一体式平片膜生物反应器处理抗生素废水研究

一体式平片膜生物反应器处理抗生素废水研究摘要：以抗生素发酵废水为处理对象，对一体式平片膜生物反应器在运行过程中膜的性能进行了研究。研究结果表明，膜的截留作用使反应器活性污泥的质量浓度达15g／L，CODcr去除率达到86%。运用RIS阻力模型对在线海绵擦洗的效果进行了初步研究，认为在线海绵擦洗对恢复膜通量和防止各种阻力因素的累积具有积极的实践意义。关键词：关键词：抗生素苔废水废水处理膜生物反应器膜污染膜清洗AStudyofTreatmento鲇fWastewaterfromAnt噍ibioticsProductionUsingSubmergedMemb犹raneBioreactor(SMB帼R)Abstract:Thewas雎tewaterfromferment苘ationintheproducti鬏onofantibioticswas蔓treatedbyusingasub乖mergedmembranebior拦eactor(SMBR)andthe箦performanceoftheme郯mbraneduringtheope港rationoftheSMBRwas打studied.Theresults鲮ofthestudyshowedth捱atthefiltrationeff氖ectofthememhraneen揸abledtheconcentrat坩ionoftheactivateds9/9 ludgeinthereactortoreachl5g/LandtheC咒ODcrremovalratetor茗each86%respectivel食y.Aresis-tance-in-绀series(RIS)modelwa铉semployedtopreliminarilystudytheresu腺Itoftheon-linespongecleaning.ltisbel鳢ievedthaton-linesp鞠ongecleaningisofac九tiveandpracticalsi松gnificanceinrestor赭ingthemembraneperm儒eabilityandprevent躞ingtheaccumulation寻ofvariousresistanc裥efactors.Keywords寅:wastewaterfromant囝ibioticsproduction睿;wastewatertreatme蛉nt.membranebioreac池tor;membranefoulin渊g;membranecleaning相对于传统的污水处理方法，膜生物反械应器由于其诸多优势[1]而备受青睐。嶙而与分置式膜生物反应器相比，一体式膜弋生物反应器又具有运行能耗低[2]、不爆因循环泵的剪切对污泥絮体产生不良影响讷[3]等优点。本文采用平片式膜生物反扮应器对抗生素废水进行了初步研究。1　材料与方法试验装置与流程一体式膜阮生物反应器试验装置与工艺流程如图1所骘示，该试验装置由生物反应器、一体式膜齐9/9 组件、膜抽吸系统及自动控制等系统组成麝，其中生物反应器为活性污泥鼓风曝气反应池，有效容积为47L，反应器中间有悛一隔板，一侧放膜组件，组件下方设有穿筌孔管曝气，在供给微生物分解废水中有机秩物所需氧气的同时，在平片膜表面形成循志环流速以减轻膜面污染。抽吸系统采用型系号BT01－100兰格蠕动泵，对浸没蚂于反应器的膜组件进行抽吸。自动控制部分采用时间控制器对抽吸泵及进水泵进行吣控制。一体式MBR中的处理水经蠕动泵犹抽吸进入净水池，净水池的水作为膜冲洗┆备用。试验用水试验用水为上海某制药厂抗生素废水，稀释后的废水基本水质拣情况如表1，进水经100目筛网过滤后钷进入反应器。表1实验用水水水质测试项目数据ρ/2500～4000ρ/4呓00～1000ρ/～pH值6～8水温氡/℃9～15试验用膜试验用膜为平片陂膜，由中科院上海原子核研究所膜分离技碥术研究开发中心提供，膜组件自行研制，Ь平片膜材质为PVDF，截留分子量为1薪4万，膜有效面积为2。试验方法水锋通量的测定水通量的测定由下式得出：楷Jθ=Vθ／(A×t)9/9 式中：Jθ椅—θ℃下所测定的实际膜通量；Vθ—瞪θ℃下在t时间内实际过滤液体积；A—平片膜有效面积。在测定膜水通量时宾，为了便于比较试验的不同阶段水温所带来的差异，该试验将不同温度测得的数据洁换算成20℃下的通量值，换算公式为：蔻J20—Jθ×式中：J20—换算Я成20℃时的通量；ηwθ—θ℃下纯剞水的粘度；ηw20—20℃时纯水的芍粘度。注：下文中的通量J皆经上式转场换为20℃下的通量值。阻力分析方法膜污染可以分为物理污染、化学污染及生物污染，对于不同的反应器形式、生物的设不同生长阶段、不同的组件形式及不同的苁运行方式，占主导地位的污染形式不同。在本试验中，膜污染阻力可以分为三部分阆：一部分为膜固有的阻力；一部分为泥饼阻力，包括浓差极化、膜表面的吸附及沉轾积等形成的阻力，可以采用水冲洗。海棉团擦洗等方法将其除去；另一部分为膜孔的井9/9 吸附及堵塞阻力，这部分阻力可以采用化蠛学清洗等方法全部或部分去除。通过试验喷测定的有关通量数据，用RIS阻力模型惭计算出各部分阻力及其所占比例。表达式睛如下：Rt＝△p／＝Rm＋Rc＋RfRm＝△p/Rf＝△p／－RmRc＝△p／－Rm－Rf式中：μ0南—纯水在2O℃时的粘度；μ1—膜过梨滤液粘度。