w o v e nw i t hp o r es i z e5 p ma n d 5 0 p r ow e r ea p p l i e dt ot h et r e a t m e n to fa l k a l i - d e c r e m e n tp r i n t i n ga n dd y e m gw a s t e w a t e rw h i c hh a d b e e ni r e a t e dw i t ha n a e r o b i cb a f f l e dr e a c t o r ( a b r ) t h e o p e r a t i o n a lc o n d i t i o n s , t r e a t m e n t e f f i c i e n c i e s ，t h ea c t i v i t yo ft h eb i o m a s si nt h er e a c t o r , m e m b r a n ef o u l i n gc h a r a c t e r i s t i c sa n di t s c o n t r o ls t r a t e g i e sw e r ei n v e s t i g a t e d t h em a i nr e s u l t sa r ea sf o l l o w s ： ( 1 ) t h em e m b r a n ep o r es i z eh a ss i g n i f i c a n te f f e c to nt h ei n i t i a lf l u xo f t h es e l f - f o r m i n gd y n a m i c m e m b r a n e , b mw h e nt h ed y n a m i cm e m b r a n eh a sb e e nf o r m e ds t e a d i l y , t h em e m b r a n ef l u xo f n o n w o v e n sw i t hd i f f e r e n tp o r es i z e st e n dt ob ec o n s i s t e n t , t h ev a r i a t i o no fp o r es i z eh a ss m g h t e f f e c to ns t a b l em e m b r a n ef l u xi ns f l ) m b rt h ec r i t i c a lc o n d i t i o nw 鹊t h a tt h ew a t e rh e a d d 吲w h d ) w a s18c md e t e r m i n e db yt h ei n t e r m i t t e n tp r e s s l l r es t e pm e t h o d ( 2 ) t h ef o r m i n gs p e e do fs e l f - f o r m i n gd y n a m i cm e m b r a n ei sr e l a t e dw i t ha e r a t i o ni n t e n s i t y , s l u d g ec o n c e n t r a t i o na n dw h d i nt h i se x p e r i m e n t a ls y s t e m ，i no r d e rt ok e e pt h el o a m o rr u n n i n g s t e a d i l y , a e r a t i o ni n t e n s i t ys h o u l db ec o n t r o l l e da r o u n d3 1 3m 3 m 2 h ，w i l ds h o u l db ec o n t o l l e d b e 觚咖5 c ma n d18 c m ，s l u d g ec o n c e n t r a t i o ns h o u l db ek e p tb e t w e e n4 5 0 0 m g la n d6 5 0 0 m g l ( 3 ) i nt h ec o n d i t i o n so fe x p e r i m e n t , t h er e m o v a le f f i c i e n c i e so fc o d , u v 2 5 4 ，c h r o m a c i t ya n d t u r b i d i t yi na l k a l i d e c r e m e n tp r i n t i n ga