2004年7月沈陽(yáng)建筑工程學(xué)院學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)Science)V.20, ANO.3第20卷第3期Journal of Shenyang Arch. and Civ. Eng.I Univ. ( Natural Science)溫度對(duì)IMBR污水處理效果的影響傅全祥',徐微', 蘇錦明',李福明了,趙玉華',楊青'(1.沈陽(yáng)建筑大學(xué)市政與環(huán)境工程學(xué)院,遼寧沈陽(yáng)110168; 2. 阜新市引白工作辦公室,遼寧阜新123000)擒要:結(jié)合兩種溫 度條件下的對(duì)比實(shí)驗(yàn)結(jié)果,從生物去除效果、膜去除效果、系統(tǒng)去除效果三個(gè)方面系統(tǒng)地分析了溫度對(duì)一體式膜生物反應(yīng)器(IMBR)污水處理效果的影響.實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,低溫條件下(14~19C )COD的生物去除效果較中溫(26C士1比)條件差,但低溫條件下較好的膜去除效果足以補(bǔ)償生物去除效果的不足,使得低溫條件下的系統(tǒng)去除效果略優(yōu)于中溫條件.在硝化菌的適應(yīng)期內(nèi),中溫條件下NHy-N的生物去除效果與系統(tǒng)去除效果均優(yōu)于低溫條件.適應(yīng)期后無太大差別,溫度對(duì)NH-N的膜去除效果影響很小.關(guān)鍵詞:膜生物反應(yīng)器;溫度;去除效果;適應(yīng)期中圖分類號(hào):X703文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A文章編號(hào):1671 - 2021(2004)03 - 0211 -04溫度是影響膜生物反應(yīng)器運(yùn)行過程的-個(gè)重要因素,該參數(shù)對(duì)料液粘度,膜的傳質(zhì)過程,微生物特性以及反應(yīng)器的各種動(dòng)力學(xué)特征都有著一定的影進(jìn)水箱空壓和一感響.在膜生物反應(yīng)器的實(shí)際應(yīng)用中,最佳工藝參數(shù)的加熱確定應(yīng)該結(jié)合本地溫度考慮.在以往的研究中所提及的處理效果多為最后的出水效果,即系統(tǒng)去除效果[1~3],筆者則結(jié)合實(shí)驗(yàn)結(jié)果從生物去除效果、膜去除效果、系統(tǒng)去除效果3個(gè)方面進(jìn)行了討論.1實(shí)驗(yàn)方法及 材料↑膜組件1.1 實(shí)驗(yàn)方法采用兩套相同的反應(yīng)器進(jìn)行對(duì)比實(shí)驗(yàn).1#反應(yīng)器采用加熱棒加熱,用溫控儀控制溫度,溫度控制在(26士1)C;2#反應(yīng)器溫度為自然溫度,實(shí)驗(yàn)期間最圖1實(shí)驗(yàn)裝置圖低溫度4 C最高溫度19C ,平均溫度為17C .實(shí)驗(yàn)采型化學(xué)耗氧測(cè)定儀測(cè)定,該儀器測(cè)定COD的基本原用恒流出水，膜通量為5(1.h~ ")/m?,氣水比20:1,兩理是重鉻酸鉀法,測(cè)定范圍是0~1000 mg,為了精反應(yīng)器的起始污泥質(zhì)量濃度同為6000 mg/|左右.確起見空白值測(cè)定所用的蒸餾水采用重蒸餾水.1.2 實(shí)驗(yàn)裝置NH3 - N的測(cè)定采用比色分析法,先預(yù)蒸餾再用上實(shí)驗(yàn)裝置及流程如圖1所示，本實(shí)驗(yàn)操作壓力海第三分析儀器廠生產(chǎn)的VIS - 723型分光光度計(jì)控制在90.944~91.14kPa.生物反應(yīng)器部分由圓柱做納氏比色分析得出NH3-N的質(zhì)量濃度.形有機(jī)玻璃制造,直徑16 cm,柱高200 cm,有效容1.4實(shí)驗(yàn)用水積20 L.膜組件為聚偏氟乙烯(PVDE)中空纖維膜.本試驗(yàn)用水取自沈陽(yáng)市排水處五愛泵站,所取膜孔徑0.2 pm,膜過濾面積為1.0 m2.水樣具有代表性,屬于典型的中等強(qiáng)度的城市生活1.3 測(cè)試方法污水水質(zhì)范圍污水水質(zhì)范圍變化較大,主要水質(zhì)參COD采用江蘇電子分析儀器廠生產(chǎn)的HH-5中國(guó)煤化工*YHCNMHG收稿日期:2004-03-05基金項(xiàng)目:遼寧省自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(962126)作者簡(jiǎn)介:傅金祥(1955-),男,教授.