水力停留时间对HMBR处理效能的影响

水力停留时间(hydraulic retention ti me,HRT)对膜生物反应器(membrane bioreactor,MBR)的运行特性具有重要影响,它不仅会影响MBR对污染物的去除效果,还会影响膜污染进程[1-3].另外,HRT越长,意味着反应器的有效容积越大,工程的建设成本就越高.因此,确定 MBR的最佳HRT在实际工程中具有重要意义.

刘强等人在普通的MBR中安装生物填料培养生物膜,将普通的MBR发展成为复合式MBR(hybrid membrane bioreactor,HMBR).与普通的MBR相比,HMBR的生物降解能力和抗膜污染能力更强[4-6].本课题拟在不同的HRT条件下运行HMBR处理生活污水,对HRT影响HMBR处理效能、活性污泥物理效能以及膜污染的情况进行研究.

观上水库除险加固前后每年有36组（每月观测3次）的浸润线对比观测数据，整理归纳大坝混凝土防渗前后浸润线观测对比数据后得出结论：大坝进行混凝土防渗后，浸润线高程明显下降，渗流量明显减小，起到了应有的防渗作用。

1 试验部分

1.1 试验装置

H MBR工艺流程如图1所示.曝气池内的生物填料为弹性填料,投加率为60%(体积分数).膜组件为PVDF中空纤维膜组件,膜孔径为0.2μm.膜组件安装在曝气池的一侧,采用蠕动泵抽吸出水,抽吸方式为开8 min、停2 min.膜通量为10 L·m-2·h-1,膜的总过滤面积为1 m2.出水管上安装真空表,用以检测跨膜压差(trans membrane pressure,T MP).当T MP达到20 k Pa时,膜组件停止运行,进行化学清洗.膜组件下方靠近池底处安装曝气头,气体由鼓风机提供,产生的气泡既能用来扰动膜丝并冲刷膜丝表面的泥饼层以控制膜污染,又能提供微生物进行新陈代谢所必需的溶解氧.曝气池内的平均溶解氧(dissolved oxygen,DO)浓度控制在1 mg·L-1左右,污泥停留时间(sludge retention ti me,SRT)为10 d,池底处安装排泥管用来排除剩余活性污泥,每天的排泥量为曝气池内混合液有效容积的1/10.

铺设土工膜前要展开复合土工膜，检查是否有漏水点，对漏水点进行补漏；铺设完成后，对割开的土工膜进行焊接，焊接宽度应满足规范要求；土工膜、土工布应自然松弛于支持面贴实，不得出现褶皱、悬空的现象。

  

图1 HMBR工艺流程Fig.1 Schematic diagram of HMBR

1.2 原水水质

COD:重铬酸钾法:纳氏试剂分光光度法;TN:过硫酸钾消解-紫外分光光度法;TP:钼锑抗分光光度法;MLSS、MLVSS:重量法[7].DO:溶解氧仪;p H:p H计;水温:温度计;活性污泥平均粒径:激光粒度分布测定仪(LS 230/SV M+,COULTER,USA).

1.3 试验方法

同时运行4台H MBR试验装置,每台装置的有效容积分别为50 L、100 L、150 L和200 L,对应的HRT分别为5 h、10 h、15 h和20 h.检测反应器各项进出水水质指标和活性污泥的絮凝及沉淀等性能,同时关注T MP的变化情况.

 

表1 原水水质Tab.1 Raw wastewater quality

  

258～965 21.3～49.6 34.6～55.8 4.7～8.7 6.9～7.6 18.1～25.6

1.4 检测项目及方法

试验用水为徐州市某居民小区生活污水,原水水质见表1.

我国大部分高职院校还并没有对计算机专业课程进行微课资源开发，实际的教育工作中，还是采用传统的计算机教学方式开展教学活动，导致计算机专业的实际教学质量和效率存在严重的问题，不能够促进学生计算机专业知识的加强。

 

2.1.1 对COD的去除效果

生物膜浓度b为W与曝气池有效容积V的比值,即

 

活性污泥絮凝性能:自曝气池中取活性污泥混合液1 L,慢速(15 r·min-1)搅拌10 min,沉淀30 min,取上清液浊度表征污泥的絮凝性能,NTU.

活性污泥沉淀性能:以活性污泥混合液的SVI值表征污泥的沉淀性能,mL·g-1.

2 结果与讨论

2.1 对HMBR处理效果的影响

式中:n为取样填料数量,N为曝气池内填料总数.

（2）《财政部 税务总局关于延续支持农村金融发展有关税收政策的通知》[7]中明确规定2017年1月1日-2019年12月31日，对金融机构农户小额贷款的利息收入，在计算应纳税所得额时，按90%计入收入总额。

试验期间,每台反应器内的生物量相差不大.MLSS约为3 760 mg·L-1,MLVSS约为2 712 mg·L-1,生物膜浓度约为1 528 mg·L-1,则生物总量约为5 288 mg·L-1.