n dd y e i n gw a s t e w a t e rw e r e7 4 - 8 5 , 7 4 - 7 9 , 7 9 * o - - 8 6 ，a n d9 6 8 9 8 6 r e s p e c t i v e l yb ys f d m b r t h eq u a l i t yo fe f f l u e n tw a t e rw 私b e t t e r t h a nt h ef i r s tg r a d ee f f l u e n ts t a n d a r d s ( g b 4 2 8 7 - 9 2 ) t h ee f f l u e n tq u a l i t yo fs e l f - f o r m i n gd y n a m i c m e m b r a n ef o r m e do nt h en o n w o v e nw i t ht h ep o r es i z eo f5b i nw a ss l i g h t l yl i t t l eb e t t e r , ( 4 ) t h ed h ai na c t i v a t e ds l u d g eo f m i x e dl i q u i di ns f d m b rw a sa te l e v a t e ds t a t ea tb e g i n n i n g ， i tt e n d e dt ob es t a b l ea tl a t e rp e r i o d ；t h ed h ai nm i x e dl i q u i ds l u d g ew a sh i g h e rt h a nt h ed h ai n n o n - w o v e ns e l f - f o r m i n gd y n a m i cm e m b r a n e ，t h ed h ai ns e l f - f o r m i n gd y n a m i cm e m b r a n eo ft h e n o n w o v e nw i t ht h ep o r es i z eo f5g ma n d5 0g r nw e r es l i g h t l yd i f f e r e n t , t h el a t t e rw a sh i g h e rt h a n t h ef o r m e r m 。缝懋 自生动态膜生物反应器处理碱减量印染废水研究 ( 5 ) t h er e s i s t a n c eo fm e m b r a n ef o u l i n gm a i n l yc o m e sf r o mt h ec a k el a y e rr e s i s t a n c e ，f o l l o w e d b yt h ei r r e v e r s i b l er e s i s t a n c ei ns f d m b r , a n dt h ei n h e r e n tr e s i s t a n c eo fm e m b r a n ec a nb e i g n o r e d ( 6 ) d u r i n gt h ep r o c e s so ft h eo p e r a t i o no fr e a c t o r , t h eb o n de p s ( e p s b ) w e t os i g n i f i c a n t l y h i g h e rt h a nt h a to fs o l u b l ee p s ( e p s s ) i ne p so fs l u d g em i x e dl i q u o ra n ds e l f - f o r m i n gd y n a m i c m e m b r a n ei ns f d m b r , a n dt h ep r o t e i n p o l y s a c c h a r i d e ( p c ) w a sg e n e r a l l yg r e a t e rt h a n1 t h e i m p a c to fe p s b - p r o t e i no nr e s i s t a n c eo fs e l f - f o r m i n gd y n a m i cm e m b r a n ei sp r e d o m i n a t e ， f o l l o w e db yt h ei m p a c to fe p s s - p r o t e i n 1 1 1 en o n w o v e nm e m b r a n ew i