韓懷芬，金漫彤，黃玉柱， 虞偉
(浙江工業大學生物與環境工程學院，浙江杭州 310032)

　　摘 要：考察了采用不同孔徑的微濾膜處理難降解有機廢水時，污泥濃度對膜通量及出水COD的影響。結果表明，膜孔徑為20～25μm、污泥濃度為6000～9000mg/L時，膜通量與污泥濃度的對數值呈線性關系；膜通量隨污泥濃度升高而減小；出水COD隨污泥濃度升高而減小；膜孔徑增大則膜通量加大，但出水COD有所升高。?
　　關鍵詞： 難降解有機廢水；膜生物反應器；膜通量；污泥濃度
　　中圖分類號：X703
　　文獻標識碼：C
　　文章編號：1000-4602(2002)03-0040-04

1 試驗

1.1 廢水水質
　　水樣取自杭州華豐造紙廠的總排放口，是黑液、白水、中段水的混合液，其中黑液約占總水量的5%。經測試，初始COD為900～1300mg/L、BOD5為245～330mg/L、BOD₅/COD比值為0.24～0.25。試驗先進行混凝沉淀，以去除大部分無機顆粒物和部分懸浮有機物，絮凝后廢水的BOD5/COD比值為0.28，pH值為6.0～8.0，屬于難降解有機廢水。?
1.2 試驗設備
　　曝氣池：自制有機玻璃容器(有效容積為7L)。?
　　膜組件：PE-5型、PE-4型微濾管(聚乙烯)，過濾面積均為482.3cm²，微濾膜孔徑分別為20～25μm、25～30μm。
　　回流泵：FQ-40單相管道增壓泵，壓力為0.06MPa，揚程H=6m，流量Q=1m³/h。?
　　恒流泵：LDB-M電子蠕動泵，最大流量Q=26mL/min。?
　　曝氣泵：ACD-318型，壓力P≥0.06MPa，流量Q=50L/min。?
1.3 工藝流程
　　為便于分別考察曝氣池和膜組件的去除效果，試驗采用分置式膜生物反應器，試驗裝置及流程見圖1。

　　如圖1所示，原水從進水槽經恒流泵進入曝氣池，再經回流泵增壓后進入膜組件，在壓力作用下混合液中的液體透過膜組件成為系統處理水，固形物、大分子物質、活性污泥等則被膜截留，隨回流液回流到曝氣池內。出水水質符合污水綜合排放標準(GB8978—1996)中的一級排放標準。?

2 結果與討論

2?1 膜通量的影響因素
　?、?膜通量(Jv)與污泥濃度(MLSS)的關系
　　膜(水)通量是膜生物工藝最重要的參數之一，在影響膜通量的生物工藝條件中，MLSS是一個重要的影響因素。
　 試驗采用PE-5型微濾膜組件與曝氣池構成分置式膜生物反應器，在控制操作壓力、膜面流速不變的條件下，得到穩定膜通量與MLSS的關系(如圖2所示)。

　　圖2表明，隨著污泥濃度的增加膜通量減小。因MLSS的增加會增大混合液粘度，使膜堵塞嚴重，導致膜孔隙率降低，從而增大了膜過濾阻力，降低了膜通量^［1］。?
　　由圖2還可得到膜通量與污泥濃度對數值的關系式為：
　　　　　Jv=-1.887lnMLSS+6.550?

　　這一結果與同濟大學何義亮等用同類型膜生物反應器得出的關系式相近^［2］，說明膜生物反應器中膜通量與污泥濃度的對數值呈線性關系(如圖3所示)。?

　　研究表明，污泥濃度越高則膜穩態通量越低，盡管較高的污泥濃度可提高膜生物反應器的容積負荷，但膜通量的降低又會限制出水流量，從而降低了整個膜生物反應器的處理能力。因此膜生物反應器的污泥濃度不宜過高，應在處理效果和處理能力的雙重影響之間確定一適宜值。經試驗確定的適宜MLSS為6000～9000mg/L。?
　　② 運行時間對膜通量的影響?
　　試驗研究了在不同污泥濃度下運行時間對膜通量的影響，結果見圖4、5。?

