海綿鐵除氧劑用于SMBR膜通量變化數學模型分析

嵩鑫海綿鐵除氧劑用于SMBR膜通量變化數學模型分析

以一體式膜生物反應器(SMBR) 處理污水,對自行研制的兩種膜組件形式的膜通量

變化進行考察,運行結果表明:A 和B 兩種組件均好于對照組件,且B 種能有效防止端頭污染,在一定程度上減緩膜通量的衰減。通過建立數學模型,提出求解的數值計算方法,并編程進行上機計算,從理論上說明B 種優于A 種及對照,證實膜組件形式優化的必要性。

SMBR 工藝有傳統污水處理工藝所無法比擬的優點,諸如設備占地少、海綿鐵除氧劑污染物去除效率高、污泥產率低、出水可以回用等,但也存在較難克服的問題。其中如何穩定膜通量、防止膜污染是國內外研究者面臨的主要問題[1 ,2 ] 。

膜阻塞來自于污染物在膜表面的沉積,而污染物的去除不是絕對的,也不是一次可以完成的,由于污染是連續不斷的動態過程,所以清洗過程應是周期性的。為了延長清洗周期、減緩膜通量的衰減,本研究從優化膜組件結構形式入手自行設計了兩種膜組件結構形式進行研究。

1 　試驗方法與結果

1. 1 　試驗裝置與配水

試驗裝置如圖1 ,圖中5 為中空纖維膜組件,膜材質為聚砜,截留分子量50000 ,膜組件長度0. 3m ,膜的表面積為750cm2 ; 反應器內的溫度為20 ～25 ℃,反應器的有效體積7. 0L ;圖中所示凈水頭壓差H 為12kPa ;曝氣裝置的曝氣量由空氣流量計進行調節, 海綿鐵除氧劑控制在0. 1～0. 3m3/ h 。試驗用水采用人工配水,以豆粉為原料配制而成(含脂肪18 %、蛋白質49 %、多糖類27 %、無機物6 %) 。進水COD 為1798～2312mg/ L 之間。

原水中蛋白質含量較高為微生物難以直接利用的物質,因此該廢水屬中等濃度有機廢水。

圖1 　試驗裝置

1. 浮球閥;2. 反應器;3. 空氣流量計;4. 曝氣裝置;5. 中空纖維膜;6. 密閉反沖洗裝置7. 海綿鐵除氧劑

1. 2 　試驗用膜組件形式與膜通量的衰減情況我們自行研制了兩種改進中空纖維膜組件形式,為了更好的消除膜面污染,我們采用將中空纖維兩端固定在出水連接器上,局部空氣曝氣管道由連接器內部穿過,在膜纖維的正下端由結晶砂曝氣頭進行局部的氣泡沖洗,即A 種膜組件形式,見圖2 。

在此基礎上,為了避免端頭污染,將局部加強曝氣頭置于膜纖維與出水連接器結合處,加強端頭沖洗,形成B 種膜組件形式,見圖3 。A、B 兩種膜組件形式的加強曝氣頭曝氣量均為0. 05m3/ h 。A、B 兩種膜組件及對照膜組件(無加強曝氣頭的膜組件,規格與A、B 兩種膜組件相同,初始狀態下活性污泥的狀態基本相同) 在反應器中分別運行了40 天,并進行了相關運行效果的對比試驗。圖4 為一體化膜生物反應器A、B 兩種膜組件及對照膜組件分別經一個多月的連續運行膜水通量的變化情況。在試驗期間為減緩膜污染、維持膜通量,每兩天進行一次海綿鐵除氧劑反沖洗;研究方向:水污染控制工程。由圖4 可見,對照組件的通量衰減幅度均大于A、B兩種膜組件,說明膜組件形式的設計對膜水通量有一定程度的影響。尤其是膜組件B 的通量衰減最為緩慢。在試驗期間,對A、B 兩種膜組件在反應器中污泥附著情況進行了肉眼觀察,發現B 種組件形式在端頭處的污泥堆積情況明顯輕于A 組件和對照組件,證實端頭海綿鐵除氧劑曝氣作用對膜水通量的衰減起到一定的緩解作用。表明B 組件具有一定的優勢。