t ht h ep o r es i z eo f5l a mh a d m o r ec o n t e n t so f e p st h a nt h a to f 5 0 1 m a ( 7 ) d u r i n gt h ep r o c e s so ft h eo p e r a t i o no fr e a c t o r , t h ec o n t e n t so fe p s si nm i x e dl i q u i d i n c r e a s e df i r s ta n dt h e nd e c r e a s e d , a n dt h e ng r a d u a l l yb e c a m es t a b l e ；t h ec o n t e n t so fe p s nh a da c e r t a i nr i s i n gt r e n do v e r a l l ，i nw h i c he p s b - p r o t e i nc o n t e n ti n c r e a s e 1 2 ， 废水中含有大量的乙二醇、对苯二甲酸钠和涤纶不完全水解的聚合物。将碱减量 废水按比例混入以各种助剂、分散染料为特征污染物的印染废水中，形成碱减量 印染废水。表2 1 为模拟碱减量印染废水的水质。 表2 - 1 模拟碱减量印染废水的水质 t a b l e 2 - 1q u a n t yo fs i m u l a t i v ea l k a l i - d e c r e m e n tp r i n t i n ga n dd y e i n gw a s t e w a t e r 项目 (m(倍)。l ( n t u ) 篙p 1 1 黹) p h 范围 8 0 0 - i10 0l8 0 2 0 03 6 6 - 4 0 01 l l2 模拟碱减量印染废水经过p h 值调整至偏碱性后，进入a b r 进行厌氧处理； a b r 厌氧反应器出水作为s f d m b r 的原水，进行进一步的处理。表2 2 为碱减 量印染废水经过a b r 处理后的水质条件，即本实验s f d m b r 进水水质条件。 表2 - 2s f d m b r 进水水质 t a b l e2 - 2i n f l o ww a t e rq u a l i t yo fs f d m b r 项目 (m(倍) 。lr一篙( n 浊度t u ) p h 范围 2 3 0 - 2 6 0l6 - 3 02 4 每乞8 76 5 - 7 5 2 5 实验分析项目及方法 ( 1 ) 清水过滤实验 清水过滤实验在反应器中还未加入活性污泥时进行，将孔径不同的两种无纺 布膜组件按运行时的状态装入反应器中，利用清水( 自来水) 分别测定两种膜组 件出水的膜通量。 ( 2 ) 初滤实验 初滤实验是在反应器加入经过驯化的活性污泥并开始进水、启动后，测定膜 组件通量的变化。本实验污泥浓度为5 2 0 0 m g l 、w h d 为18 c m ，测定系统运行 开始后9 天内的膜通量变化。 ( 3 ) 浊度的测定 反应器进出水的浊度由h 1 8 8 7 0 3 高精度浊度测定仪测定。 2 0 。缝缝 自生动态膜生物反应器处理碱减量印染废水研究 ( 4 ) m e s s 的测定 m l s s 是指曝气池中混合液的活性污泥浓度，即单位容积混合液内所含有的 活性污泥固体的总质量，通常表示单位为m g l 。取1 0 0 m l 混合均匀的污泥混合 样，用已经烘干称重的定量滤纸( g i ) 过滤，然后每次在1 0 3 - - 1 0 5 处烘干2 h 后，在干燥器中进行冷却，最后称量、恒重( g 2 ) 。两次称量差值不超过0 0 0 0 5 9 为止。用公式m l s s ( m g l ) = ( g 2 - g d xl o o o o 1 进行计算。 ( 5 ) 接触角的测定 无纺布膜的接触角用接触角仪( s l 2 0 0 c ，上海梭伦信息科技有限公司) 测 定。 ( 6 ) 临界通量的测定 目前应用于m b r 工艺的临界通量测定方法主要有压力阶梯法，流量阶梯法， 直接观察法、滞后效应法、工作曲线作图法等【9 。7 。9 9 1 。其中，最常用的两种测量临 界通量的方法是压力阶梯法和流量阶梯法。流量阶梯法是指在一个较低通量下运 行反应器，经过一段时间后，观察跨膜压差的变化，如跨膜压差保持稳定，就继 续将通量升高到一固定值，使反应器在此通量下运行相同的时间间隔，记录跨膜 压差变化，重复此操作直至跨膜压差不能保持稳定，说明膜材料已被污染，此通 量为j n + l ，在此之前的通量为j n ，因此可得临界通量在j n 和j n + l 之间。