A_O_化学除磷工艺中DMBR动态膜成膜条件研究

辽宁城乡环境科技第２７卷第１期２００７年２月

A/O-化学除磷工艺中ＤＭＢＲ动态膜成膜条件研究

梁思懿１曹建平２陈艳萍３王化军１

（１．北京科技大学土木与环境工程学院

北京

１０００８３；２．北京市环境保护科学研究院北京

北京

１０００３７）

１０００３７；

３．北京工商大学化学与环境工程学院

摘要根据动态膜原理，将０．１ｍｍ孔径无纺布为膜材的动态膜反应器（ＤｙｎａｍｉｃＭｅｍｂｒａｎｅＢｉｏＲｅａｃｔｏｒ，ＤＭＢＲ）应用于Ａ／Ｏ－化学除

磷工艺之中，在动态膜反应器内完成泥水分离。试验测试了曝气强度、初始膜通量和污泥浓度对动态膜成膜的影响。结果表明，曝气强度和

２２

ｈ或初始膜通量≥７０Ｌ／ｍ ｈ，２ｈ内均不能形成截留性能良好的动态膜。在初始膜通量是影响成膜的关键性参数。当曝气强度≥６０ｍ３／ｍ

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ｈ；初始膜通量≤４０Ｌ／ｍ ｈ。ＶＳＳ／ＳＳ较低的污泥系统中，适宜的成膜条件为：曝气强度≤４０ｍ３／ｍ

关键词动态膜Ａｂｓｔｒａｃｔ

膜过滤污泥截留Ａ／Ｏ－化学除磷

Ａｃｃｏｒｄｉｎｇｔｏｔｈｅｒｙｏｆｄｙｎａｍｉｃｍｅｍｂｒａｎｅ．Ｕｓｉｎｇａｄｙｎａｍｉｃｍｅｍｂｒａｎｅｂｉｏｒｅａｃｔｏｒｅｑｕｉｐｐｅｄｗｉｔｈ０．１ｍｍｎｏｎ－ｗｏｖｅｎｆａｂｒｉｃｓａｓｆｉｌｔｅｒ

ｍａｔｅｒｉａｌｉｎｔｏＡ／Ｏ－ｃｈｉｍｉｃａｌｐｈｏｓｐｈｏｒｕｓｒｅｍｏｖａｌｐｒｏｃｅｓｓ．Ｔｈｅｐｒｏｃｅｓｓｏｆｓｌｕｄｇｅｒｅｔａｉｎｉｎｇｉｓｆｕｌｌｆｉｌｌｅｄｉｎｄｙｎａｍｉｃｍｅｍｂｒａｎｅｂｉｏｒｅａｃｔｏｒ．Ｔｈｅｒｅｓｕｌｔ ｈｏｒｉｎｉｔｉａｌｆｌｕｘｓｈｏｗｓｔｈａｔａｅｒａｔｉｏｎｉｎｔｅｎｓｉｔｙａｎｄｉｎｉｔｉａｌｆｌｕｘａｒｅｅｓｓｅｎｔｉａｌｔｏｆｏｒｍｉｎｇｄｙｎａｍｉｃｍｅｍｂｒａｎｅ．Ｗｉｔｈａｅｒａｔｉｏｎｉｎｔｅｎｓｉｔｙｅｘｃｅｅｄｓ６０ｍ３／ｍ２

ｈ，ｔｈｅｄｙｎａｍｉｃｍｅｍｂｒａｎｅｃａｎｎｏｔｂｅｆｏｒｍｅｄｅｆｆｅｃｔｉｖｅｌｙｗｉｔｈｉｎ２ｈｏｕｒｓ．Ｉｎｔｈｅｓｌｕｄｇｅｓｙｓｔｅｍｗｈｉｈｌａｒｇｅｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎｏｆｃｈｅｍｉｃａｌｅｘｃｅｅｄｓ７０Ｌ／ｍ２

