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臭氧化MBR中臭氧控制膜污染的研究

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摘要

膜生物反应器(MBR)作为一种新型高效的水处理技术,具有占地面积小、出水水质好、有机负荷高、剩余污泥产率低、运行启动快、可实现模块化等优点而日益受到人们的关注。然而,在运行过程中由于膜污染存在导致过滤阻力不断增加、膜通量严重衰减、膜组件更换和清洗的频率增加等一系列问题,膜污染已成为限制MBR广泛应用的瓶颈。因此如何控制膜污染一直是当前研究MBR的热点。
　　 臭氧作为一种高效的、无二次污染的强氧化剂,在膜过滤系统中广泛运用。由于本实验室在臭氧氧化同步污泥减量工艺的研究中,发现投加适量臭氧至MBR中能达到污泥减量,同时还能改善膜污染,因此本试验采用臭氧+MBR工艺来研究臭氧对膜污染的影响。主要内容包括四部分:①膜的清水实验；②臭氧投加量优化实验；③操作条件优化；④在前面实验结论的基础上,长期对比运行MBR与臭氧化MBR两套系统达175天,综合分析臭氧控制膜污染的效果及污泥减量效果。
　　 研究结果表明:
　　 (1)膜组件1与膜组件2的膜比通量与过膜压差的关系直线的斜率分别K1=0.104,K2=0.119,数值基本相等,表明两个膜组件相关性比较好,可比性强,可为后续对比研究膜污染奠定基础。
　　 (2)臭氧投加量为32.23mg.1-1,作用时间为1.5min时,膜比通量值达到最高值0.96LMH/kPa。臭氧作用于污泥混合液后,污泥混合液的MLSS基本上呈下降的趋势,粘度变化不大。污泥中的TOC、多糖、蛋白质质量浓度都随着臭氧投加浓度的增加及作用时间的延长而增加,而SOUR及pH会逐渐降低,但不至于影响微生物的生存,这可为臭氧直接充入MBR中用于减缓膜污染研究提供一定的理论支持。
　　 (3)考察抽吸压力、抽停时间比、曝气量三个工艺参数对膜通量衰减的影响,结果表明:①最佳的抽吸压力≤0.03MPa,当大于0.03MPa时,其膜通量的衰减速率增大；②最适的抽停时间比为9:1；③最适的曝气量为100 L.h-1,曝气量为200 L.h-1时的膜通量并未明显优于100 L.h-1,这归功于本反应器的圆形构造和微孔曝气结构,使得曝气产生的气泡粒径小、分布均匀,传质速率快,曝气充分又不易形成死角。
　　 (4)平行运行臭氧化MBR及MBR175天,三个阶段中臭氧化MBR与MBR的膜比通量SF值呈现相同的规律:与MBR对比,臭氧化MBR膜污染前期发展迅速,而后期增长缓慢。
　　 (5)对第三阶段运行44天后的膜组件污染阻力构成进行分析,结果发现:①MBR比臭氧化MBR膜污染严重。MBR膜污染的总阻力值达到21.08×1012m-1,滤饼层阻力Rc、不可逆阻力Rp、固有阻力Rm分别占总阻力的56.31％、24.86％、18.83％,而臭氧化MBR只发展到17.95×1012m-1,其中Rc、Rp、Rm分别占总阻力的40.72％、36.66％、22.62％；②无论MBR还是臭氧化MBR,滤饼层阻力Rc始终是膜污染的主要阻力；③与MBR相比,臭氧化MBR由于臭氧作用后膜的Rc相对减小,而Rp却增大。
　　 (6)不同清洗方式膜通量恢复实验进一步说明了膜污染主要以滤饼层为主,对滤饼层污染物进行FTIR分析得到以多糖和蛋白质为主的EPS是膜面有机物污染的主要成分。相比于MBR,臭氧化MBR能有效减缓无机物污染如Fe、Ca的沉积。
　　 (7)忽略膜清洗及取样测试的污泥损耗,两系统运行175d污泥变化情况为:MBR污泥浓度增长迅速,从5282mg.L-1增加到12740mg.L-1,总共增加了7458mg.L-1；而臭氧化MBR中污泥浓度从5310mg.L-1增加到8698mg.L-1,总共增加了3388mg.L-1,其污泥增加量只占MBR增加量的45.4％,表明臭氧化MBR确实有污染减量的效果。
　　 (8)臭氧化MBR对COD、NH3-N和TP的平均去除率分别达到90％、95.8％、62.1％,膜出水水质略差于MBR,但其影响程度不大。
　　 本研究所采用的臭氧化MBR是直接把臭氧通入MBR,发现投加适量臭氧,此工艺能在保证出水水质的条件下不仅能减缓膜污染,还能达到污染减量的效果。本研究可为今后臭氧用于MBR中减缓膜污染或污泥减量提供一定的参考。

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