A2O-MBR污水處理系統(tǒng)中膜污染物質(zhì)和行為解析.pdf

1、膜生物反應(yīng)器(MBR)工藝是傳統(tǒng)活性污泥法(CASP)與膜分離技術(shù)相結(jié)合的高效的污水處理再生技術(shù)。MBR具有污泥濃度高、處理水水質(zhì)好、占地面積小、水力停留時間和污泥停留時間可分別控制等優(yōu)點(diǎn),具有良好的發(fā)展和應(yīng)用前景。然而,膜污染是制約 MBR工藝大規(guī)模工程應(yīng)用的主要因素,它一方面導(dǎo)致膜組件的頻繁物理、化學(xué)清洗,增加運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用,另一方面影響膜的使用年限,增加膜更新的費(fèi)用。迄今對于膜污染的研究多集中在小型實(shí)驗(yàn)研究方面,對于實(shí)際投入運(yùn)行的

2、MBR的膜污染研究較少。因此,很有必要系統(tǒng)性地研究運(yùn)行中的MBR的膜污染狀況,為通過運(yùn)行調(diào)控實(shí)現(xiàn)膜污染控制奠定理論和技術(shù)基礎(chǔ)。
　　本課題是國家自然科學(xué)基金重點(diǎn)項(xiàng)目(50838005)的部分研究內(nèi)容,針對西安思源學(xué)院污水處理廠2000 m3/d的A2O-MBR污水再生處理系統(tǒng),分析評價了其在歷時9個月的連續(xù)運(yùn)行過程中的跨膜壓差(TMP)變化和膜過濾性能,結(jié)合現(xiàn)場采樣分析和批式膜過濾試驗(yàn),進(jìn)行了主要膜污染物質(zhì)的膜污染特性表征,開展了

3、恒通量運(yùn)行模式下A2O-MBR系統(tǒng)的膜污染機(jī)理分析。論文的主要研究內(nèi)容及成果如下:
　　(1)通過連續(xù)檢測與采樣分析,評價了A2O-MBR系統(tǒng)污水再生處理的工藝特點(diǎn)、處理效果和膜過濾特性。該系統(tǒng)采用厭氧-缺氧-好氧(A2O)反應(yīng)器進(jìn)行污水生化處理,后續(xù)中空纖維膜淹沒式膜生物反應(yīng)器(MBR)。在A2O階段采用了污泥混合液逐級回流方式,以利于溶解氧的合理利用和污泥的混合均勻;在MBR單元采用了抽吸泵間歇抽吸和周期性維護(hù)性清洗(EFM)

4、的方式,以利于膜污染防止。長期運(yùn)行結(jié)果表明,該系統(tǒng)在保障再生水達(dá)到雜用和景觀回用水質(zhì)的同時,9個月的運(yùn)行周期內(nèi)在恒通量模式下(16 L/m2h),跨膜壓差(TMP)一直穩(wěn)定在12.4-21.5 kPa之間,實(shí)現(xiàn)了低TMP條件下的穩(wěn)定運(yùn)行。
　　(2)通過A2O-MBR系統(tǒng)各階段的污泥混合液采樣,針對活性污泥性狀、溶解性有機(jī)物(DOM)和胞外聚合物(EPS)含量和組成進(jìn)行分析,研究了膜污染物質(zhì)的沿程變化規(guī)律。溶解氧、氧化還原電位、污

5、泥濃度(MLSS和MLVSS)、粘度等參數(shù)分析表明,厭氧池、缺氧池、好氧池和膜池的生化條件良好;以EPS作為代表性的膜污染物質(zhì),發(fā)現(xiàn)其總量和組分(蛋白質(zhì)和多糖)沿厭氧池、缺氧池、好氧池和膜池均呈顯著性下降的趨勢,且隨著運(yùn)行時間的延長沒有在膜池發(fā)生積累,表明A2O-MBR處理流程有抑制EPS大量進(jìn)入膜池的作用。對DOM進(jìn)行三維熒光光譜(EEM)分析,結(jié)果表明蛋白質(zhì)具有可生化降解性,但容易被膜截留,其含量沿處理流程降低有利于膜污染控制;與此

