膜生物反应器处理酱油废水的试验研究

Posted 2023-01-12 膜生物反应器

篇首语：大道之行，天下为公。本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理，主要介绍了膜生物反应器处理酱油废水的试验研究相关的知识，希望对你有一定的参考价值。

采用一体式膜生物反应器工艺处理酱油生产废水，探讨了进水COD、溶解氧、色度等工艺参数对系统处理效果的影响，并分析了膜污染问题。结果表明，系统具有较好的处理效果，当进水COD为505-1209mg/L、色度为180-200、浊度为251-471NTu时，出水水质稳定，COD去除率平均达到90%，而色度、浊度的平均去除率也分别达到了79%和98%。在系统正常运行的2个月内，膜污染发展缓慢。
0引言
酱油在我国有着悠久的生产历史，随着酱油工业的发展，酱油生产废水的排放量逐年增长。目前，我国酱油生产企业每年排放的废水接近5x107m3。酱油废水的水质和水量随其产品种类、制作工艺及季节的不同而有较大的变化。酱油废水具有色度大、冲击负荷变化大、污染物成分不稳定、有机物浓度高、生化处理工艺污泥产量高等特点[l、2]，是一种较难处理的工业废水。虽然处理酱油废水的方法很多，但目前还没有特别有效的保证出水水质的处理方法。
近年来，膜生物反应器(MBR)由于处理效果好[3-5]、占地面积少等优点受到污水处理界的关注。膜与生物处理工艺结合的膜生物反应器已有40多年的历史。膜生物反应器技术最早出现于酶制剂工业。1968年，Wang等成功地运用膜生物反应器制取了酶制剂，之后，膜生物反应器在酶制剂工业中的应用研究不断发展。近年来，随着膜制造技术的进步、膜质量的提高和成本的降低，膜生物反应器在污水处理及回用领域的应用越来越广泛，膜生物反应器更具实用价值，其在国外已进入实际应用阶段。而在我国，膜生物反应器在污水处理领域的研究起步较晚，目前尚处于研究阶段。
膜生物反应器主要由膜组件和生物反应器两部分组成。根据膜组件与生物反应器的组合方式可将膜生物反应器分为分置式和一体式两类。分置式动力费用高，并且由循环泵高速旋转产生的剪切力可能使某些微生物菌体失活。一体式膜生物反应器能有效克服分置式的缺点，且结构形式也较分置式更为紧凑。
本文采用一体式膜生物反应器处理酱油生产废水，旨在探讨膜生物反应器处理酱油生产废水的可行性及处理效果，为膜生物反应器的推广应用提供依据。
1试验
1.1试验流程
试验装置由3个系统组成：生物反应器系统，曝气系统和循环抽吸系统。试验流程为：酱油生产废水进入生物反应器；在循环泵的作用下，储水箱中的水经射流器循环；反应器中经生物处理后的水通过膜组件进入射流器，随循环水一起喷入储水箱，并从储水箱的溢流口排出，见图1。

1.2主要设备
1)生物反应器。反应器由有机玻璃制成，主体部分尺寸为800ml/i×350ml/i×700mm，有效容积210L。
2)膜组件。采用天津膜天膜工程技术有限公司生产的FP-t型中空纤维帘式膜组件。试验系统使用四片膜组件，膜面积为1mZ/片，膜孔径为0.2p.m，其性能参数见表l。
2试验结果与分析
试验所用废水为某食品公司的酱油生产废水，污泥取自该公司废水处理站内的氧化沟。当反应器内MISS达到3500mg/L时进行测试。
2.1进水浓度对出水COD的影响