压力 阶梯法的原理类似于流量阶梯法，跨膜压差高于临界压力，会在膜表面形成滤饼 层，在压力恒定的条件下运行反应器，不断提高膜压力，记录通量在一段时间内 的变化。 s f d m b r 由于采用大孔径膜基材，过滤阻力较低，不需要使用抽吸泵，可 以依靠重力自流出水，即相当于恒压操作。因此综合比较，压力阶梯法更适合用 于自生动态膜临界通量的测量。但是由于自生动态膜具有可压缩性，需要对传统 的压力阶梯法采取一定改进措施。 孙丰恺等【l 删提出一种间歇式压力步长法，能够最大程度的减少自生动态膜 可压缩性对临界通量测量的影响。将其运用到本实验中其具体测量方法如图2 3 所示，其基本原理同传统的压力阶梯法是一致的。在低的w h d 下( c m h 2 0 表示) 运行反应器一段时间( 持续时间) ，每隔一定较短的时间测定其通量，观察其变化， 然后升高一定的w h o ( 步长) ，在此过w h d 下运行反应器，再测定其通量，观 察其在一段时间内的变化情况，若通量能够保持稳定，则继续升高w h d 。直到 在一定w h d 下膜通量不能保持稳定而逐渐下降，当下降幅度超过1 0 时便认为 膜污染发生。此过w h d 下的平均通量称为j a ，在前一w i l d 下的平均通量为j b ， 定义这两个通量的平均值为动态膜的临界通量j c 。 间歇式压力步长法与传统方法相比最明显的特点是在相邻的两步中间存在 一段放松时间，放松阶段即将污泥从排泥系统排出一部分，至水位刚好与出水口 。缝懋 自生动态膜生物反应器处理碱减量印染废水研究 平齐，使动态膜处于压力最小的阶段。放松阶段结束后，将污泥重新放入装置中， 进行下一个w b d 下通量变化的测定。由于自生动态膜具有可压缩性，因此在运 行期间动态膜被压缩而造成膜阻力上升，而在放松阶段可以最大程度的消除可压 缩性的影响。因此放松阶段保证了在整个临界通量测量期间自生动态膜性质保持 一致，使测得的临界通量更准确。 e j 咖 鼎 巡 2 345 时间段 言 苦 妻 图2 - 3 自生动态膜临界通量测定示意图 f i g 2 - 3s c h e m a t i cd i a g r a m o fm e a s u r i n gc r i t i c a lf l u xo f s e l f - f o r m i n gd y n a m i cm e m b r a n e 2 6 无纺布动态膜生物反应器的运行试验研究 2 6 1 两种不同孔径的无纺布性能的比较 2 6 1 1 膜基材的物理性质 膜组件物理性质对比如表2 3 所示，这两种膜组件膜基材均由性质稳定的化 学合成纤维组成，物理特性还是有所区别，这些差异都可能在一定程度上影响两 种膜基材在实际运行中的性能表现。 。醢缱 自生动态膜生物反应器处理碱减量印染废水研究 表2 - 3 两种膜基材的物理性质对比 t a b l e2 - 3p h y s i c a lp r o p e r t i e sc o m p a r i s o no ft w ok i n d so fm e m b r a n e 膜组件怒m 槲 蕊p m 朔磊m 甲鬻 l cil，t一，i v j a2聚丙烯无纺布 5 p m 1 1 0 4 1 0 41 0 7 b2 聚丙烯无纺布 5 0 9 m 1 0 3 1 1 0 41 0 5 2 6 1 2 膜组件a 和b 的过滤性能 清水过滤实验 为了分析孔径分别为孔径为5 1 u n 和5 0 1 u n 的无纺布过滤性能，分别用两种无 纺布的膜组件进行清水过滤实验。实验结果如图2 _ 4 。 2 姜 一 、_ ， 卿 赠 巡 、h d ( 训 图2 - 4 两种膜组件清水通量随w i l d 的变化 f i g 2 - 4v a r i a t i o no f c l e a nw a t e rf l u xw i t hw i l do f t w ok i n d so f m e m b r a n em o d u l e s 从图2 4 中可以看出，孔径为5 9 m 和5 0 p r o 的无纺布膜组件的膜通量都随 w h d 的增大而增大，并且在同一w i l d 条件下，5 0 1 u n 无纺布膜的膜通量明显高 于5 p x n 无纺布膜，说明5 0 p r o 无纺布膜清水过滤性较好，即5 0 p u n 无纺布膜的固 有阻力小于5 i l m 无纺布膜。从膜通量的数值上分析，5 0 1 u n 无纺布膜的平均膜通 量要比5 l u n 无纺布膜高1 4 7 。 初滤实验 为了考察不同孔径的膜基材对动态膜形成后的稳定通量的影响，利用两种 不同孔径膜基材制作的膜组件分别进行初滤实验，实验结果如图2 5 所示。 。