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第3期 林国梁等：膜生物反应器处理洗车废水中操作压力及环境因素对膜过滤性能的影响 .265 化有一定的缓冲作用.因此，实验中H值变化对 关，因而，选择合适的膜通量对减缓膜的污染非常 COD的去除率影响不大. 重要。 5.3HRT对膜过滤压力的影响 系统在比较低的膜通量条件下运行，混合液中 混合液特性会影响膜分离特性，而混合液特性 的组分在膜面积累的速度慢，膜过滤压力可在较长 又与系统的运行条件密切相关2] 的时间内稳定在较低水平，虽然较短的水力停留时 根据HRT确定膜的流量Q(Lh一)，从而调节 间能够提高容积负荷，减少占地面积，但是却加剧了 系统出水流量Q.(mL'min),对应水力停留时间 膜污染，对膜生物反应器的稳定运行是不利的， HRT条件： Q.=10000/60 6 (11) 结论 在各种HRT条件下，记录压差计的压力读数 在膜生物反应器中存在着一个临界压力，本实 P*,膜过滤压力△P用式(12)计算： 验选用的膜组件的操作压力为0.03MPa较为合适， △P=P-R+g(H-△h) (12) 当操作压力低于此临界压力时，膜的通水量会随着 式中，P*为由压力表计算得到的压力读数，Pa;A 操作压力的增大而增大，同时，膜的污染情况不会有 为管路阻力，Pa,此处忽略不计；p为混合液密度， 明显的变化；当操作压力高于临界压力时，膜的通水 kgm3,认为近似等于水的密度1000kgm3;H 量随操作压力的变化不大，而膜表面的污染情况会 为压差计端口距反应器顶部的高度，m;△h为液面 比正常使用有明显的加剧，在一定的操作压力范围 距反应器顶部的距离，m·膜过滤压力△P的变化如 内，操作压力与膜通量成正比，膜通量随操作压力的 图6所示. 增大而增大·超过这一范围，压力越大，膜通量不但 19r 没有增大，膜污染反而更严重，而且即使在成正比的 17 范围内，所谓的正比也只是相对的，R。,Rg随着 △P的增加而增加，即膜总过滤阻力增加，所以设计 13 膜生物反应器时，操作压力的选择是一个很重要的 参数.本实验确定的最佳操作压力为0.03MPa,膜 11 -◆-HRT=6h 一HRT=8h 的出水量为35Lm2h1 ★一HRT=I0h 环境因素对膜过滤性能影响实验表明，在温度 0 8121620 242832 变化的分界点(10d)提高温度至24~26℃，C0D去 运行时间d 除率提高最为明显；再升高温度，对COD的去除影 图6水力停留时间对膜过滤性能影响曲线 响不大pH值变化对COD的去除率影响不大；不同 Fig.6 Effect of HRT on the transmembrane pressure 的HT条件下，膜过滤压力的变化趋势相差很大； 随着HRT的延长，膜过滤压力的上升速率逐渐 从图6可以看到，不同的HRT条件下膜过滤 降低 压力的变化趋势相差很大.在HRT=6h时，膜出水 量为10.8Lh一，膜过滤压力上升很快，运行初始， 参考文献 膜过滤压力为8.5kPa,第10天，膜过滤压力上升到 [1]邵刚膜法水处理技术及工程实例北京：化学工业出版社， 16.8kPa.当HRT=8h时，膜过滤压力从12.3kPa 2002 上升到16.5kPa.可见，随着HRT的延长，膜过滤 [2]刘飞·膜生物反应器处理车辆厂洗车废水的实验研究[学位论 压力的上升速率逐渐降低，说明膜过滤压力与膜通 文]沈阳：东北大学，2004：25 [3]林红，陆晓峰，段伟膜生物反应器中膜过滤特征及膜污染机理 量有关，同时也与混合液中溶解性有机物的沉积有 的研究.环境科学，2006,27(12)：2309 关，在MBR上清液中的COD比较高时，膜表面浓 [4]Simon J.The development in MBR technology.H2O MBR Spec 度边界层的浓度梯度很小，反向扩散比较慢，导致了 2001,12(13).56 浓差极化程度高，随着上清液中COD的下降，边界 [5]Cindy W L.James L B.MBR application will gain in popularity. 层与混合液之间的浓度梯度增大，反向扩散加快，从 H0 MIBR Spec,.2001,12(13):62 [6]Junji N.Modes of flocculation of yeast cells with flocculant pro- 而减缓了浓度极化程度，使过滤压力的上升速率有 下降趋势13].从膜过滤压力的变化曲线图3，也可 duced by aspergillus sojae AJ700.Agri Biol Chem.1996.40(1): 156 说明过滤压力上升与混合液中有机物的积累程度有 [7]郑祥。