温度对IMBR污水处理效果的影响

2004年7月沈阳建筑工程学院学报(自然科学版)Science)V.20, ANO.3第20卷第3期Journal of Shenyang Arch. and Civ. Eng.I Univ. ( Natural Science)温度对IMBR污水处理效果的影响傅全祥',徐微', 苏锦明',李福明了,赵玉华',杨青'(1.沈阳建筑大学市政与环境工程学院,辽宁沈阳110168; 2. 阜新市引白工作办公室,辽宁阜新123000)擒要:结合两种温 度条件下的对比实验结果,从生物去除效果、膜去除效果、系统去除效果三个方面系统地分析了温度对一体式膜生物反应器(IMBR)污水处理效果的影响.实验结果表明,低温条件下(14~19C )COD的生物去除效果较中温(26C士1比)条件差,但低温条件下较好的膜去除效果足以补偿生物去除效果的不足,使得低温条件下的系统去除效果略优于中温条件.在硝化菌的适应期内,中温条件下NHy-N的生物去除效果与系统去除效果均优于低温条件.适应期后无太大差别,温度对NH-N的膜去除效果影响很小.关键词:膜生物反应器;温度;去除效果;适应期中图分类号:X703文献标识码:A文章编号:1671 - 2021(2004)03 - 0211 -04温度是影响膜生物反应器运行过程的-个重要因素,该参数对料液粘度,膜的传质过程,微生物特性以及反应器的各种动力学特征都有着一定的影进水箱空压和一感响.在膜生物反应器的实际应用中,最佳工艺参数的加热确定应该结合本地温度考虑.在以往的研究中所提及的处理效果多为最后的出水效果,即系统去除效果[1~3],笔者则结合实验结果从生物去除效果、膜去除效果、系统去除效果3个方面进行了讨论.1实验方法及 材料↑膜组件1.1 实验方法采用两套相同的反应器进行对比实验.1#反应器采用加热棒加热,用温控仪控制温度,温度控制在(26士1)C;2#反应器温度为自然温度,实验期间最图1实验装置图低温度4 C最高温度19C ,平均温度为17C .实验采型化学耗氧测定仪测定,该仪器测定COD的基本原用恒流出水，膜通量为5(1.h~ ")/m?,气水比20:1,两理是重铬酸钾法,测定范围是0~1000 mg,为了精反应器的起始污泥质量浓度同为6000 mg/|左右.确起见空白值测定所用的蒸馏水采用重蒸馏水.1.2 实验装置NH3 - N的测定采用比色分析法,先预蒸馏再用上实验装置及流程如图1所示，本实验操作压力海第三分析仪器厂生产的VIS - 723型分光光度计控制在90.944~91.14kPa.生物反应器部分由圆柱做纳氏比色分析得出NH3-N的质量浓度.形有机玻璃制造,直径16 cm,柱高200 cm,有效容1.4实验用水积20 L.膜组件为聚偏氟乙烯(PVDE)中空纤维膜.本试验用水取自沈阳市排水处五爱泵站,所取膜孔径0.2 pm,膜过滤面积为1.0 m2.水样具有代表性,属于典型的中等强度的城市生活1.3 测试方法污水水质范围污水水质范围变化较大,主要水质参COD采用江苏电子分析仪器厂生产的HH-5中国煤化工*YHCNMHG收稿日期:2004-03-05基金项目:辽宁省自然科学基金资助项目(962126)作者简介:傅金祥(1955-),男,教授.沈阳建筑工程学院学报(自然科学版)第20卷表1原水水质参数温度/Cp(COD)/(mg.L"')p(BOD)/(mg*L-I)p(NH- N)/(mg+L")_pH13~27156.2~502.185.2~226.814.2~59.86.4~7.82实验结果与讨论100在这里出水、上清液的污染物去除率分别反映系统与生物去除效果,用两者之间的差值来表征膜60- + 1#MRIB(加温)系统去除事+ 24MRUB(自然温度)生物去除事去除效果.-1#MR1B膜去除率摩一 + 2HMRIB膜去除率2.1 温度对COD去除效果的影响(1)COD生物去除效果对比分析0.如图2所示，从整个运行阶段来看1#反应器的生物去除效果要好于2#反应器.两个反应器的运行时间/d生物去除率之差为4.35% ,并可从以下3个方面解释这一现象:①1 #反应器温度控制在26 C左右,该图3系统、膜去除效果随时间变化曲线温度属于中温范围,2#反应器平均温度为17 C左溶质渗透系数ki反映了膜的溶质透过特性,对右,属于低温段,而参与污水生物处理的多为嗜温;于给定的膜, k1越小，表明透过膜的溶质越少,膜对菌,微生物的活性在中温条件下要比在低温条件下溶质的分离率越高,而k1与温度T存在如下关系k1∞exp(0.00ST)(1)强;②温度升高使料液粘度降低,进-一步增强 了微生物与有机物的接触机会;③微生物分解有机物的过物质迁移系数kz反应了浓差极化程度, k2越程大多是吸热的,所以温度适当的升高对生物处理大浓差极化程度越小,温度对kz 的影响符合如下关过程有促进的作用.