２２

ｈ；ｉｎｉｔｉａｌｆｌｕｘｉｓｌｅｓｓｔｈａｎ４０Ｌ／ｍ ｈ．ｓｌｕｄｇｅ，ｔｈｅａｐｐｒｏｐｒｉａｔｅｃｏｎｄｉｔｉｏｎｏｆｆｏｒｍｉｎｇｄｙｎａｍｉｃｍｅｍｂｒａｎｅ：ａｅｒａｔｉｏｎｉｎｔｅｎｓｉｔｙｉｓｌｅｓｓｔｈａｎ４０ｍ３／ｍ

ｋｅｙｗｏｒｄｓｄｙｎａｍｉｃｍｅｍｂｒａｎｅｍｅｍｂｒａｎｅｆｉｌｔｒａｔｉｏｎｓｌｕｄｇｅｒｅｔａｉｎｉｎｇＡ／Ｏ－ｃｈｉｍｉｃａｌｐｈｏｓｐｈｏｒｕｓｒｅｍｏｖａｌ

动态膜技术以其低廉的膜组件成本、简单的膜污染控制而越来越受到人们的关注。动态膜的实质就是载体组件在错流过滤时的浓差极化所形成的滤饼层。粒子在载体表面形成了一层具有微滤或超滤性质的膜层，从而使动态膜的截留性能超越了载体。动态膜是采用大孔径（相对于超滤、微滤）的材料来制做的膜组件，在其过滤之前先用预涂剂（如高岭土、石灰、硅藻土、二氧化锆、聚丙烯酸等）或者微生物及其代谢产物在膜材料表面形成动态膜使其过滤孔径变小而截留能力增强。

随着理论研究的深入，动态膜的应用也越来越广泛。韩国Ｃｈａｎｇｗｏｎ国立大学的Ｇ．Ｔ．Ｓｅｏ［１］将无纺布制成的动态膜组件置于Ａ／Ｏ工艺的曝气池中，取得良好效果。

吴季勇、华敏洁［２］用０．１ｍｍ的筛网动态膜组件处理城市污水，稳定运行４０ｄ，出水ＳＳ未检出，浊度均小于５ＮＴＵ。

北京市环境保护科学研究院将动态膜技术与—２４—

Ａ／Ｏ接触氧化—化学除磷工艺相结合，其完整工艺流程图如１所示。

图１Ａ／Ｏ动态膜化学除磷工艺

此工艺中的动态膜反应器同时完成了混凝除磷以及泥水分离作业，提高了固液分离的效果和分离速率，降低了投资成本，节省处理时间。

通常，动态膜反应器内的污泥为生化性能良好的活性污泥。而这套工艺中动态膜反应器内的污泥则有所不同，它主要由两部分组成：（１）Ａ／Ｏ段出水中携带的剩余污泥及残体和（２）投加除磷药剂所产生的化学污泥。

本次研究中在此工艺条件基础上考察了曝气

Ａ／Ｏ－化学除磷工艺中ＤＭＢＲ动态膜成膜条件研究

梁思懿曹建平陈艳萍

王化军

强度、初始膜通量以及污泥浓度对成膜的影响，为动态膜反应器在整套工艺中的合理运行提供参考数据。

１试验部分

１．１试验装置

动态膜反应器的试验装置如图２所示。

装置由①孔径为

０．１ｍｍ的无纺布动态膜组件、②曝气ＳＨ设备、③自流出水管、④中心导流筒、⑤进水口构成。

系统自流出水，反应器有效容积４．５Ｌ（Ｒ＝０．０６ｍ；Ｈ＝０．４ｍ），内设圆形导流筒，将反应器分为内环和外环，曝气设备均匀布置在外环底部，开启曝气设备后，混合液在反应器的外环与内环间循环流动，在外环形成由下至上的流态，内环形成由上至下的流态，然后从内环下方返回外环，完成一个循环过程。１．２