6、相比,腐植酸類物質(zhì)生化降解性差,其含量沿處理流程基本不變,但容易通過膜孔,對膜污染的影響相對較小。
　　(3)對膜池污泥混合液、DOM、EPS和泥餅層的性質(zhì)進(jìn)行了較全面的分析。比較了原水、污泥混合液和出水DOM的性質(zhì),結(jié)果表明DOM的三種重要組分具有不同的生物降解率和膜截留率,多糖的生物降解率低、膜截留率高,對膜污染的影響大于蛋白質(zhì)和腐植酸。將膜池污泥混合液中的EPS細(xì)分為SEPS(溶解性)、LBEPS(松散結(jié)合型)和TBEPS(

7、緊密結(jié)合型)三類,批式膜過濾試驗(yàn)結(jié)果表明LBEPS各組分的含量低但膜截留率均最高,比膜污染指數(shù)(SMFI)是SEPS的2倍、BEPS的17倍,同時LBEPS松散分布于污泥絮體的表面能夠自由運(yùn)動、分子量相對較小,容易導(dǎo)致膜孔污染和泥餅層孔隙率的降低。
　　(4)通過膜面泥餅層污泥取樣分析,并進(jìn)行與膜池混合液污泥相比較的批式膜過濾試驗(yàn),研究了膜面泥餅層的形成和膜污染物質(zhì)積累的規(guī)律。結(jié)果表明:①泥餅層污泥的膜污染指數(shù)(MFI)是混合液污

8、泥MFI值的3.3倍,兩種污泥的過濾總阻力也相差3倍,但阻力增量的90％集中在泥餅層阻力(Rc)上,膜孔阻力(Rp)增幅不大,說明泥餅層污泥雖具有更強(qiáng)的膜污染趨勢,但主要導(dǎo)致的泥餅層阻力(Rc)是比較容易恢復(fù)的;②與混合液污泥相比,泥餅層污泥的粒徑增大,且 MLVSS/MLSS比值降低,說明泥餅層內(nèi)無機(jī)固體所占比例高,是以無機(jī)質(zhì)為主的壓縮體,因此由泥餅層密實(shí)構(gòu)造產(chǎn)生的阻力增大;③與混合液污泥相比,泥餅層污泥中結(jié)合型胞外聚合物(BEPS)

9、總量沒有增多,但蛋白質(zhì)與多糖在BEPS中的含量比(PN/PS)明顯降低,說明 BEPS在泥餅層中處于不斷富集和被泥餅層內(nèi)微生物利用的動態(tài)過程中,BEPS組分的變化對泥餅層阻力也產(chǎn)生了一定影響。④應(yīng)用傅里葉變換紅外光譜法(FTIR)、能譜法(EDX)、掃描電鏡(SEM)和原子力顯微鏡(AFM)等對膜污染物質(zhì)和膜表面形態(tài)進(jìn)行分析,發(fā)現(xiàn)污染物附著在膜表面形成不均勻的凝膠狀。分析認(rèn)為膜池混合液中存在的Fe、Mg、Al等金屬離子會與膜面沉積的有機(jī)

10、聚合物大分子(如蛋白質(zhì)和多糖)之間發(fā)生絡(luò)合反應(yīng),造成一定程度的金屬離子富集,促進(jìn)泥餅層的成長,增大泥餅層的密實(shí)度的和降低泥餅層的孔隙率,是導(dǎo)致泥餅層污泥過濾阻力增大的主要原因,而泥餅層對污染物的截留也起到了抑制膜孔污染的積極作用。
　　(5)運(yùn)用膜過濾阻力模型,將膜阻力分解為膜固有阻力Rm、EFM清洗可去除阻力Rr和不可去除阻力Rir,結(jié)合A2O-MBR系統(tǒng)長期運(yùn)行過程的初期和末期典型 EFM清洗實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行模擬計(jì)算。結(jié)果表明,經(jīng)