系.k2∞exp(0.005T)(2)据In-Sound Chang等人对MBR有机物的去除otht机理的研究,膜对溶解性有机物的去除来自3个方面:第一种是膜的筛滤作用;第二种是膜孔和膜表面的吸附作用;第三种是膜表面形成的沉积层(即凝胶层)的筛滤/吸附作用'5].- 1#MRJB(加温)生物去除率基于以上基本理论,可以从两方面解释温度升+2期MRUB(自然温度)生物去除率高,膜对有机物的去除作用减弱这- -现象.① 由式0469125202528(1)可以看出温度升高kq增大，膜对溶质的分离率降低,减弱了第一种作用,这必然导致出水质变差;图2生物 去除效果随时间变化曲线②凝胶层的形成来自于浓差极化作用,由式(2)可(2)COD膜去除效果及系统去除效果对比分析知,温度升高k2增大,则浓差极化作用减弱,不利于由图3可以看出，与生物去除效果相反,2#反凝胶层的形成,从而影响凝胶层的筛滤/吸附作用.应器的膜去除效果要好与1#反应器.两个反应器图3表明了2#反应器的系统去除效果略好于的平均膜去除率之差为7.63%.这说明温度升高,1#反应器.两反应器的平均系统去除率之差为膜对有机物的去除作用减弱.3.28%.这说明在本试验条件下，温度对膜去除作用在膜的迁移过程中涉及到3个重要的基本参的影响是主要的.数,膜系数ko,溶质渗透系数k1,物质迁移系数k2,中国煤化工缟膜的去除效果这3个基本参数都与温度有着密切的关系[4].越差MHCN M H G去除效果与膜的膜系数ko反映了膜的纯水透过特性,即在没有去除效术心们,M以还不肥阅甲侃括系统去除效果浓差极化时的纯水透过速度,它与水的粘度成反比.与温度的关系,理论上应存在-一个温度段,在这一温第3期傅金祥等:温度对IMBR污水处理效果的影响213度段内,生物去除效果与膜的去除效果之和最大,即应器中较高活性污泥浓度的能耗.系统去除效果最好.2.2温度对NH3-N去除效果的影响- 1#MBR(加温)系统去除率(1)NH3-N生物去除效果对比-2#MBR( 自然温度)系统去除率20 [+ 1HMBR去除率由图4可以看出,在反应开始的一段时间内,两普2MBR去除率个反应器NH-N的生物去除效果均不理想,整个阶10段的去除率呈渐升趋势,而不像有机物的去除那样,80|从一开始就达到较高的去除率.这主要是因为硝化菌增殖速度较慢[6),适应环境的能力较差.图4表明普4两种温度条件下，硝化菌的适应期(从开始运行到NH-N去除效果较稳定的一段时间)基本相同,都为18d左右,在适应期内1#反应器的生物处理效46912151820222528303220运行时间/d果较好，两反应器在适应期内的平均生物去除率之差为12.34% .而在适应期之后,两者的去除效果则图5系统、膜去除效果随时间变化曲线差别不大,这是因为,与低温条件相比硝化菌更适应3结论中温条件,但这种性质不是很显著,只有在硝化菌质量浓度较低时表现出来,而适应期之后硝化菌的质(1)COD的生物去除效果在中温(26仁土1C)量浓度相对较高，两个反应器的生物去除率也都达条件下要优于低温条件,两个反应器的平均生物去到较高的水平,温度的细微影响无从体现.除率之差为4.34%.(2)温度较高时COD的膜去除效果较差,两个120十MR(加遇)生物去除事。反应器的平均膜去除率之差为7.32%.■21MBR(自然温度)生物 去除串100(3)COD的系统去除效果在低温条件下要优于中温条件,两个反应器的平均系统去除率之差为803.28% .E 60(4)在硝化菌的适应期内, NH3-N的生物去除40效果在中温(26C士1C)条件下要优于低温条件,两反应器在适应期内的平均生物去除率之差为.12. 34% ,适应期后无太大差别.69121518202225283032(5)NH3-N的系统去除率基本与生物去除率的变化趋势相同;温度对NH3-N膜去除效果的影响很图4生物去除 效果随时间变化曲线小,两反应器的平均膜去除率之差仅为0.74%.(2)NH-N膜去除效果及系统去除效果对比分参考文献:折由图5看出,总的来说温度对NH3-N的膜去除[1] 徐元動,丛广治.膜生物反应器用于城市污水处理与回用的实验研究[J].膜科学与技术, 2003, 23(3):46- .效果影响较小，两个反应器NH3-N的膜去除率除个48别点外基本相同.