缝缝 自生动态膜生物反应器处理碱减量印染废水研究 2 姜 j 、- 一 咖l 赠 运行时间 图2 - 5 两种膜组件运行初期膜通量随时间变化 f i g 2 - 5v a r i a t i o no fm e m b r a n ef l u xw i t ht i m eo ft w ok i n d s o fm e m b r a n em o d u l e s d u r i n gt h ee a r l yp e r i o do fo p e r a t i o n 如图2 5 可以看出，运行开始时，孔径大的无纺布动态膜通量明显高于孔径 小的无纺布膜通量，这是由于在运行初期，动态膜还未完全形成，通量受膜孔径 的影响比较大，大孔径的膜通量大于小孔径的，随着运行时间的增长，无纺布表 面形成稳定的动态膜，此时大孔径和小孔径的无纺布膜通量趋于一致，稳定通量 在1 0 1 6 l m 2 h 之间。5 0 t i m 的无纺布膜通量仅仅略高于5 t i m 的，由此可知孔 径对自生动态膜生物反应器稳定通量的影响不大。 2 6 2s f d m b r 运行时临界条件的确定 临界通量假设是膜生物反应器工艺成功长期运行的指针，绝大多数浸没式工 艺都可以在亚临界区长期地稳定运行。临界通量最先由f i e l d i o l l 等提出：在微滤 过程中存在这样一个临界通量，当过滤通量小于它时，膜材料不会被污染，而当 过滤通量大于它时，污染便会发生。 本实验中按照图2 3 中提供的方法，在每个w h d 下，每隔3 小时测定一次 膜通量，以5 0 p m 无纺布膜为研究对象得到图2 - 6 ，可以看出，由于5 0 p m 无纺 布膜在w i l d 达到1 8 c m 时膜通量逐渐下降，从1 5 8 9 l ( m 2 h ) 下降到1 3 8 3 l ( m 2 h ) ， 2 4 。缝懋 自生动态膜生物反应器处理碱减量印染废水研究 下降幅度超过10 ，而通过实验知，5 p m 无纺布膜通量在2 0 c m 处才开始衰减迅 速，因此为控制整个反应器处于亚临界条件，应以5 0 岬无纺布膜为研究对象， 测定临界通量。如图2 - 6 ，w h d 为1 7 e m 时膜通量平均值为1 4 1 5 l ( m 2 h ) ，w i l d 为1 8 c m 时膜通量平均值为1 5 0 3 l ( m 2 h ) ，由此确定实验条件下反应器的临界通 量为1 4 5 9l ( m 2 h ) 。 2 “ e ) v 卿l 赠 型 时间( h ) 图2 - 6 不同w h o 的出水通量随时间变化 f i g 2 - 6v a r i a t i o no fm e m b r a n ef l u xw i t ht i m ei nd i f f e r e n tw i l d 由于在本实验中膜组件依靠重力出水，出水通量无法调节，所以选择依据临 界通量得出临界压力( 即临界通量时的w h d ) 作为反应器的临界条件，因此本 实验以w h d 等于1 8 c m 作为反应器运行的临界条件。 2 6 3 自生动态膜的形成 白生动态膜是由s f d m b r 中的污水和污泥混合液自生成膜，膜组件对s s 是否具有良好的截留能力是自生动态膜是否形成的重要标志，可以选择出水浊度 作为衡量自生动态膜是否稳定形成的参数1 0 2 1 。在污泥浓度为5 5 2 8 m g l 、曝气强 度为3 1 3 m 3 m 2 h 、w h d 为1 4 c m 的条件下，启动反应器。反应器运行初期两 种膜组件的出水浊度随时间变化如图2 7 。 自生动态膜生物反应器处理碱减量印染废水研究 ，一、 昌 弓 趟 爱 时间( r a i n ) 图2 7 自生动态膜出水浊度随时间变化 f i g 2 7v a r i a t i o no f e f f l u e n tt u r b i d i t yw i t ht i m eo f s e l f - f o r m i n gd y n a m i cm e m b r a n e 如图2 7 可见，系统运行初期( 前3 0 m i n 内) 出水浊度下降趋势明显，而5 p m 聚丙烯无纺布膜的出水浊度要低于5 0 p r o 聚丙烯无纺布膜出水。3 0 m i n 后出水浊 度明显降低，而7 0 m i n 后，5 岬和5 0 1 j m 无纺布膜出水均低于5 n t u ，此时可以 认为自生动态膜已经形成。 在反应器运行初期，膜基材仅仅依靠无纺布纤维丝实现对水体中颗粒物、胶 体物质等的截留【7 3 1 ，截留效率很低，因此出水浊度偏大，而5 p m 的膜基材由于 纤维较5 0 9 m 的更加致密，对浊度的去除效率也就更高一些。随着污泥颗粒的不 断附着，无纺布表面会慢慢形成稳定的污泥层一即动态膜，此时系统对浊度的去 除趋于稳定，两种不同孔径的膜基材对浊度的去除并无明显差异。 2 6 4 反应器运行过程中主要影响因素的研究 2 6 4 1 曝气强度 在s f d m b r 中，曝气由生物反应器侧面的曝气系统提供。