PAC对MBR膜阻力影响研究

试 验 运 行 中 ，ＭＢＲ 进 行 了 ３ 次 膜 清 洗 ，而 ＰＡＣ－ＭＢＲ 膜污染较轻，共进行了 ２ 次膜清洗，可见 粉末活性炭的添加对膜污染有一定的减轻作用。
0 5
10 15
20 25 30 35
图 ３ ＭＢＲ 内 ＥＰＳ、蛋白质和多糖随时间的变化 Ｆｉｇ．３ Ｖａｒｉａｔｉｏｎ ｏｆ ＥＰＳ， ｐｒｏｔｅｉｎ ａｎｄ ｐｏｌｙｓａｃｃｈａｒｉｄｅ ｗｉｔｈ ｔｉｍｅ ｉｎ ＭＢＲ
70 60 50 40 30 20 10
0
5 10 15 20 25 30 35 40 45
ＴＮ（ｍｇ／Ｌ） ＮＨ３－Ｎ（ｍｇ／Ｌ）
ＴＰ（ｍｇ／Ｌ） 浊度（ＮＴＵ）
ｐＨ
２０．０６ １６．２６ ３．６４
３３ ７．１４
１．４ 分析方法 ＣＯＤ、ＮＨ３－Ｎ、ＴＮ、ＭＬＳＳ、ＭＬＶＳＳ 等 的 分 析 方
法均依照标准方法进行［７］；粘度：ＮＤＪ－５ 型涂 －４ 粘度 计；溶解氧：ＰＢ－６０７ 便携式溶氧仪；ＥＰＳ 提取采用文 献［８］的方法进行，蛋白质采用 Ｆｏｌｉｎ－ 酚法，多糖采用 蒽酮比色法，ＤＮＡ 采用二苯胺法测定［９］。
为考察二反应器内 ＥＰＳ 与膜污染的关系，从上 一次清洗结束开始工作到下一次清洗该膜的一个工 作周期内，每隔一段时间测定活性污泥的 ＥＰＳ 及各 组分含量，ＭＢＲ 和 ＰＡＣ－ＭＢＲ 第一个清洗周期分别 为 ３１ｄ 和 ４４ｄ。期间两反应器中活性污泥 ＥＰＳ 随时 间变化如图 ３ 和图 ４ 所示。
80 70 60 50 40 30 20 10
这可能是试验初期由于活性炭的加入改变了原有活性污泥的生操作压力随运行时间的变化fig2variationoftransmembranepressurewithtime204060800000000500100015002000250030003500400045mbr内eps蛋白质和多糖随时间的变化fig3variationofepsproteinandpolysaccharidewithtimeinmbr1015202530351020304050607080pacmbr内eps蛋白质和多糖随时间的变化fig4variationofepsproteinandpolysaccharidewithtimeinpacmbr101520253035404510203040506070实验配水水质table1compositionofsyntheticrawwastewater水质成分数值水质成分葡萄糖mgl淀粉mglnahcomgl氯化铵mgl氯化铁mgl26702670233083030蛋白胨mglkhmgl氯化钙mgl氯化镁mglcodmgl数值170270303036604水质成分数值tnmglnhnmgltpmgl浊度ntuph2006162636433714李绍峰等pac对mbr膜阻力影响研究15长环境微生物在形态和数量上也有很大不同导致微生物分泌的eps较少随着该反应器中的微生物对新环境的适应所分泌的eps也逐渐增加但eps的产生量与前者比相对较少可见粉末活性炭的添加对eps产和 ＭＢＲ 处理生活污水的对比实验研究， 在考察 ＰＡＣ 减缓膜污染的效果和对污泥混合液
特性影响的基础上， 探讨了胞外聚合物与膜污染的关系。ＰＡＣ－ＭＢＲ 膜组件在 ８３ｄ 的运行期内清洗了 ２ 次， 而 ＭＢＲ
进 行 了 ３ 次 清 洗 ， 表 明 添 加 ＰＡＣ 相 对 有 效 地 减 缓 了 膜 阻 力 升 高 的 速 度 ； ＰＡＣ 污 泥 混 合 液 的 粘 度 下 降 ， ＭＢＲ 中 的