试验步骤

本次试验在试验室内完成，室温２２℃￣２５℃。１）将正常运行的Ａ／Ｏ－化学除磷工艺出水充分静置后，虹吸排除部分上清液。控制剩余混合液的污泥浓度范围在４０００ｍｇ／Ｌ￣５０００ｍｇ／Ｌ。

２）将上述污泥混合液３．５Ｌ倒入动态膜反应器内。待反应器内混合液重力沉降３０ｍｉｎ后，小心地将动态膜组件从反应器上方放入。

３）将动态膜反应器与Ａ／Ｏ接触氧化－化学除磷工艺相联接。动态膜反应器采用连续进出水方式，通过调整反应器的进水流量和曝气量考查动态膜的成膜情况。初始ＷＨＤ＝０，测试时间２ｈ，将每个出水水样搅匀后，用重量法［３］测量出水ＳＳ，

每组试验前，都将动态膜组件取出进行彻底清洗。待反应器内污泥静置３０ｍｉｎ后，放入动态膜组件，在其他条件下进行测试。所有条件试验完成后，测试反应器内污泥浓度。

５）在选定运行条件下，测试污泥浓度对出水悬浮物的影响。

２试验结果与分析

（１）试验前后污泥变化情况见表１

表１

污泥变化情况

ｍｇ／Ｌ

污泥ＭＬＳＳＭＬＶＳＳ／ＭＬＳＳ

试验开始４０８８０．４试验结束

４７４９

０．３８

上述数据表明，在本次试验过程中，动态膜反应器内污泥浓度及性质均未发生很大变化，连续进水和出水对悬浮物的影响可以忽略。（２）初始膜通量、曝气强度对出水ＳＳ的影响

见图３、图４、图５

—２５—

由图３可以看出，曝气强度为２０ｍ３／ｍ２ ｈ时，出水在６ｍｉｎ时悬浮物开始小于１５ｍｇ／Ｌ，其后的出水悬浮物稳定在３ｍｇ／Ｌ￣１０ｍｇ／Ｌ。当曝气强度为４０ｍ３／ｍ ２

ｈ时，在测试时间内基本稳定在２０ｍｇ／Ｌ￣３０ｍｇ／Ｌ，这表明，曝气扰动产生的剪切力影响了动态膜的形成。当曝气强度为６０ｍ３／ｍ２ ｈ时，试验期内出水悬浮物则稳定在５０ｍｇ／Ｌ￣１００ｍｇ／Ｌ，证明动态膜已不能在２ｈ内形成有效截留作用。

图４描述了初始膜通量为４０Ｌ／ｍ２

ｈ时的成膜情况，可以看出，当曝气强度为２０ｍ３／ｍ２ ｈ、４０ｍ３／ｍ２

ｈ

时，动态膜形成很好。出水悬浮物均可在４ｍｉｎ￣６ｍｉｎ内降到１５ｍｇ／Ｌ以下，且效果稳定。当曝气强度为６０ｍ３／ｍ２ ｈ时，得到了与图３类似的结果，此时出水悬浮物稳定在３０ｍｇ／Ｌ￣６０ｍｇ／Ｌ。

图５表明，当初始膜通量为７０Ｌ／ｍ ２

ｈ时，膜材上形成动态膜未能在２ｈ内起到有效的截留悬浮物的作用。出水悬浮物均保持较高水平。

上述试验结果表明，曝气强度＞６０ｍ３／ｍ ２

ｈ或初始膜通量＞７０Ｌ／ｍ２ ｈ时，出水悬浮物在２ｈ内均未能得到有效截留。

在范莹莹［４］的试验中，膜材为０．１ｍｍ无纺布，ＭＬＳＳ为４０００ｍｇ／Ｌ￣８０００ｍｇ／Ｌ，当膜通量为８０Ｌ／ｍ ２

ｈ，错流速率０．０８３ｍ／ｓ时，２ｈ内的膜表面污泥沉积已达到了１５０ｇ／ｍ２，且仍处于积累上升期。这与本次试验所得结论存在差异。究其原因可以认为，污泥性质的差异导致了成膜条件的不同。一般，动态膜反应器内污泥为生化性能良好的活性污泥。本次试验中，污泥来自Ａ／Ｏ段出水中携带的剩余污泥、污泥残体以及投加除磷药剂聚合氯化—２６—