由图2可知,当HRT分别为5 h、10 h、15 h和20 h时,HMBR对COD均取得了良好的去除效果,COD平均去除率均超过90%.H MBR对COD的去除效果与反应时间有关,随着HRT的延长,H MBR对COD的去除率相应提高.当HRT为5 h时,H MBR对COD的平均去除率为90.3%;当HRT为10 h时,H MBR对COD的去除效果明显增强,COD平均去除率提高到了94.2%;继续延长HRT到15 h和20 h,H MBR对COD的去除效果虽然有所增强,但增加的幅度较为有限,COD平均去除率分别为94.9%和95.1%.

  

图2 HMBR对COD的去除效果Fig.2 CODremoval by HMBR

2.1.2 对TN的去除效果

生物脱氮包括两个过程,一个是好氧条件下的硝化反应过程,另一个是缺氧条件下的反硝化反应过程,这两个过程一般需要在两个不同的构筑物中分别完成[8-10].近年来的研究结果表明,当DO浓度较低时,由于氧传递的限制作用,在活性污泥或生物膜内部可能会出现缺氧甚至厌氧状态,进行反硝化反应,为在同一构筑物内脱氮提供了可能.在H MBR内,由于曝气池中的DO浓度较低(约为1 mg·L-1),可以在活性污泥和生物膜的外部进行硝化反应,内部进行反硝化反应,两种反应的效果均与反应时间即HRT有关.

由表2可知,随着HRT的延长,活性污泥的粒径相应增大.当HRT为5 h时,污泥平均粒径为43μm;当HRT为10 h时,污泥平均粒径为57μm;继续延长HRT对活性污泥粒径的影响程度明显变小.

  

图3 HMBR对的去除效果Fig.3 removal by HMBR

随着反应时间的延长,H MBR的反硝化效果同样提高.在硝化反应与反硝化反应的共同作用下,H MBR对TN的去除效果增强.当HRT为5 h时,H MBR对TN的平均去除率为40.1%;当HRT为10 h时,H MBR的脱氮效果明显增强,TN平均去除率提高到了50.2%;当HRT为15 h时,H MBR的脱氮效果继续增加,TN平均去除率为54.3%;当HRT为20 h时,H MBR的脱氮效果变化不大,TN平均去除率为54.7%.如图4所示.

另外,HRT会影响活性污泥的絮凝与沉淀性能.当HRT由5 h延长到10 h时,活性污泥的絮凝与沉淀性能明显提高,提高幅度分别为11.3%和23.3%.继续延长HRT,两种性能的提高幅度明显变小.

  

图4 HMBR对TN的去除效果Fig.4 TNremoval by HMBR

2.1.3 对TP的去除效果

生物膜量:自曝气池内随机抽取一定数量的生物填料置于烘箱中,于105℃下2 h烘干.取出填料在干燥器内冷却至恒温,称重为W1(mg).用20%的Na OH溶液浸泡填料并不断搅拌将其表面上附着的生物膜完全去除,用清水洗净后将填料置于烘箱中于105℃下2 h烘干.取出填料在干燥器内冷却至恒温,称重为W 2(mg).则总的生物膜量W(mg)为:

生物除磷包括两个过程,一个是好氧条件下的吸磷过程,另一个是厌氧条件下的释磷过程.由于厌氧微环境的存在,在活性污泥和生物膜外部可以进行吸磷过程,内部可以进行释磷过程.当HRT为5 h时,H MBR对TP的平均去除率为58.5%;当HRT为10 h时,H MBR对TP的去除效果明显增加,TP平均去除率为78.9%;继续延长HRT对TP去除的影响不大,当HRT为15 h和20 h时,H MBR对TP的平均去除率分别为79.1%和78.8%.如图5所示.

  

图5 HMBR对TP的去除效果Fig.5 TPremoval by HMBR

2.2 对活性污泥物理性能的影响

随着反应时间的延长,HMBR的硝化效果相应提高.当HRT为5 h时,H MBR对NH 3 N的平均去除率为94.3%;当HRT为10 h时,H MBR对NH 3 N的平均去除率提高到了97.6%;当HRT为15 h时,H MBR的硝化效果继续提高,平均去除率为99.1%;当HRT为20 h时,H MBR对的去除效果提高不大,的平均去除率为99.2%.如图3所示.

