海绵铁除氧剂用于SMBR膜通量变化数学模型分析

嵩鑫海绵铁除氧剂用于SMBR膜通量变化数学模型分析

以一体式膜生物反应器(SMBR) 处理污水,对自行研制的两种膜组件形式的膜通量

变化进行考察,运行结果表明:A 和B 两种组件均好于对照组件,且B 种能有效防止端头污染,在一定程度上减缓膜通量的衰减。通过建立数学模型,提出求解的数值计算方法,并编程进行上机计算,从理论上说明B 种优于A 种及对照,证实膜组件形式优化的必要性。

SMBR 工艺有传统污水处理工艺所无法比拟的优点,诸如设备占地少、海绵铁除氧剂污染物去除效率高、污泥产率低、出水可以回用等,但也存在较难克服的问题。其中如何稳定膜通量、防止膜污染是国内外研究者面临的主要问题[1 ,2 ] 。

膜阻塞来自于污染物在膜表面的沉积,而污染物的去除不是绝对的,也不是一次可以完成的,由于污染是连续不断的动态过程,所以清洗过程应是周期性的。为了延长清洗周期、减缓膜通量的衰减,本研究从优化膜组件结构形式入手自行设计了两种膜组件结构形式进行研究。

1 　试验方法与结果

1. 1 　试验装置与配水

试验装置如图1 ,图中5 为中空纤维膜组件,膜材质为聚砜,截留分子量50000 ,膜组件长度0. 3m ,膜的表面积为750cm2 ; 反应器内的温度为20 ～25 ℃,反应器的有效体积7. 0L ;图中所示净水头压差H 为12kPa ;曝气装置的曝气量由空气流量计进行调节, 海绵铁除氧剂控制在0. 1～0. 3m3/ h 。试验用水采用人工配水,以豆粉为原料配制而成(含脂肪18 %、蛋白质49 %、多糖类27 %、无机物6 %) 。进水COD 为1798～2312mg/ L 之间。

原水中蛋白质含量较高为微生物难以直接利用的物质,因此该废水属中等浓度有机废水。

图1 　试验装置

1. 浮球阀;2. 反应器;3. 空气流量计;4. 曝气装置;5. 中空纤维膜;6. 密闭反冲洗装置7. 海绵铁除氧剂

1. 2 　试验用膜组件形式与膜通量的衰减情况我们自行研制了两种改进中空纤维膜组件形式,为了更好的消除膜面污染,我们采用将中空纤维两端固定在出水连接器上,局部空气曝气管道由连接器内部穿过,在膜纤维的正下端由结晶砂曝气头进行局部的气泡冲洗,即A 种膜组件形式,见图2 。

在此基础上,为了避免端头污染,将局部加强曝气头置于膜纤维与出水连接器结合处,加强端头冲洗,形成B 种膜组件形式,见图3 。A、B 两种膜组件形式的加强曝气头曝气量均为0. 05m3/ h 。A、B 两种膜组件及对照膜组件(无加强曝气头的膜组件,规格与A、B 两种膜组件相同,初始状态下活性污泥的状态基本相同) 在反应器中分别运行了40 天,并进行了相关运行效果的对比试验。图4 为一体化膜生物反应器A、B 两种膜组件及对照膜组件分别经一个多月的连续运行膜水通量的变化情况。在试验期间为减缓膜污染、维持膜通量,每两天进行一次海绵铁除氧剂反冲洗;研究方向:水污染控制工程。由图4 可见,对照组件的通量衰减幅度均大于A、B两种膜组件,说明膜组件形式的设计对膜水通量有一定程度的影响。尤其是膜组件B 的通量衰减最为缓慢。在试验期间,对A、B 两种膜组件在反应器中污泥附着情况进行了肉眼观察,发现B 种组件形式在端头处的污泥堆积情况明显轻于A 组件和对照组件,证实端头海绵铁除氧剂曝气作用对膜水通量的衰减起到一定的缓解作用。表明B 组件具有一定的优势。