ＥＰＳ 在 ３１ｄ 的 膜 工 作 周 期 内 由 ３６．０４ｍｇ／ｇＶＳＳ 增 加 到 ６７．８２ｍｇ／ｇＶＳＳ， 而 ＰＡＣ－ＭＢＲ 中 ＥＰＳ 在 ４４ｄ 内 由
２９．５７ｍｇ／ｇＶＳＳ 增加 到 ６３．５３ｍｇ／ｇＶＳＳ， 说 明 ＥＰＳ 浓 度 的 降 低 可 能 是 ＰＡＣ－ＭＢＲ 混 合 液 粘 度 下 降 的 重 要 原 因 ； ＭＢＲ
１６
水处理技术
第 ３３ 卷 第 ６ 期
长环境，微生物在形态和数量上也有很大不同，导致 微生物分泌的 ＥＰＳ 较少，随着该反应器中的微生物
ÁÂÅÃÆÄÇÈ ÁÂÃÁÂÃ ÄÄÃÃÅÅÆÆÂÂÇÇÈÂÈÂÁÈÉ对新环境的适应，所分泌的ＥＰＳ也逐渐增加，但
ＥＰＳ 的产生量与前者比相对较少，可见粉末活性炭 的添加对 ＥＰＳ 产生量有一定的影响。 ２．３ 混合液粘度变化
第 ３３ 卷 第 ６ 期
１４
２００７ 年 ６ 月
水处理技术 ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ ＯＦ ＷＡＴＥＲ ＴＲＥＡＴＭＥＮＴ
Ｖｏｌ．３３ Ｎｏ．６ Ｊｕｎ．，２００７
Ｐ ＡＣ对 ＭＢＲ 膜阻力影响研究
李绍峰 １，２，王雪芹 ３，王宏杰 ３
（１．哈尔滨工业大学环保科技有限公司博士后工作站，黑龙江 哈尔滨 １５０００１； ２．深圳职业技术学院建工系，广东 深圳 ５１８０５５； ３．哈尔滨工业大学市政环境工程学院，黑龙江 哈尔滨 １５００９０）
李绍峰等，ＰＡＣ 对 ＭＢＲ 膜阻力影响研究
流污泥，采用 ＳＢＲ 法培养，运行 ８ｈ，静置 ２ｈ，换水
１ｈ，经一个月驯化，活性污泥 ＭＬＳＳ 达到 ４０００ｍｇ／Ｌ
左 右 ，ＳＶＩ 在 １００ 左 右 ， 污 泥 成 熟 ；ＭＢＲ 与
ＰＡＣ－ＭＢＲ 中活性污泥起始浓度分别为 ２５０４ｍｇ／Ｌ
和 ２０３３ ｍｇ／Ｌ，ＰＡＣ 逐 天 加 入 ， 最 终 浓 度 为
１ 实验装置和方法
１．１ 实验装置 实验装置如图 １ 所示。反应器的有效容积为
２４Ｌ，膜组件为中空纤维膜组件，膜孔径为 ０．１μｍ，单 片膜面积为 ０．０２ｍ２，膜丝外径为 １．４４ｍｍ，反应器中 ４ 片膜并联排放，间距 ５ｃｍ，距反应器底 ２０ｃｍ。对 ＰＡＣ－ＭＢＲ 反应器中添加的粉末活性炭，作平行对 比试验，粉末活性炭目数为 １００～１５０。
1.4
浮 ＥＰＳ 含量与膜阻力之间有很好的相关性。关系式
1.2
分别为：
0
20
40
60
80
ＭＢＲ：Ｒ＝ ０．０００２ＣＥＰＳ２．６４９７
（２）
图 ５ 粘度随 ＳＲＴ 的变化 Ｆｉｇ．５ Ｖａｒｉａｔｉｏｎ ｏｆ ｖｉｓｃｏｓｉｔｙ ｗｉｔｈ ＳＲＴ
２．４ 胞外聚合物与膜污染的关系
膜污染程度理论上用膜阻力的大小来衡量，通
和 ＰＡＣ－ＭＢＲ 中膜阻力与混合液 ＥＰＳ 含量正相关 ， 其关系式分别为： Ｒ＝０．０００２ＣＥＰＳ２．６４９７ 和 Ｒ＝０．０００７ＣＥＰＳ２． ３４０７， 证明 ＥＰＳ 对膜污染有着重要的影响。
关键词：膜生物反应器； ＰＡＣ； 膜污染； 胞外聚合物
中图分类号：ＴＱ４２４．１；ＴＱ０２８．８
文献标识码：Ａ
１．２ 实验方法 接种活性污泥取自深圳市滨河污水厂二沉池回
收稿日期：２００７－０１－３１ 基金项目：广东省自然科学基金（０４３００４２０） 作者简介：李绍峰（１９７２－）博士，副教授，研究方向为水污染控制及污水资源化技术；联系电话：１３６２２３５３２１５；Ｅ－ｍａｉｌ：ｓｏｌｖｅ２８＠１６３．ｃｏｍ。
数值
葡萄糖（ｍｇ／Ｌ） 淀粉（ｍｇ／Ｌ）
ＮａＨＣＯ３（ｍｇ／Ｌ） 氯化铵（ｍｇ／Ｌ）