曝气的主要作用 是：提供氧气、保持反应器内混合流态；产生膜面表面错流，从而在膜表面引起 剪切压力。由于本装置采用侧下方曝气，曝气不仅可以提供微生物代谢所需的氧， 同时能够不停冲刷膜表面，减缓膜污染。总体来说，曝气强度和错流流速对动态 膜的结构和过滤性能的影响是多方面的。但对于延长系统稳定时间，保持一定的 2 6 。缝蠡蜃 蝴态膜生物反应器处理碱赶印染废水研究 嘲i 删删掰 白堆动寨匿堆蜘后而爰朴理誓准量印銎晤7 i ( 研虿 错流流速也是必要的。本课题通过改变曝气强度，研究曝气强度及错流速度对出 水浊度的影响。 在s f d m b r 运行初期、w h d 为1 7 c m 条件下，系统内污泥浓度为5 4 6 0 m g l ， 选择5 p m 无纺布膜组件为研究对象。曝气强度与出水浊度之间的关系如图2 8 所示。 ，- 、 3 卜 z v 巡 羁 时间( r a i n ) 图2 - 8 不同曝气量下出水浊度的变化 f i g 2 - 8v a r i a t i o no fe f f l u e n tt u r b i d i t yw i t ht i m eu n d e rd i f f e r e n ta e r a t i o ni n t e n s i t y 由图2 8 可见，曝气强度对动态膜的形成影响较大，当曝气强度为 1 5 6 m 群h 、3 1 3m 2 h 时，出水浊度在7 0 m i n 后降到了5 n t u 以下，系统混 合液溶解氧浓度分别为l m g l 和2 m g l 左右；而当曝气强度为6 2 5m 3 m 2 h 、9 3 8 m 3 m 2 h 时，出水浊度下降得较慢，在7 0 m i n 后还有3 0 n t u 左右，对应的混合液 溶解氧浓度均大于4 m g l 。曝气强度越小动态膜形成的越快，曝气强度的增加会 导致膜面错流速度增大，使得污泥颗粒在较强错流速度的冲击下无法迅速沉积在 膜基材表面，从而影响了动态膜的形成。实验结果与k i s o 掣1 0 3 】的研究结果一致， 即强烈的曝气会影响动态膜形成。在本实验条件下，为保证微生物供氧充足及自 生动态膜的快速形成，曝气强度应控制在3 1 3m 3 m s h 左右为宜。 2 642 出水水头( w 皿) 自生动态膜与m b r 中( 非动态的超滤、微滤膜) 固定膜污染层有相似性。 2 7 缝缝 自生动态膜生物反应器处理碱减量印染废水研究 对于传统的固定膜，膜两侧的压差( t r a n s m e m b r a n ep r e s s u r e ，t m p ) 及其变化 的历程对膜污染层的结构以及膜污染的发展都有影响。自生动态膜过滤动力为水 力自重，如果忽略水流在动态膜出水管路上的水头损失【1 川，可近似认为自生动 态膜的t m p 等于反应器出水口与反应器内的液位差1 1 0 5 ，该液位差即称为出水水 头( w a t e rh e a dd r o p ，w h d ) ，如图2 - 4 中所示。 w h d 对于动态膜出水通量和水质的影响有两方面：提高有助于增加出水通 量；但同时压缩动态膜，改变其结构，增加出水阻力，削减出水通量。鉴于w h d 对动态膜出水通量的两方面影响，对于特定的动态膜生物反应器，存在一个最佳 w h d ，使得出水通量和稳定运行时间之间达到一个平衡。本课题研究不同w h d 条件下无纺布动态膜的出水通量和浊度变化规律，研究w h d 对动态膜过滤性能 的影响。 在每个运行周期的开始，以5 1 a m 无纺布动态膜生物反应器为研究对象，分 别在不同w h d 下测定动态膜在1 0 0 m i n 内通量的变化，通过调节进水流量保持 w i l d ，得出如下图2 - 9 的变化曲线。 竺 三 e e 血璺： 国 h , l - f 司( m i n ) 图2 - 9 不同w h d 的出水通量随时间变化 f i g 2 - 9v a r i a t i o no fe f f l u e n tf l u xw i t ht i m eu n d e rd i f f e r e n ta e r a t i o ni n t e n s i t y 由图2 - 9 可知，w i l d 越大，动态膜的初始通量越大，随着运行时间的推移， 通量逐渐减小，不同w e d 下，通量变化趋势一致，但是到4 0 m i n 以后变化趋势 不明显，数据相对密集，但并不是w h d 大的稳定通量大于w h d 小的稳定通量， 麟 自生动态膜生物反应器处理碱减量印染废水研究 从数值上看w h d 为2 0 c m 时的稳定通量小于w h d 为l8 c m 时，由此可知并不 是w h d 越大越好。 ， 3 卜_ z 、 型 菩 1 5 0 9 0 6 0 3 0 4 06 08 0 时间( r a i n ) 图2 1 0 不同w h d 时浊度随时间变化 f i g 2 - 1 0v a r i a t i o no fe f f l u e n tt u r b i d i t yw i t ht i m eu n d e rd i f f e r e n tw h d 从图2 1 0 可知，在s f d m b r 运行初期，出水浊度随反应器运行时间不断减 小，最后趋于稳定，w h d 越大，浊度下降的越快。在s f d m b r 中，w h d 即为 出水跨膜压差，压差越大动态膜形成越快，从而动态膜出水浊度下降的越快。 在反应器运行初期到稳定运行的一周时间内，进水流量恒定时，膜通量与 w i l d 的变化如图2 1 1 所示。 2 9 。醯缝 自生动态膜生物反应器处理碱减量印染废水研究 n e 、 j 删 赠 巡 时间 图2 1 l 膜通量与w i l d 随时间的变化 f i g 2 - 1 1v a r i a t i o no fm e m b r a n ef l u xw i t ht i m eu n d e rd i f f e r e n tw h d 由图2 1 l 可见，在反应器运行初期，孔径较小的5 p m 聚丙烯无纺布的通量 明显小于5 0 u m 聚丙烯无纺布。在动态膜还未完全形成时，膜组件的通量主要与 无纺布的孔径相关，孔径大的膜基材通量也大，而随着动态膜的稳定形成，膜通 量趋于稳定，并且两种孔径的无纺布膜通量相差不大，稳定在1 0 1 6 l ( m 2 - h ) 。 膜污染的加剧会导致膜过滤阻力的增大，从而引起出水量的衰减或者过膜压力的 上升【1 嘛1 0 引。而本实验中自生动态膜形成过程和膜污染过程原理类似，只是初期 的截留和吸附导致的膜过滤孔径的减小，因此也会导致w i l d 在动态膜形成初期 时有所变化，稳定运行时基本保持稳定。 由于该反应器的出水驱动力是w h d ，而大量研究表明s f d m b r 在一个较 低的w i l d 条件下便可实现自流出水。经过试验运行得知，在w h d 等于5 c m 时 系统即可保持稳定出水。结合临界条件，在本实验中w i l d 基本控制5 c m 一1 8 c m 范围内运行。 2 6 4 3 污泥浓度 污泥浓度对动态膜系统有多方面的影响，影响动态膜的出水水质、出水通量 3 0 荜季天学 w j y m t t 硼咄盟，r 自生动态膜生物反应器处理碱减量印染废水研究 和运行周期等，具有一定的复杂性，目前对于污泥浓度的影响各国学者从很多方 面对进行了研究。本课题主要研究不同污泥浓度时系统出水浊度的变化规律，研 究相同w h d 条件下污泥浓度与通量的关系。 在每个周期的运行初期，测定污泥浓度和浊度随时间变化，得出每个运行周 期初期浊度随时间变化，图2 1 2 为以5 9 i n 无纺布为研究对象，不同污泥浓度下 浊度随时间变化图。 1 6 0 3 卜- z 掣8 0 刷 0 0 加6 08 0 时间( 州n ) 图2 1 2 不同i i l s s 时浊度i 瞳运行时间变化 f i g 2 - 1 2v a r i a t i o no f e f f l u e n tt u r b i d i t yw i t ht i m ei nd i f f e r e n tm l s s 由图2 1 2 可知，在反应器每个周期的运行初期，浊度不断下降，可以得知 污泥浓度大的初始浊度大，可能原因是动态膜未形成时，污泥浓度大的混合液通 过无纺布过滤时，混合液中颗粒悬浮物更多，所以浊度更大，随着反应器的运行 时间的推移，污泥浓度大的浊度下降快，说明污泥浓度大的，形成动态膜所需的 时间更少，污泥浓度小的形成动态膜所需时间长，但是又由于污泥浓度太大，造 成膜污染更严重，而且高浓度的污泥势必影响氧的传质作用，需要更大的曝气量。 自生动态膜生物反应器处理碱减量印染废水研究 竺 c ： e p 西 e 、_ 工 。 时间( d ) 图3 - 7s f d m b r 混合液和动态膜中徽生物脱氢薅活性的比较 f i g 3 - 7v a r i a t i o no fd h a w i t ht i m ei nm i x e ds l u d g ea n dd y n a m i cm e m b r a n ei ns f d m b r 如图3 7 可见，5 p m 与5 0 9 m 无纺布动态膜在每个运行周期末的d h a 和反应器 混合液污泥的d h a 随运行时间的变化，三者的d h a 变化趋势基本一致，但是也 很明显看出混合液污泥的d h a l 匕无纺布生物动态膜的d h a 要高。动态膜基材纤 维空隙间和动态膜中存在的大量污泥颗粒，影响了动态膜上微生物与营养物质之 4 2 o 缝缕