　　結果表明，隨著運行天數的增加，膜通量逐漸下降并最終穩定在某一值上，且隨著污泥濃度的增加，此值依次下降。這說明污泥濃度增加使膜堵塞嚴重，導致膜孔隙率降低而膜通量減少(試驗中沒有對膜組件進行清洗)。由于條件所限，試驗壓力為0.06MPa，為有效控制膜表面的濃差極化、保持較高的水通量，操作壓力宜提高到0.1～0.2MPa。?
2.2 不同污泥濃度下去除COD的效果
　　① 出水COD值?
　　在一定污泥濃度下隨著運行天數的增加，出水COD值逐漸下降并最后穩定在某一值上，各污泥濃度下的出水COD的穩定值見圖6。

　　試驗表明，隨著污泥濃度的增加，出水COD值逐漸下降，當MLSS達到6000mg/L時，出水COD為60mg/L，達到造紙工業污水一級排放標準。?
　　② 生化去除率及總去除率
　　在不同污泥濃度下測得的生化去除率(曝氣池的去除率)及總去除率見圖7。

　　由圖7可知：①隨著污泥濃度的增大，出水水質明顯提高，COD去除率也增大。MLSS為5800mg/L時出水水質較好，COD去除率可達85%左右。②生物反應器內曝氣池的COD去除率大于膜組件的COD去除率，但與總去除率相差不大，表明在試驗運行期間，反應器內代謝產物無明顯積累，微生物對有機物的降解較完全^［3］，而微濾膜組件基本上只起截留作用，對COD的去除率不大。膜生物反應器最大的特點就是通過膜技術來 加強生物反應器(曝氣池)的生物降解功能，因此探討膜生物反應器COD的去除率，應該把曝氣池生物降解和膜分離作為一個整體來考慮。③污泥濃度達到11600mg/L時，出水COD可降至35mg/L，去除率達到91.25%，顯示了膜生物反應器處理難降解有機廢水的優越性，這是因為：a.膜分離組件的固液分離功能使生物反應器內活性污泥一直保持高水平，從而提高了生物反應器的處理效率；b.膜組件表面形成凝膠層能截留水中可溶性大分子物質，確保這些物質在生化反應器內能被分解，因而提高了出水水質；c.膜組件的截留作用使水中大分子膠粒和難降解有機成分能在有限的生物反應器內有足夠的停留時間，從而保證了出水水質的穩定性。?
2.3 不同孔徑膜組件的比較 ① 出水COD值?
　　在污泥濃度為6000mg/L時，對PE-4型和PE-5型膜組件的運行結果進行了對比(見圖8、9)。

　　由圖8、9可得，PE-4型膜組件在運行穩定時的COD去除率為73%，COD略高于100mg/L；而PE-5型可使COD的去除率達85.3%，同時COD最低可降到60.3mg/L，達到造紙工業廢水一級排放標準。
　　② 膜通量?
　　在MLSS為6000mg/L時，PE-4型微濾管的膜通量是PE-5型管的2.5倍，穩定時達到7.38 L/(m²·h)，但出水有些渾濁，不如后者(SS幾乎為零)清澈。二者的膜通量與運行時間的關系見圖10。?

　　綜合出水COD、膜通量及SS指標，選用PE-5型比較合適。?

3 　結論　

　　① 造紙廢水經膜生物反應器處理后，水質符合污水綜合排放標準(GB8978—1996)。?
　　② 膜通量與污泥濃度的對數值呈線性關系，即污泥濃度越高，膜通量越小。?
　?、?微濾膜生物反應器對難降解有機廢水的COD去除率高，一般可達到85%以上。
　　④ 出水COD值隨污泥濃度的升高而減小；在同一污泥濃度下，膜通量隨著運行天數的增加而下降；出水COD值隨著運行天數的增加而趨于穩定；在本試驗條件下，最適宜的污泥濃度為6000mg/L左右。
　　⑤ 微濾膜孔徑應根據處理水的水質、操作條件與處理要求而確定，一般來說，膜孔徑取20～25μm較適宜。

參考文獻：

　　［1］彭躍蓮，劉忠洲.膜生物反應器在廢水處理中的應用［J］.水處理技術，1999，25(2)：63-69.
　　［2］何義亮，顧國維.膜生物反應器生物降解與膜分離共作用特性研究［J］.環境污染與防治，1998，20(6)：18-21.
　　［3］桂萍，黃霞，陳潁，等.膜—復合式生物反應器組合系統操作條件及穩定運行特性［J］.環境科學，1998，19(2)：35-38.

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　　收稿日期：2001-06-19