铝所产生的化学污泥，ＭＬＶＳＳ仅为ＭＬＳＳ的４０％。经显微镜下观察发现：污泥颗粒较小，颗粒之间未形成有效的絮状结构，这可能导致了成膜更易受到操作条件的影响。

（３）污泥浓度对出水ＳＳ的影响

在初始膜通量为４０Ｌ／ｍ２ ｈ，曝气强度为２０ｍ３／ｍ２ ｈ的试验条件下，测试了反应器内污泥浓度对成膜的影响，试验结果如图６所示。

图６不同污泥浓度下出水ＳＳ与反应时间的关系

图６试验结果表明，在适宜的操作条件下，反应器内污泥浓度在３０００ｍｇ／Ｌ￣８０００ｍｇ／Ｌ之间，动态膜均可在２ｈ内形成良好的截留能力。污泥浓度越高，成膜时间越短。实际观察表明，污泥浓度高时形成的动态膜较厚且密实。一般在高污泥浓度下运行动态膜组件运行周期会大大缩短，往往不采用。

３结论

（１）将以０．１ｍｍ孔径无纺布为膜材的动态膜反应器作为Ａ／Ｏ接触氧化—化学除磷后续工艺，能够有效地完成泥水分离，稳定期出水悬浮物小于１５ｍｇ／Ｌ。

（２）动态膜反应器内污泥浓度为４０００ｍｇ／Ｌ￣５０００ｍｇ／Ｌ，化学污泥所占比例较大的污泥系统中，曝气强度＞６０ｍ３／ｍ２ ｈ或初始膜通量＞７０Ｌ／ｍ２ ｈ时，２ｈ内均不能有效截留出水悬浮物。在ＶＳＳ／ＳＳ较低的污泥系统中，成膜条件更易受到操作条件的影响。成膜期控制曝气强度＜４０ｍ３／ｍ２ ｈ，初始膜通量＜４０Ｌ／ｍ２ ｈ较为适宜。

（３）在初始膜通量为４０Ｌ／ｍ２ ｈ，曝气强度为２０ｍ３／ｍ２ ｈ的运行条件下，反应器内（下转３６页）

相对偏差小于４％），说明精密度满足实验基本要求。２．７直接法分析的几个问题

做顶空法的各项相关实验时，均将水样再稀释１０倍后，调整仪器衰减档位进行直接法分析，直接法试验回收率为９８±６％，变异系数小于６％，与顶空法基本一致。但该方法灵敏度远高于顶空法

ｍｇ

９７９８１０３９５９４

较少；直接法峰形与顶空法相似，只是水峰既宽又高，且杂峰较多，但不干扰甲醇测定。２．４

水样分析及回收率试验

对水样经多次测定，以其平均值为已知含甲醇量的水样平均值，然后加入标准甲醇，进行回收试验，结果见表１。

表１

水样编号

１２３４５

水样中甲醇分析结果及回收率

加入标准量０．０７９１．２６０．６３０．０７９０．１６

测量总量０．０７７０．４９０．１２７０．１８５０．４１

０１．２６０．６２０．１１０．２６

（２０℃时，最低检出浓度为０．０２ｍｇ／Ｌ），如用此法分析含甲醇较高的化工废水，水样大多需要稀释，这就给分析带来不便，同时污水样品直接进样容易对色谱柱造成污染，影响色谱柱的使用寿命，故该方法用于清洁水分析时则是一个较理想的方法。