沈陽(yáng)建筑工程學(xué)院學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)第20卷表1原水水質(zhì)參數(shù)溫度/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實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論100在這里出水、上清液的污染物去除率分別反映系統(tǒng)與生物去除效果,用兩者之間的差值來表征膜60- + 1#MRIB(加溫)系統(tǒng)去除事+ 24MRUB(自然溫度)生物去除事去除效果.-1#MR1B膜去除率摩一 + 2HMRIB膜去除率2.1 溫度對(duì)COD去除效果的影響(1)COD生物去除效果對(duì)比分析0.如圖2所示，從整個(gè)運(yùn)行階段來看1#反應(yīng)器的生物去除效果要好于2#反應(yīng)器.兩個(gè)反應(yīng)器的運(yùn)行時(shí)間/d生物去除率之差為4.35% ,并可從以下3個(gè)方面解釋這一現(xiàn)象:①1 #反應(yīng)器溫度控制在26 C左右,該圖3系統(tǒng)、膜去除效果隨時(shí)間變化曲線溫度屬于中溫范圍,2#反應(yīng)器平均溫度為17 C左溶質(zhì)滲透系數(shù)ki反映了膜的溶質(zhì)透過特性,對(duì)右,屬于低溫段,而參與污水生物處理的多為嗜溫;于給定的膜, k1越小，表明透過膜的溶質(zhì)越少,膜對(duì)菌,微生物的活性在中溫條件下要比在低溫條件下溶質(zhì)的分離率越高,而k1與溫度T存在如下關(guān)系k1∞exp(0.00ST)(1)強(qiáng);②溫度升高使料液粘度降低,進(jìn)-一步增強(qiáng) 了微生物與有機(jī)物的接觸機(jī)會(huì);③微生物分解有機(jī)物的過物質(zhì)遷移系數(shù)kz反應(yīng)了濃差極化程度, k2越程大多是吸熱的,所以溫度適當(dāng)?shù)纳邔?duì)生物處理大濃差極化程度越小,溫度對(duì)kz 的影響符合如下關(guān)過程有促進(jìn)的作用.系.k2∞exp(0.005T)(2)據(jù)In-Sound Chang等人對(duì)MBR有機(jī)物的去除otht機(jī)理的研究,膜對(duì)溶解性有機(jī)物的去除來自3個(gè)方面:第一種是膜的篩濾作用;第二種是膜孔和膜表面的吸附作用;第三種是膜表面形成的沉積層(即凝膠層)的篩濾/吸附作用'5].- 1#MRJB(加溫)生物去除率基于以上基本理論,可以從兩方面解釋溫度升+2期MRUB(自然溫度)生物去除率高,膜對(duì)有機(jī)物的去除作用減弱這- -現(xiàn)象.① 由式0469125202528(1)可以看出溫度升高kq增大，膜對(duì)溶質(zhì)的分離率降低,減弱了第一種作用,這必然導(dǎo)致出水質(zhì)變差;圖2生物 去除效果隨時(shí)間變化曲線②凝膠層的形成來自于濃差極化作用,由式(2)可(2)COD膜去除效果及系統(tǒng)去除效果對(duì)比分析知,溫度升高k2增大,則濃差極化作用減弱,不利于由圖3可以看出，與生物去除效果相反,2#反凝膠層的形成,從而影響凝膠層的篩濾/吸附作用.應(yīng)器的膜去除效果要好與1#反應(yīng)器.兩個(gè)反應(yīng)器圖3表明了2#反應(yīng)器的系統(tǒng)去除效果略好于的平均膜去除率之差為7.63%.這說明溫度升高,1#反應(yīng)器.兩反應(yīng)器的平均系統(tǒng)去除率之差為膜對(duì)有機(jī)物的去除作用減弱.3.28%.這說明在本試驗(yàn)條件下，溫度對(duì)膜去除作用在膜的遷移過程中涉及到3個(gè)重要的基本參的影響是主要的.數(shù),膜系數(shù)ko,溶質(zhì)滲透系數(shù)k1,物質(zhì)遷移系數(shù)k2,中國(guó)煤化工縞膜的去除效果這3個(gè)基本參數(shù)都與溫度有著密切的關(guān)系[4].越差MHCN M H G去除效果與膜的膜系數(shù)ko反映了膜的純水透過特性,即在沒有去除效術(shù)心們,M以還不肥閱甲侃括系統(tǒng)去除效果濃差極化時(shí)的純水透過速度,它與水的粘度成反比.與溫度的關(guān)系,理論上應(yīng)存在-一個(gè)溫度段,在這一溫第3期傅金祥等:溫度對(duì)IMBR污水處理效果的影響213度段內(nèi),生物去除效果與膜的去除效果之和最大,即應(yīng)器中較高活性污泥濃度的能耗.系統(tǒng)去除效果最好.2.2溫度對(duì)NH3-N去除效果的影響- 1#MBR(加溫)系統(tǒng)去除率(1)NH3-N生物去除效果對(duì)比-2#MBR( 自然溫度)系統(tǒng)去除率20 [+ 1HMBR去除率由圖4可以看出,在反應(yīng)開始的一段時(shí)間內(nèi),兩普2MBR去除率個(gè)反應(yīng)器NH-N的生物去除效果均不理想,整個(gè)階10段的去除率呈漸升趨勢(shì),而不像有機(jī)物的去除那樣,80|從一開始就達(dá)到較高的去除率.這主要是因?yàn)橄趸鲋乘俣容^慢[6),適應(yīng)環(huán)境的能力較差.