对于神话、传说，咱老百姓就说：“我给你说说这个某某神(鬼)的事儿吧，我给你说说那个某某神(鬼)的事吧。”像神话、传说、故事都是书面意义，老百姓们不那么说。耿村一开始还没被发现的时候，周边人说耿村是“笑话村”，后来专家们证实后就改叫“故事村”。再后来大家总是听过来采访的人、专家、学者们说讲个故事、传说之类，他们才把“笑话”改成“故事”或者“传说”。

 

表2 活性污泥的各种物理性能Tab.2 Physical properties of activated sludge

  

HRT/h污泥平均粒径/u m污泥絮凝性能/NTU污泥沉淀性能/(mL·g-1)43 7.1 176 10 57 6.3 135 15 61 6.1 128 5 20 63 6.1 122

2.3 TMP的变化情况

由图6可知,当HRT为5 h时膜组件的运行周期为116 d,当HRT为10 h时膜组件的运行周期为145 d.继续延长HRT到15 h和20 h,膜组件的运行周期基本没有变化,只是在第60～130 d期间内T MP的变化趋势有所减缓.

(3) 模具制造取得了一定的成功，但是由于新模块的加入，在模具防锈，机械元件润滑等尚有不足之处，需要不断完善，模具刃磨时需要增加防护措施。

  

图6 TMP的变化情况Fig.6 Variation of TMP

在徐毅等人[1]和彭小明等人[2]的试验中,调整HRT会造成膜通量的变化,而膜通量是影响膜污染的重要参数之一,因此调整HRT最终会影响膜污染的进程.而在本试验中,4台反应器的膜通量均为10 L·m-2·h-1,膜通量这一影响因素可忽略不计.

经分析认为,调整HRT之所以会造成膜组件运行周期的变化主要是由于活性污泥物理性能的改变引起的.微滤膜表面泥饼层的污泥主要来源于活性污泥,活性污泥絮凝性能、沉淀性能以及粒径的变化会引起泥饼层阻力的变化,而泥饼层阻力在膜的总过滤阻力中占主要成分[5],因此,活性污泥物理性能的变化最终会改变膜组件的运行周期.

某污水厂工程的场址原为耕地，地形比较平坦，属于山前的冲洪积平原，表层填土下的主要地层基本为第四纪冲洪积形成的砂类土、粉土以及黏性土，区域内分布有湿陷性土层。

3 结论

1)当HRT由5 h延长到10 h时,HMBR对COD、N和TP的处理效果明显改善,平均去除率由90.3%、94.3%、40.1%和58.5%分别提高到94.2%、97.6%、50.2%和78.9%.继续延长 HRT到15 h和20 h对HMBR处理效能的影响明显减小.

2)当HRT由5 h延长到10 h时,活性污泥的絮凝性能和沉淀性能分别提高了11.3%和23.3%,平均粒径增大了32.6%.继续延长HRT到15 h和20 h对活性污泥物理性能的改善幅度不大.

[50] Wilbur Ross and Chris Coons, “Wilbur Ross and Chris Coons: China is ‘Pouring Money into Africa.’ Here Is How the U.S. Can Level the Playing Field,” CNBC, August 2, 2018, https://www.cnbc.com/2018/08/02/china-is-pouring-money-into-in-africa-heres-why-the-us-must-compete.html.

3)当HRT为5 h时膜组件的运行周期为116 d,当HRT为10 h时膜组件的运行周期为145 d.继续延长HRT到15 h和20 h,膜组件的运行周期基本没有变化.

参考文献:

[1]徐毅,王占生,杜晓文,等.HRT对一体式PTFE膜生物反应器运行效果的影响[J].中国环境科学,2012,32(12):2192-2198.

[2]彭小明,卢龙,张文龙.水力停留时间对聚乙烯醇膜生物反应器污水处理特性的影响[J].水处理技术,2009,35(7):88-91.

[3]杨晓丽,王世和.膜生物反应器处理城市污水的影响因素研究[J].安全与环境工程,2006,13(3):59-63.

[4]Liu Q,Wang X C,Liu Y J,et al.Perf or mance of a hybrid membrane bioreactor in municipal wastewater treat ment[J].Desalination,2010(258):143-147.

[5]Wang X C,Liu Q,Liu Y J.Membrane f ouling control of hybrid membrane bioreactor:effect of extracellular poly meric substances[J].Separation Science and Technology,2010(45):928-934.

[6]Wang X C,Hu Y S,Liu Q.Influence of activated sludge characteristics on me mbrane f ouling in a hybrid membrane bioreactor[J].Desalination and Water Treat ment,2012(42):30-36.

[7]国家环保总局.水和废水监测分析方法[M].4版.北京:中国环境科学出版社,2002.

[8]Mohammad S,Moha mmad H F.Modeling si multaneous nitrification and denitrification(SND)in a fluidized bed biofil m reactor[J].Applied Mathematical Modelling,2012(36):5603-5613.

[9]Fu Z,Yang F,An Y,et al.Si multaneous nitrification and denitrification coupled with phosphorus removal in a modified anoxic/oxic-me mbrane bioreactor(A/OMBR)[J].Bioche m.Eng.J.,2009(43):191-196.

[10]Shi W X,Duan Y S,Yi X S,et al.Biological removal of nitrogen by a me mbrane bioreactor-attapulgite clay system in treating polluted water[J].Desalination,2013(317):41-47.