ÁÂÃÄÅÆÇÁÈÉ氯化铁（ｍｇ／Ｌ）
２６７．０ ２６７．０ ２３３．０ ８３．０
３．０
蛋白胨（ｍｇ／Ｌ） ＫＨ２ＰＯ４（ｍｇ／Ｌ） 氯化钙（ｍｇ／Ｌ） 氯化镁（ｍｇ／Ｌ）
ＣＯＤ（ｍｇ／Ｌ）
１７．０ ２７．０ ３．０ ３．０ ３６６．０４
图 ４ ＰＡＣ－ＭＢＲ 内 ＥＰＳ、蛋白质和多糖随时间的变化 Ｆｉｇ．４ Ｖａｒｉａｔｉｏｎ ｏｆ ＥＰＳ， ｐｒｏｔｅｉｎ ａｎｄ ｐｏｌｙｓａｃｃｈａｒｉｄｅ ｗｉｔｈ
ｔｉｍｅ ｉｎ ＰＡＣ－ＭＢＲ
从图 ３ 可知，ＭＢＲ 中的 ＥＰＳ 在 ３１ｄ 的膜使用 周期内由 ３６．０４ｍｇ／ｇＶＳＳ 增加到 ６７．８２ｍｇ／ｇＶＳＳ，且 初始阶段 ＥＰＳ 上升较慢，但 ２２～３１ｄ 内 ＥＰＳ 有较大 增加。蛋白质和多糖的变化也呈不同程度的上升趋 势，膜污染最严重时多糖含量相对较大。从图 ４ 可 知，ＰＡＣ－ＭＢＲ 中的 ＥＰＳ 的变化趋势与前者相似，但 ＥＰＳ 的量较前者低。ＥＰＳ 在 ４４ｄ 膜使用周期内由 ２９．５７ｍｇ／ｇＶＳＳ 增加到 ６３．５３ｍｇ／ｇＶＳＳ。这可能是试 验初期由于活性炭的加入改变了原有活性污泥的生
２ 结果与讨论
ÁÂÅÃÆÄÇÈ ÁÂÅÈÃÄÆÉÇ ２．１操作压力随运行时间的变化 通过调节抽吸泵压力来控制膜通量保持恒定， 压力表指数可显示操作压力变化情况，当膜阻力大 于 ０．０４ＭＰａ 时，进行膜清洗，两种膜生物反应器的 操作压力随运行时间变化如图 ２ 所示。
１５
加剧时，膜组件需重新清洗再生。在连续运行的 ８３ｄ 过程中，ＭＢＲ 的操作压力分别于 ３１ｄ、５５ｄ 和 ８０ｄ 时， 进行了 ３ 次膜清洗。对于 ＰＡＣ－ＭＢＲ 而言，操作压力 的 增 长 相 对 缓 慢 ， 分 别 于 ４４ｄ 和 ８３ｄ 时 达 到 ０．０４ＭＰａ，共进行了 ２ 次膜清洗。可见粉末活性炭的加 入对膜污染有一定的减轻作用，这是由于投加 ＰＡＣ 后，污泥絮体更易相互吸附、聚集使其絮体更大，在膜 表面形成的滤饼层比较疏松、透水性好所致。 ２．２ 胞外聚合物随运行时间的变化
炭的添加对膜污染有一定的减缓作用。
式 中 ，Ｊ 为 膜 通 量 ｍ３／ｍ２·ｓ；ΔＰ 为 膜 两 侧 的 压 力 差 ３ 结 论
Ｐａ；μ为透过液粘度 Ｐａ·ｓ ；Ｒ 为过滤总阻力 ｍ－１。 由于试验过程中，膜通量保持恒定。因此可通过
透过液粘度及膜两侧的压力差计算出过滤总阻力， 考察两反应器中在各自膜使用周期内污泥混合液胞 外聚合物与膜阻力的关系，其结果如表 ３、图 ６ 和 ７ 所示。
16 14 12 10
8 6 4 2 0 25 30 35 40 45 50 55 60 65
图 ７ ＰＡＣ－ＭＢＲ 内 ＥＰＳ 含量与膜阻力关系 Ｆｉｇ．７ Ｒｅｌａｔｉｏｎ ｂｅｔｗｅｅｎ ＥＰＳ ａｎｄ ｍｅｍｂｒａｎｅ ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ ｉｎ
1.8
ＰＡＣ－ＭＢＲ
1.6
由图 ６ 和 ７ 可以看出，两种膜生物反应器中悬
５００ｍｇ／Ｌ，整个试验过程中不进行排泥；控制 ＨＲＴ
为 ６ｈ 左右，ＤＯ 为 ２．５ｍｇ／Ｌ 左右；抽吸泵运行方式
为抽吸 １０ｍｉｎ，停 ５ｍｉｎ。
１．３ 实验原水水质
实验原水根据典型的生活污水水质配制，水质
成分如表 １ 所示。
表 １ 实验配水水质 Ｔａｂｌｅ １ Ｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ ｏｆ ｓｙｎｔｈｅｔｉｃ ｒａｗ ｗａｓｔｅｗａｔｅｒ 水质成分 数值 水质成分 数值 水质成分