甲醇含量回收率（％）

３小结

注：１号为自来水；２号为标准样；３号￣５号为化工厂废水

综上所述，文中考察了顶空气相色谱法测定化工废水中甲醇的分析条件和参数。当进２ｍＬ气样时，方法最低检出浓度为１．３１ｍｇ／Ｌ，变异系数小于５．２％，回收率在９４％￣１０３％之间，方法能满足分析要求。

ｍｍ

２．５重现性实验

取三种浓度水样用顶空法进行平行测定，求

出精密度，结果见表２。

表２

水样

编号１２３

水样分析精密度

平均值２３１１０１５４

标准偏差１．２３．９４．４

顶空法优点在于设备简单，操作容易，样品不经任何处理，分析周期短，灵敏度适中，用于化工废水分析取得较好效果。直接法更适合甲醇含量较低的清洁水的分析。

该方法还可用于分析废水中甲醛等其它有机物。

平均测定值（峰高）１２３

２２１

３２３

４２４

５２２

６２４

相对标

准偏差（％）５．２３．５２．８

１０４１１５１０９１１４１１０１１０１５６１６１１５４１５２１５２１４８

参考文献

１２３４５

中国环境科学出版社，空气和废气监测分析方法．字跃梅，云南环境科学，１９９３（４）：１２．

Ｈａｃｈｅｋｅｎｇ，Ｈ．Ｓｃｈｏｎｏｌｔ，Ａ．Ｐ．ＧａｓＣｈｒｏｍａｔｏｇｒａｐｈｉｃＨｅａｄｓｐａｃｅ史宝成、徐光．顶端空间色谱法分析异丙醇．环境科技，中国预防医学中心环境监测站译．水分析质量控制手册，

２．６标准曲线的精密度

为考察标准曲线的精密度，了解批间和批内

标准偏差情况［５］，共连续做三次标准样品的标定，并分别在两台不同型号色谱仪上分析，结果显示，标准曲线以校正系数的精密度为３．２％，即使是不同时间不同仪器作出的工作曲线，峰高最大相对偏差均在８％以内（最大批间相对偏差小于８％，批内

Ａｎａｌｙｓｉｓ，ＨｅｙｄｅｎａｎｄＳｏｎＩｎｃ．，ＮｅｗＹｏｒｋ，１９９７．１９９４，１４（５）：７５～７７．１９８３，６７．

!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!（上接２６页）污泥浓度为３０００ｍｇ／Ｌ￣８０００ｍｇ／Ｌ时，均可在２ｈ内形成截留性能良好的动态膜。

（１）：１３３￣１３８．

２

吴季勇，华敏洁等．自生生物动态膜反应器处理市政污水

的特性［Ｊ］．上海师范大学学报（自然科学版），２００４，３３（４）：８９￣９５．

参考文献

１

Ｇ．Ｔ．Ｓｅｏ，Ｂ．Ｈ．Ｍｏｏｍ，Ｔ．Ｓ．Ｌｅｅ，Ｔ．Ｊ．ＬｉｍａｎｄＴ．Ｊ．Ｋｉｍ．Ｎｏｎ－ｗｏ－

ｖｅｎｆａｂｒｉｃｆｉｌｔｅｒｓｅｐａｒａｔｉｏｎａｃｔｉｖｉｔｅｄｓｌｕｄｇｅｒｅａｃｔｏｒｆｏｒｄｏｍｅｓｔｉｃｗａｓｔｅｗａｔｅｒｒｅｃｌａｍａｔｉｏｎ［Ｊ］．ＷａｔｅｒＳｃｉｅｎｃｅａｎｄｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，２００２，４７

３《水和废水监测分析方法》编委会．水和废水监测分析方法（第四版［）Ｍ］．北京：中国环境科学出版社，２００２．

４

范莹莹．自生动态膜—生物反应器处理生活污水的特性及

影响因素研究［Ｄ］．中国地质大学硕士毕业论文，２００５．

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本文来源：https://www.bwwdw.com/article/3mo1.html