圖4表明普4兩種溫度條件下，硝化菌的適應(yīng)期(從開始運(yùn)行到NH-N去除效果較穩(wěn)定的一段時(shí)間)基本相同,都為18d左右,在適應(yīng)期內(nèi)1#反應(yīng)器的生物處理效46912151820222528303220運(yùn)行時(shí)間/d果較好，兩反應(yīng)器在適應(yīng)期內(nèi)的平均生物去除率之差為12.34% .而在適應(yīng)期之后,兩者的去除效果則圖5系統(tǒng)、膜去除效果隨時(shí)間變化曲線差別不大,這是因?yàn)?與低溫條件相比硝化菌更適應(yīng)3結(jié)論中溫條件,但這種性質(zhì)不是很顯著,只有在硝化菌質(zhì)量濃度較低時(shí)表現(xiàn)出來,而適應(yīng)期之后硝化菌的質(zhì)(1)COD的生物去除效果在中溫(26仁土1C)量濃度相對(duì)較高，兩個(gè)反應(yīng)器的生物去除率也都達(dá)條件下要優(yōu)于低溫條件,兩個(gè)反應(yīng)器的平均生物去到較高的水平,溫度的細(xì)微影響無從體現(xiàn).除率之差為4.34%.(2)溫度較高時(shí)COD的膜去除效果較差,兩個(gè)120十MR(加遇)生物去除事。反應(yīng)器的平均膜去除率之差為7.32%.■21MBR(自然溫度)生物 去除串100(3)COD的系統(tǒng)去除效果在低溫條件下要優(yōu)于中溫條件,兩個(gè)反應(yīng)器的平均系統(tǒng)去除率之差為803.28% .E 60(4)在硝化菌的適應(yīng)期內(nèi), NH3-N的生物去除40效果在中溫(26C士1C)條件下要優(yōu)于低溫條件,兩反應(yīng)器在適應(yīng)期內(nèi)的平均生物去除率之差為.12. 34% ,適應(yīng)期后無太大差別.69121518202225283032(5)NH3-N的系統(tǒng)去除率基本與生物去除率的變化趨勢(shì)相同;溫度對(duì)NH3-N膜去除效果的影響很圖4生物去除 效果隨時(shí)間變化曲線小,兩反應(yīng)器的平均膜去除率之差僅為0.74%.(2)NH-N膜去除效果及系統(tǒng)去除效果對(duì)比分參考文獻(xiàn):折由圖5看出,總的來說溫度對(duì)NH3-N的膜去除[1] 徐元?jiǎng)?叢廣治.膜生物反應(yīng)器用于城市污水處理與回用的實(shí)驗(yàn)研究[J].膜科學(xué)與技術(shù), 2003, 23(3):46- .效果影響較小，兩個(gè)反應(yīng)器NH3-N的膜去除率除個(gè)48別點(diǎn)外基本相同.兩反應(yīng)器的平均膜去除率之差僅[2] kishino H I, shida H 1, wabu H. Domestic wastewater reuse為0.74%.系統(tǒng)去除率也基本與生物去除率的變化using a submerged menbrane bioreactor [J]. Desalination,趨勢(shì)相同,這說明在該階段的條件下，對(duì)于NH3-N1996(106)115-119.的3種去除效果來說,溫度對(duì)生物去除作用的影響[3] Chiemchaisi. C, Yamamoto K, Vigneswaran s. Householdmembrane bioreactor in domestic wastewater treatment是主要的.同時(shí)也注意到在4月9日與4月27日兩[J]. Wat. Sci. Tech, 1993(27):171- 178.天測(cè)得的兩個(gè)反應(yīng)器的COD、NH-N的膜去除率都[4] 何義亮瞧牛物斥應(yīng)器技術(shù)外理污水的特性研究[D]較高,在IMBR中生物去除作用是主要的,膜的作中國(guó)煤化工999.CE污水處理中的研究和.用是維持出水的穩(wěn)定性[7-8],但膜的去除作用應(yīng)是THCNMH G.2002有一定彈性的，充分發(fā)揮膜的作用可以減少維持反[6]劉銳,黃霞.一體 式膜生物反應(yīng)器處理洗浴污水.中國(guó)14沈陽(yáng)建筑工程學(xué)院學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)第20卷給水排水, 2001, 17(1):5-8.19(1):50- 52.[7]汪力,王長(zhǎng)生,傅金祥.IMBR法處理生活污水的實(shí)驗(yàn)[8]顧平.應(yīng)用膜生物 反應(yīng)器處理生活污水的研究[J].中研究[J].沈陽(yáng)建筑工程學(xué)院學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版), 2003,國(guó)給水排水, 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中國(guó)煤化工MYHCNMHG