测定过程如下：①在不同的抽吸压力下，用新膜对纯水过滤，通过逼公式计算出膜固有阻力；②用该膜对反悚应器混合液进行过滤，利用公式可以得出运行过程中膜总阻力的瞬时值；③一定幸时间后，把膜组件从反应器中取出，清水缝无压力清洗，并用柔软的海绵擦去膜面吸雯附物，然后对纯水过滤，由公式得到膜孔偷吸附及堵塞阻力；④由公式可得膜表面馇的泥饼阻力。2结果和讨论9/9 处理效果用前述工艺流程和试验方法，使用该制药荒厂的废水处理站的污泥接种半个月后，直镝接把PVDF平片膜浸没于反应器中以4＋6的周期运行，反应器的运行参数列于艚表2。表2膜生物反应器运行参数测试鬃项目数据水温/℃15～20pH值～泥沁龄/d500水力停留时间/d曝气量从赀图2可以看出在此运行过程中反应器中M罐LSS的质量浓度经过一段时间后基本维峋持在15g/L左右，出水CODcr去除率为86％。可见，水中悬浮和溶解的湫CODcr并没有在MBR中累积。但运届行至1月中旬膜出水CODcr与上清液娶CODcr相比，并没有多大差别，由此锉可知，PVDF膜所起的作用主要是截留水中悬浮物，使MLSS维持在较高浓度捶，从而达到高效降解水中有机物的目的。过滤过程中的阻力分析膜固有阻力的测￣定新膜粘结后，放入纯水中浸泡24h韬以消除环境对膜性能的影响，调节抽吸压镂力，连续测定5次对应压力下的通量，取炫其平均值，由公式可以得出，膜固有阻力珉Rm为×1012m-1。PVDF膜放入反应器后总阻力的变化为了考察P鳓VDF膜在尽量长时间内运行中阻力的变祆化，我们把膜组件在设定压力30kPa刨9/9 ，ρ为g／L，曝气量为m3／h的条件啃下放入反应器中进行连续抽吸运行，由图畀3可知，总阻力经大约25min渐趋稳坨定，从开始×1012m-1逐渐上升至悱×1012m-1。也就是，膜固有的阻力从开始占总阻力的％逐渐降低至％。可涪见，尽管反应器曝气冲刷对减弱悬浮固体荫向膜面吸附迁移有一定作用[4]，由于禾很高的悬浮固体浓度，导致较高的粘度，切膜污染随时间加剧。同时，我们也考察箱厂PVDF膜在设定周期下运行，其间不︸进行任何清洗，总阻力的变化规律如图4诌所示。可见，间歇运行27d，阻力达到螟×1012m-1。把连续抽吸的25m阗in内阻力变化延长至27d，充分体现昭了一体式膜生物反应器中间歇运行中曝气拜冲刷膜面的效果。PVDF膜水力清洗怆及海绵擦洗后的阻力比较长期运行过程蔼中，泥饼阻力是导致膜通量下降的主要因缙素。表3所示，在1d的连续运行过程中耗，泥饼阻力占总阻力的比例从开始的％上涿升至％。新开发的PVDF平片膜组件其灌优点在于能够通过简单便捷的在线海绵擦洗的方法，消除泥饼阻力，如图4，从而使水通量迅速恢复接近初始通量。表3骅运行过程中阻力分布的分析运行时间/h竹阻力/RmRcRfRtRc：Rt/%11024在一体式MBR中，泥水混合伞液处于循环流动状态，在运行过程中，膜豆表面泥饼层处于一种动态的相对稳定状态匍，形成膜过滤的主要阻力，并且由于膜的艋9/9 长期使用，形成阻力的因素也具有累积效鲟应[5]；而且，由于化学清洗价格昂贵鹱、操作复杂且不可能完全恢复膜通量[6恢]。因此，海绵定期在线擦洗对于膜通量赐的增强非常有利。再者，从长期运行的角艳度来看，在线擦洗至少可以减弱各种阻力状因素的累积，从而具有积极的实践意义。3结论①由于膜过滤对混合液悬浮固体鲣的完全截留，尽管原水含有少量抑菌物质政，出水CODCr去除率仍可达86%。ク②膜组件长时间运行导致膜污染，因此渤必须对其进行定期的清洗，而平片膜组件镯具有清洗高效。操作简单的优点。③平轸片膜组件只需用简单的在线海绵擦洗的方猁法，便可以部分恢复膜通量，从而减少价格昂贵的化学清洗，具有相当的实用价值渭。④膜性能指标有压力与通量两个变量盲，而运用RIS阻力模型可以统一两者，俣因此，在研究膜生物反应器中膜性能时，迎用阻力这个指标分析是可行的。参考文杩献：[1]李秀芬，傅学起，胡国臣.渲膜生物反应器在废水处理中的优势[J]禊.工业水处理，2001，21：7－10.[2]YanabotoK，HlasaM，MahlnoodT，ets9/9 olid－liquidseparat馁ionusinghollowfibe赓rinanactivatedslud皑geaerationtank[J].宓WaterScienceandTec镨hnology，1989，21：43钕－54.[3]JSKim，CHLe稚e，ISChangEffectofp钰umpshearontheperfoＭrmanceofacrossflow溏membranebioreactor新［J］.WaterResearch，罩2001，35：2137－2144.[4]刘锐，黄霞，汪诚文，等.一体式Ⅳ膜生物反应器长期运行中的膜污染控制[ｊJ].环境科学2000，21：58－61.[5]罗虹，顾平，杨造燕膜生圯物反应器内泥水混合液可过滤性的研究[J].城市环境与城市牛态，2000，13：51－54.[6]RoordaJH，JHJMVandermemb荮ranefoulinginultrafiltrationofWWTP-e泽ffluent[J].Watersc位ienceandTechnology周.2001，41：345－353.9/9