两反应器的平均膜去除率之差仅[2] kishino H I, shida H 1, wabu H. Domestic wastewater reuse为0.74%.系统去除率也基本与生物去除率的变化using a submerged menbrane bioreactor [J]. Desalination,趋势相同,这说明在该阶段的条件下，对于NH3-N1996(106)115-119.的3种去除效果来说,温度对生物去除作用的影响[3] Chiemchaisi. C, Yamamoto K, Vigneswaran s. Householdmembrane bioreactor in domestic wastewater treatment是主要的.同时也注意到在4月9日与4月27日两[J]. Wat. Sci. Tech, 1993(27):171- 178.天测得的两个反应器的COD、NH-N的膜去除率都[4] 何义亮瞧牛物斥应器技术外理污水的特性研究[D]较高,在IMBR中生物去除作用是主要的,膜的作中国煤化工999.CE污水处理中的研究和.用是维持出水的稳定性[7-8],但膜的去除作用应是THCNMH G.2002有一定弹性的，充分发挥膜的作用可以减少维持反[6]刘锐,黄霞.一体 式膜生物反应器处理洗浴污水.中国14沈阳建筑工程学院学报(自然科学版)第20卷给水排水, 2001, 17(1):5-8.19(1):50- 52.[7]汪力,王长生,傅金祥.IMBR法处理生活污水的实验[8]顾平.应用膜生物 反应器处理生活污水的研究[J].中研究[J].沈阳建筑工程学院学报(自然科学版), 2003,国给水排水, 1998, 14(5):6-8.Research into the effect of temperature on the wastewater treatment with IMBRFU Jin-tiang', XU Wei', sU Jin- ming', LI Fu- ming', ZHAO Yu-hua', YANG Qing'(1. Municipal and Enironmental Eng. Faculty, Shenyang Jianzhu University, Shenyang, 110168, China; 2. Baishi Reservoir Officeof Fuxin, Fuxin, 123100, China)of the experiment: the removal contributed by miroorganism, the total removal, and the removal contributed by membrane. The re-sults of the experiment show that the COD removal contributed by microorganism is lower than that in medium temperature, but theCOD removal contributed by membrane in low termperature is high enough to offset that shortage, and the total COD removal in lowtemperature is slightly higher than that in medium temperature. During the adapting time of nitration bacteria, the NHg-N removalcontributed by microorganism and the total NH-N removal in low temperature are lower than that in medium temperature, and thedistinction is small after the adapting time. The impact of temperature on NH3-N removal contributed by membrane is not significant.Key Words:integrected membrane bio reactor(IMBR);temperatureremoval; adapting time中国煤化工MYHCNMHG