膜生物反应器处理毛纺废水的中试研究环境科学，化有一定的缓冲作用．因此实验中 pH 值变化对 COD 的去除率影响不大． 5∙3 HRT 对膜过滤压力的影响 混合液特性会影响膜分离特性而混合液特性 又与系统的运行条件密切相关［12］． 根据 HRT 确定膜的流量 Q（L·h —1）从而调节 系统出水流量 Qn（mL·min —1）对应水力停留时间 HRT 条件： Qn＝1000Q／60 （11） 在各种 HRT 条件下记录压差计的压力读数 P ∗膜过滤压力ΔP 用式（12）计算： ΔP＝P ∗— Rl＋ρg（ H—Δh） （12） 式中P ∗为由压力表计算得到的压力读数Pa；Rl 为管路阻力Pa此处忽略不计；ρ为混合液密度 kg·m —3认为近似等于水的密度1000kg·m —3 ；H 为压差计端口距反应器顶部的高度m；Δh 为液面 距反应器顶部的距离m．膜过滤压力ΔP 的变化如 图6所示． 图6 水力停留时间对膜过滤性能影响曲线 Fig．6 Effect of HRT on the transmembrane pressure 从图6可以看到不同的 HRT 条件下膜过滤 压力的变化趋势相差很大．在 HRT＝6h 时膜出水 量为10∙8L·h —1膜过滤压力上升很快．运行初始 膜过滤压力为8∙5kPa第10天膜过滤压力上升到 16∙8kPa．当 HRT＝8h 时膜过滤压力从12∙3kPa 上升到16∙5kPa．可见随着 HRT 的延长膜过滤 压力的上升速率逐渐降低说明膜过滤压力与膜通 量有关同时也与混合液中溶解性有机物的沉积有 关．在 MBR 上清液中的 COD 比较高时膜表面浓 度边界层的浓度梯度很小反向扩散比较慢导致了 浓差极化程度高随着上清液中 COD 的下降边界 层与混合液之间的浓度梯度增大反向扩散加快从 而减缓了浓度极化程度使过滤压力的上升速率有 下降趋势［13］．从膜过滤压力的变化曲线图3也可 说明过滤压力上升与混合液中有机物的积累程度有 关．因而选择合适的膜通量对减缓膜的污染非常 重要． 系统在比较低的膜通量条件下运行混合液中 的组分在膜面积累的速度慢膜过滤压力可在较长 的时间内稳定在较低水平．虽然较短的水力停留时 间能够提高容积负荷减少占地面积但是却加剧了 膜污染对膜生物反应器的稳定运行是不利的． 6 结论 在膜生物反应器中存在着一个临界压力本实 验选用的膜组件的操作压力为0∙03MPa 较为合适． 当操作压力低于此临界压力时膜的通水量会随着 操作压力的增大而增大同时膜的污染情况不会有 明显的变化；当操作压力高于临界压力时膜的通水 量随操作压力的变化不大而膜表面的污染情况会 比正常使用有明显的加剧．在一定的操作压力范围 内操作压力与膜通量成正比膜通量随操作压力的 增大而增大．超过这一范围压力越大膜通量不但 没有增大膜污染反而更严重而且即使在成正比的 范围内所谓的正比也只是相对的RcRg 随着 ΔP 的增加而增加即膜总过滤阻力增加．所以设计 膜生物反应器时操作压力的选择是一个很重要的 参数．本实验确定的最佳操作压力为0∙03MPa膜 的出水量为35L·m —2·h —1． 环境因素对膜过滤性能影响实验表明在温度 变化的分界点（10d）提高温度至24～26℃COD 去 除率提高最为明显；再升高温度对 COD 的去除影 响不大；pH 值变化对 COD 的去除率影响不大；不同 的 HRT 条件下膜过滤压力的变化趋势相差很大； 随着 HRT 的延长膜过滤压力的上升速率逐渐 降低． 参 考 文 献 ［1］ 邵刚．膜法水处理技术及工程实例．北京：化学工业出版社 2002 ［2］ 刘飞．膜生物反应器处理车辆厂洗车废水的实验研究［学位论 文］．沈阳：东北大学2004：25 ［3］ 林红陆晓峰段伟．膜生物反应器中膜过滤特征及膜污染机理 的研究．环境科学200627（12）：2309 ［4］ Simon J．The development in MBR technology．H2O MBR Spec 200112（13）：56 ［5］ Cindy W LJames L B．MBR application will gain in popularity． H2O MBR Spec200112（13）：62 ［6］ Junji N．Modes of flocculation of yeast cells with flocculant produced by aspergillus sojae AJ700．Agri Biol Chem199640（1）： 156 ［7］ 郑祥．膜生物反应器处理毛纺废水的中试研究．环境科学 第3期 林国梁等： 膜生物反应器处理洗车废水中操作压力及环境因素对膜过滤性能的影响 ·265·