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防止膜污染的操作

发布时间：2011/4/14 阅读次数：1265 字体大小: 【小】【中】【大】

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膜生物反应器工艺中使用的膜组件类型一般不受限制,通常采用平板式和中空纤维式膜组件。每种膜组件都有其优缺点。以一体式中空纤维膜为例,讨论防止膜污染的操作，有如下几点：

1、低水通量

水通量与由膜堵塞和压力导致的污染物在膜表面的增厚而引起的膜污染有关。实验表明,在低水通量情况下的过滤使设备操作稳定,而且能耗较小、膜污染速率低。有研究者研究活性污泥膜生物反应器发现,当渗透通量低于临界通量时, TMP保持稳定,污染是可逆的;相反,超过临界通量时, TMP 增加且不稳定,此时再降低通量,形成的污染是部分不可逆的。

2、错流过滤

过滤工艺可以分为两种模式:静态/ 死端过滤和动态/ 错流过滤(见下图) 。

对于死端过滤,随着过滤的进行,膜的渗透率逐渐下降,泥饼层阻力( Rc ) 也随之增加。而对于错流过滤,滤液沿膜面流动防止了颗粒在膜表面的沉积,所以膜的渗透率下降只是在运行之后,不过很快达到平衡。在这种情况下,泥饼层厚度也达到平衡。两种模式的污染阻力( Rg) 增加与渗透体积成比例。另外,错流过滤所产生的流体剪切力和惯性举力能促进膜表面被截留物质向流体主体的反向运动,从而提高过滤速度。

3、间歇操作

污染是由于污染物附着/ 沉积的速率和脱离速率不同引起的。在间歇操作运行下,混合液不断通过膜过滤形成过滤液,此时存在一个从反应器指向膜面的流速vf ,使混合液中的悬浮固体向膜表面运动,并在膜表面沉积。另一方面,由于曝气在膜表面造成剪切力的作用,也存在一个使沉积污泥从膜面脱落下来的脱离速度vb 。当vf > vb 时悬浮固体将会在膜表面沉积;当vf ≤vb 时,混合液中的悬浮固体不会沉积在膜表面,同时沉积在膜表面的污泥也会从膜面脱落下来。采用间歇抽吸的操作模式旨在通过定期地停止膜过滤,使vf = 0 ,以便沉积在膜面上的污泥在vb 的作用下从膜面上脱落下来,使膜的过滤性能得以恢复。抽吸过程越长,悬浮固体在膜表面的积累程度越大;停抽时间越长,膜表面沉积污泥脱落越大,膜过滤性能的恢复也就越多。在膜的抽吸过滤过程中,混合液中溶解性有机物由于膜的截留作用,会在膜的表面沉积、浓缩,就是所谓的浓差极化现象,发生在任何过滤条件下。在停抽过程中,由于扩散作用,膜表面沉积的有机物也会脱离膜表面向反应器内扩散,扩散的速度为v d 。溶解性有机物的沉积速度与抽吸时间有关,而从膜面的脱落程度与曝气量和停抽时间有关。

4、曝气

在膜生物反应器中,曝气的目的除了为微生物供氧之外,还使上升的气泡及其产生的紊动水流清洗膜表面和阻止污泥聚集,保持膜通量稳定。因此其曝气量较高,气水体积比为40 —100 ,明显高于传统处理工艺。曝气对膜面的清洗作用包括:使污泥上流和气泡混合在膜面产生错流作用,产生冲击作用擦洗膜表面清除污泥颗粒。刘锐等的研究表明:大量气泡以较高速度穿过中空纤维膜组件的过程,以及气体夹带的水流对膜面的冲刷作用,使膜表面处于剧烈紊动状态,避免了凝胶层的增厚和堵塞物质的积累,大大延长了膜清洗周期。而且减缓浓差极化现象的两个着手点,其一也是通过曝气提高料液流速,使其处于紊流状态,让膜面的高浓度与主流浓度更好地混合;其二是对膜面不断进行清洗,消除已形成的凝胶层。

5、膜组件的安置

为了实现防止膜污染,膜组件的安放应考虑以下几点: ①膜组件和曝气池墙体之间的距离; ②膜组件和空气扩散器之间的距离; ③膜组件和反应器液面、空气扩散器和曝气池底之间的距离。以保证水从池底垂直向上流、膜表面与水流均匀接触、使向下的水流能均匀分布在膜单元周围。

6、控制污泥浓度

高的活性污泥浓度是膜生物反应器的特点之一,MLSS 一般控制在10 —20g/ L 。许多研究表明,污泥浓度与膜通量之间存在一定的相关关系。污泥浓度越高,膜稳态通量愈低。尽管较高的污泥浓度可提高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,从而影响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控制过高。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两方面,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) 。污泥浓度较高时,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形成凝胶层,导致过滤阻力增加,膜通透量下降。

7、控制膜污染的其他途径

原料液预处理(pH 控制、溶液中盐浓度、温度、溶质浓度) ,控制BOD 负荷、操作压力、液体流速,改善膜表面的流体力学条件,机械方法(振动膜组件或加强搅拌) ,附加场的方法(利用电场、超声波) ,加入活性炭等。

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