海綿鐵除氧劑用于SMBR膜通量變化數(shù)學(xué)模型分析

嵩鑫海綿鐵除氧劑用于SMBR膜通量變化數(shù)學(xué)模型分析

以一體式膜生物反應(yīng)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(jìn)行考察,運(yùn)行結(jié)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(shù)學(xué)模型,提出求解的數(shù)值計算方法,并編程進(jìn)行上機(jī)計算,從理論上說明B 種優(yōu)于A 種及對照,證實(shí)膜組件形式優(yōu)化的必要性。

SMBR 工藝有傳統(tǒng)污水處理工藝所無法比擬的優(yōu)點(diǎn),諸如設(shè)備占地少、海綿鐵除氧劑污染物去除效率高、污泥產(chǎn)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(wěn)定膜通量、防止膜污染是國內(nèi)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(xù)不斷的動態(tài)過程,所以清洗過程應(yīng)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(yōu)化膜組件結(jié)構(gòu)形式入手自行設(shè)計了兩種膜組件結(jié)構(gòu)形式進(jìn)行研究。

1 　試驗(yàn)方法與結(jié)果

1. 1 　試驗(yàn)裝置與配水

試驗(yàn)裝置如圖1 ,圖中5 為中空纖維膜組件,膜材質(zhì)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(yīng)器內(nèi)的溫度為20 ～25 ℃,反應(yīng)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(jìn)行調(diào)節(jié), 海綿鐵除氧劑控制在0. 1～0. 3m3/ h 。試驗(yàn)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(zhì)49 %、多糖類27 %、無機(jī)物6 %) 。進(jìn)水COD 為1798～2312mg/ L 之間。

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

圖1 　試驗(yàn)裝置

1. 浮球閥;2. 反應(yīng)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(yàn)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(jìn)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(nèi)部穿過,在膜纖維的正下端由結(jié)晶砂曝氣頭進(jìn)行局部的氣泡沖洗,即A 種膜組件形式,見圖2 。

在此基礎(chǔ)上,為了避免端頭污染,將局部加強(qiáng)曝氣頭置于膜纖維與出水連接器結(jié)合處,加強(qiáng)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(qiáng)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(qiáng)曝氣頭的膜組件,規(guī)格與A、B 兩種膜組件相同,初始狀態(tài)下活性污泥的狀態(tài)基本相同) 在反應(yīng)器中分別運(yùn)行了40 天,并進(jìn)行了相關(guān)運(yùn)行效果的對比試驗(yàn)。圖4 為一體化膜生物反應(yīng)器A、B 兩種膜組件及對照膜組件分別經(jīng)一個多月的連續(xù)運(yùn)行膜水通量的變化情況。在試驗(yàn)期間為減緩膜污染、維持膜通量,每兩天進(jìn)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(shè)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(yàn)期間,對A、B 兩種膜組件在反應(yīng)器中污泥附著情況進(jìn)行了肉眼觀察,發(fā)現(xiàn)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(shí)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(yōu)勢。