文章编号：１０００－３７７０（２００７）０６－０１４－０４
膜生物反应器（ＭＢＲ）工艺将膜分离技术与生 物技术相结合，具有许多常规污水处理工艺不可比 拟的优点［１－２］，但在过滤过程中，活性污泥混合液中的 微 生 物 菌 胶 团 及 溶 解 性 微 生 物 产 物（Ｍｉｃｒｏｂｉａｌ ｐｒｕｄｕｃｔｓ，ＳＭＰ） 等会在膜表面形成泥饼层而堵塞膜 孔，导致膜通量下降，造成膜污染，是目前限制 ＭＢＲ 应用于实际工程的瓶颈。膜污染程度取决于膜本身 的性质、料液的特性和过滤操作条件，对于 ＭＢＲ，通 过改变过滤料液的性能来防止膜污染将是一条重要 且可行的途径 ［３－５］。近年来，国内外一些研究者向 ＭＢＲ 中 投 加 粉 末 活 性 炭 （Ｐｏｗｄｅｒｅｄ ａｃｔｉｖａｔｅｄ ｃａｒ－ ｂｏｎ，ＰＡＣ）以提高处理效果和减缓膜污染［６］，但对投 加 ＰＡＣ 后如何改变料液性质进而减缓膜污染的研 究尚少。本研究通过平行对比试验，从膜污染速率、 混合液特性和胞外聚合物含量等方面探讨了 ＰＡＣ 投加对 ＭＢＲ 膜阻力的影响，以期为 ＰＡＣ－ＭＢＲ 的 工程应用提供参考。
从清洗膜时发现，ＭＢＲ 中膜上的泥饼有较强的粘性， 与膜表面粘附较紧，不易清洗；而 ＰＡＣ－ＭＢＲ 中的泥 饼较硬，粘性较小，用强水流冲洗即可。
2.2 2.0
16 14 12 10
8 6 4 2
35 40 45 50 55 60 65 70
图 ６ ＭＢＲ 中 ＥＰＳ 含量与膜阻力的关系 Ｆｉｇ．６ Ｒｅｌａｔｉｏｎ ｂｅｔｗｅｅｎ ＥＰＳ ａｎｄ ｍｅｍｂｒａｎｅ ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ ｉｎ ＭＢＲ
0.045 0.040 0.035 0.030 0.025 0.020 0.015 0.010 0.005 0.0000
20
40
60
80
图 ２ 操作压力随运行时间的变化 Ｆｉｇ．２ Ｖａｒｉａｔｉｏｎ ｏｆ ｔｒａｎｓｍｅｍｂｒａｎｅ ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｗｉｔｈ ｔｉｍｅ
由图 ２ 可以看出，两者膜污染的规律较为类似， 在开始运行阶段，膜阻力上升较慢，当操作压力突然
１－ 配水箱；２－ 提升泵；３－ 高位水箱；４－ 液位平衡箱；５－ 浮球阀； ６－ ＳＭＢＲ；７－ ＰＡＣ－ＭＢＲ；８－ 曝气头；９－ 中空纤维膜；１０－ 真空表； １１－ 液体流量计．；１２－ 抽吸泵；１３－ 空压机；１４－ 气体流量计
图 １ 试验装置示意图 Ｆｉｇ．１ Ｔｈｅ ｄｉａｇｒａｍ ｏｆ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ ｄｅｖｉｃｅ
从图 ５ 可以看出，活性污泥粘度都随运行时间增 加呈增大趋势，但在很长一段时间内 ＰＡＣ－ＭＢＲ 中活 性污泥的粘度较小，到后期二者差别不是很大。混合液 粘度增大可能与污泥 ＥＰＳ 浓度变化有关，随运行时间 的延长，ＥＰＳ 浓度增高，尤其是蛋白质和多糖浓度的增
ÁÈÉ加（见图３和图４），造成混合液粘度逐渐增高。这可以
常膜阻力可用式（１）表示：
Ｒ＝
ΔＰ μＪ
（１）
ＰＡＣ－ＭＢＲ：Ｒ＝ ０．０００７ＣＥＰＳ２． ３４０７
（３）
式 ２ 和 ３ 显示出 ＥＰＳ 对膜阻力的影响程度，两
种膜生物反应器中膜阻力随悬浮液中 ＥＰＳ 的量的
增大而增大，同时也看到 ＰＡＣ－ＭＢＲ 中的 ＥＰＳ 含量
较 ＭＢＲ 低一些，其膜阻力增加较慢，可见粉末活性