膜处理技术

最新水处理工艺开发与应用研究的英文论文内容介绍与点评ApplicationofA/O-MBRfortreatmentofdigestatefromanaerobicdigestionofcowmanure应用A/O-MBR工艺处理牛粪厌氧消化产生的消化液•Author：Gong,W.J.Li,W.Z.Liang,H.•Year：2010•Journal：ChemicalTechnologyandBiotechnology背景•畜牧业的增长引起了对奶牛、猪类及农场家禽等产生的大量动物废物安全处置的需求。•厌氧消化广泛的应用于动物性杂肥的生物转化技术。但厌氧消化技术如果要发展成为一种有效的环境良好的动物性杂肥的处理技术，则消化池中发生的湿式厌氧消化过程所产生的废水需要仔细处理后才能排放。•MBR一直广泛的应用于市政及工业废水处理。它含有高浓度的混合液悬浮固体，其产出的剩余污泥量较少，污染物去除效率和水的回收率高。与传统技术相比，MBR的优势包括减少水的停留时间，最大限度地减少污泥生产量，同时保持反应器中高的活性污泥浓度。该工艺也能处理较宽范围内的水质波动，并且出水可作为非饮用水直接回用。然而，膜上的污垢仍然是制约MBRs广泛应用的主要障碍。•消化液作为一种高浓度的废水（N，COD的浓度高，水质波动较大），光用MBR处理消化液难以得到满意的效果。文献表明，在处理高浓度的废水时，添加缺氧组件（或厌氧-缺氧）可以维持COD的高去除率。A/O-MBR工艺已应用于印染废水，高硝酸盐废水，焦化废水等其他类型的废水处理。然而，应用A/O-MBR工艺处理厌氧消化产生的消化液尚未见报道。•本文研究的目的是通过实验室研究评估A/O-MBR工艺处理牛粪料的湿式厌氧消化产生的消化液的效率，目标是同时消除消化液中的COD和氨氮。材料与方法•实验设计•上图所示为实验室建立的一个连续处理消化液（奶牛粪料经厌氧消化处理后沉淀24h提取的上清液）的A/O-MBR工艺。该工艺由一个缺氧反应器（有效容积14.0L，完全混合）、一个好养反应器（有效容积30.0L，完全混合）、一个浸入的膜生物反应器、一个超滤膜组件（中空纤维，聚偏二氟乙烯，孔径0.2μm，膜面积0.2㎡）组成。搅拌器安装在缺氧区，用于混合污泥。实验测得A/O-MBR工艺缺氧及好氧反应器的最适水力保持时间（HRT）分别为13.0h，22.0h，过膜流量为5L/m2·h，回流率为300%。运行期间A/O-MBR工艺缺氧和好氧反应器的平均MLSS为5.1±0.8g/L，平均MLVSS浓度为3.6±0.4g/L(n=27,27为实验过程中水样测试次数)，实验过程无污泥的排放。废水的特征参数取样和分析方法每4天取一次样，所取样品包括流入和流出缺氧反应器的水样、好氧反应器中的混合液以及经A/O-MBR处理后的水样。传统参数如pH、COD、NH4+-N,PO43−-P,MLSS和MLVSS的测定采用标准分析方法，应用DO仪pH计监测好氧反应器中悬浮液的DO和pH值。实验过程实验中用恒温控制器调节每个反应器的温度22.5℃。应用100g/L的Na2CO3溶液抵消消化作用损失的碱度，用pH控制器维持好氧反应器中的pH值在7.0-7.3。为了使膜上积垢最少，两个流出泵都是间歇地运行，即运行8min，静止2min。原始活性污泥取自当地的污水处理厂，初始污泥浓度大约为5200mg/L。缺氧区的溶解氧浓度0.2mg/L，好氧区为3.0–4.0mg/L。经过3周调试后，A/O-MBR工艺达到稳定的性能。当IMBR的TMP达到400kPa时，则对膜进行离线化学清洗以恢复膜通量，洗涤剂用H2SO4,NaOH,andNaClO。结果与讨论COD的去除上图所示为A/O-MBR工艺进水与出水的COD浓度和去除率。整个实验过程中，进水COD的浓度保持在2893-4453mg/L，COD的去除率很稳定，平均去除率维持在96.3%。在开始的20天，COD的去除率不稳定，出水COD的浓度介于557-155mg/L之间。这是因为在工艺的启动和微生物的驯化阶段，缺氧和好氧反应器中微生物种群相对较少，COD的去除主要依靠膜的物理截获和反应器中高浓度活性污泥的吸附作用，这个阶段的平均去除率为89.4％。在运行稳定期，平均COD的去除率为98.1％，平均出水COD浓度为72.0mg/L。这表明，应用A/O-MBR工艺能稳定的去除有机物。相比进水而言，出水COD浓度并没有表现出较大的波动，这表明A/O-MBR工艺对COD去除不随进水COD浓度的变化而变化。生物脱N图三所示为A/O-MBR工艺消化作用的性能。该工艺中NH4+-N的平均去除率为98.1％，整个实验中进水NH4+-N的浓度为380-655mg/L。开始的20天，NH4+-N的去除率不稳定，波动幅度较大。整个实验期间出水中NH4+-N的平均浓度保持在9.1mg/L。在稳定期（第21天至120天），NH4+-N的平均去除率达到99.1％，平均出水浓度约为4.6mg/L，P的去除•A/O-MBR工艺中，进水的PO43−-P浓度为39.0-54.8mg/L，而出水中的平均浓度低于10mg/L，这表明，这个工艺从第20天起后性能非常稳定。工艺中PO43−-P的平均去除率为76.6%。•在缺氧条件下，定期观察到PO43−-P的释放，缺氧反应器中平均PO43−-P浓度为70.2mg/L，高于进水的浓度，而出水中PO43−-P浓度低于10.0mg/L，这表明PO43−-P的吸附率非常高。膜上污垢的清除•使用的清洗剂分为三大类：强碱（NaOH）、强氧化剂（NaClO）以及强酸（H2SO4）。强碱引起pH值剧烈变化，促进化学方法处理沉积物，增加污染物和膜的静电斥力。强氧化剂在莫种程度上能促进污垢物的水解，而酸性去垢剂是通过打破污垢物与表面的化学键。•实验中当TMP达到400kPa时，则用三种清洗剂0.05%NaClO、0.5%NaOH和0.5%H2SO4进行化学清洗。清洗膜上的污垢•上表所示为进行化学清洗后的膜通量恢复率（在相同的初始TMP下，清洗后的透水性与初始透水性的比值）。•显然，在相同条件下，清洗效率很大程度上取决于清洗剂的清洗机制。分别用0.05%NaClO溶液和0.5%H2SO4溶液浸泡30h后，膜通量恢复率分别为64.5％和55.1%。膜通量恢复率并不理想，但用碱性的0.5％的NaOH溶液浸泡30h后，膜通量恢复率为95.2%。清洗周期大约每120天清洗一次。•应用好氧/厌氧膜生物反应系统来处理牛粪厌氧消化所产生的发酵液。对A/O-MBR系统去除N、COD、P的性能的研究表明：NH4+-N、COD、PO43−-P的平均去除率分别为98.1%、96.3%、76.6%。A/O-MBR系统中污染的膜用NaOH浸泡30h可以有效地清除干净。•本研究表明应用A/O-MBR工艺处理牛粪厌氧消化系统中产生的发酵液在技术上是可行的，使得处理动物性杂肥湿式厌氧消化过程成为一种环境上可以接受的方法。