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本研究以揭示MBR中膜污染的产生机理与寻求预防对策为目标,通过处理城市内河道水和人工配制污水,就一体浸没式膜.生物反应器($MBR)中混合液污泥和膜上污泥的EPS与不同特性膜过滤性能进行研究;通过向反应器中投加活性炭(PAC)对以上内容进行进一步探究;通过对膜污染进行阻力模型分析,研究膜污染的根本原因。
SMBR不同特性膜处理上海市内河道水的过滤性能试验研究结果表明:SMBR对氨氮含量较高的富营养化河水,氨氮的去除率在90%以上,出水COD的平均为30mg.L-1,同时能有效去除藻类物质、SS及色度。SMBR在整个运行过程中的通量、压力保持稳定,出水水质良好,可用于城市绿化等回用目的。并且比较两种膜片运行性能,亲水性膜片在运行通量和通量恢复能力上,均比疏水性膜片优越。两种膜的出水水质几乎无差异。
SMBR中EPS对膜过滤性能的影响研究在处理上海市城市内河水的试验同时进行,研究了反应器混合液中和两种疏水性不同的膜上污泥EPS的量、组成、污泥特性及对膜过滤性能的影响。结果表明,混合液污泥中的溶解性EPS和固着性EPS比膜上污泥多,不同污泥的固着性EPS组分中蛋白质(EPS?)/多糖(EPSc)的大小顺序依次为混合液污泥<亲水膜污泥<疏水膜污泥。疏水膜污泥中溶解性EPS比亲水膜多,溶解性EPS和固着性EPS量及组分均有很大差异。混合液污泥的EPS流动性大,疏水性膜上污泥EPS的流动性较大。溶解性EPS对污泥特性及膜过滤性能影响较大。SMBR中亲、疏水性膜片上黏附的污泥的相对疏水性分别为53%、59%。比较2种膜片通量的变化发现,疏水性膜污染严重。
对间歇出水运行处理人工配制污水的SMBR中投加PAC的膜过滤性能研究结果表明,运行时间较长的SMBR中投加PAC对有机物和氨氮的去除率影响不大,但改善了出水中N02--N的浓度。投加PAC对SMBR通量无明显改善,但膜的透过压力略有减小。亲水性新膜的清水通量、亲水性新膜与其清洗后在SMBR中的初始运行通量均大于疏水性膜,但是疏水性膜在稳定运行期间的通量均大于亲水性膜。投加PAC前后混合液和两膜上污泥EPS的结果表明,投加PAC后混合液污泥低速离心黏附物和固着性EPS的量减少,除了疏水性膜上污泥低速离心黏附物的量减少外,两膜上污泥的EPS的量并未减少。此外,分子量分布试验结果表明,污泥低速离心黏附物分子分布大于0.22gra,固着性EPS的分子量主要分布于截留分子量14万以上。投加PAC后,2千以下分布量极大减少。而且,投加PAC后两膜上污泥的相对疏水性大幅增加,且从投加前的疏水性膜>亲水性膜转变为亲水性膜>疏水性膜。另外,PAC对提取的纯EPS吸附效果不明显。
膜污染的阻力模型分析结果表明,人工配制污水试验所用的亲水性膜自身的阻力Rm比疏水性膜大,前者是后者的1.7倍,亲水性膜的总阻力也比疏水性膜大。在河道水试验中,亲水性膜自身的阻力和污染总阻力均小于疏水性膜。模拟废水和河道水试验的SMBR中膜表面滤饼层阻力Rc分别从周期第二天的80%和85%左右上升至周期末的95%和93%左右,这说明,在本试验中膜表面滤饼层是引起膜污染最主要的原因,且泥饼阻力的大幅上升发生在反应器运行初期。膜表面泥饼层的形成是膜污染阻力的主要来源,是造成膜污染主要原因。