试验结果显示，进水浓度对出水COD的影响较小。进水COD在500～1200mg/L之间波动时，膜生物反应器均能保证比较稳定的出水水质，见图2。分析原因可能是，膜的高效分离作用使系统维持了较高的污泥浓度，从而强化了生物反应
器的处理效果，增强了系统的抗冲击负荷能力。
2.2溶解氧对COD去除的影响
反应器中溶解氧的量直接影响活性污泥的生长情况。溶解氧是通过单纯扩散方式进入微生物细胞内的，混合液需要有足够多的溶解氧以保持强大的扩散推动力，才能将微生物好氧分解所需的氧“注入"微生物细胞体内。好氧性细菌进行
有氧呼吸，以分子氧作为生物氧化过程的电子受体，环境中溶解氧浓度太低时，好氧性细菌便会因缺氧而影响其呼吸速率。但若曝气量过大，又会造成活性污泥自身分解，变得松散，严重时污泥上浮，不仅不能使COD去除率升高，反而会下降。如果不及时处理污泥上浮，将会严重影响系统运行。因此，通过试验研究膜生物反应器中DO对各项污染指标去除效果的影响，可以确定合适的曝气量，对于节省处理系统的运行费用、降低处理成本具有重要意义。
由图3可知，曝气池中溶解氧维持在2.53.0mg/L时，系统对COD的去除率最高。反应器中溶解氧过高或过低均会使系统对COD的去除率下降。

2.3色度的去除
色度去除是处理酱油生产废水的难点。有研究[10，11]表明，SBR工艺对酱油废水色度基本没有去除作用。本试验系统的进水色度较为稳定，保持在170200倍，经过膜生物反应器系统处理后，色度显著下降，说明膜生物反应器系统能有
效地去除酱油废水的色度。
图4为酱油生产废水经过处理后、曝气池和系统出水的色度变化情况。从图中可知，系统出水色度约在40倍，色度总去除率达79%。这主要是因为，膜的高效分离作用不仅提高了系统中活性污泥的浓度，增强了对有机物的处理效果，同
时截留了一部分难降解大分子有色物质，延长了其在系统中的停留时间，增加了其去除效果。
2.4浊度的去除

图5为膜生物反应器对酱油生产废水浊度的去除情况。由图可知，当进水浊度在251—471NTU时，曝气池上清液的浊度为38—89NTU，系统出水浊度为410N，ITU。反应器对酱油生产废水浊度的平均去除率达98%。MBR对浊度物质
的去除率高，出水浊度低，主要有两方面的原因：一是MBR系统中微生物含量高，使其生化降解作用明显增强；二是浊度物质主要以悬浮态和胶体态存在，而膜对悬浮和胶体物质具有很强的去除效果。
2.5膜污染及分析
在MBR运行过程中，膜污染是影响系统稳定运行的关键因素之一。本文采用了恒定压差运行方式，随着膜污染的加剧，膜通量下降。膜通量下降的快慢直接反映了膜过滤阻力即膜污染的速率。当膜通量下降到一稳定值时，将膜组件从生物反应器中取出，用次氯酸钠进行清洗，使其过滤性能基本恢复以后，再将膜组件放人生物反应器中继续试验。

图6和7给出了膜通量及总阻力随时间的变化情况。试验数据来自膜组件的一个试验周期，即从上一次膜组件清洗完成到下一次膜组件清洗开始。采用连续出水方式，即将膜组件放人生物反应器中进行连续抽吸过滤。膜总阻力通过达西公式计算得到。由图可知，当膜生物反应器连续出水时，在开始的1h内，膜污染速率较快，随着时间的延长，膜污染速率缓慢下降。
从机理上看，在过滤过程中分离的是浓度较高的活性污泥混合液，活性污泥絮体以及混合液中大分子溶解性有机物在膜表面产生浓差极化或在膜表面和膜孔内吸附沉积，逐渐形成沉积层或发生膜孔堵塞，导致膜过滤要克服的阻力上升，与此同时，膜表面的沉积层或堵塞都会使膜的有效孔隙率降低，因而使膜通量下降。在一体式膜生物反应器中，采用连续出水方式对膜通量的影响很大。由于浓差极化层的形成一般在开始抽吸几分钟到几十分钟内完成，因此，采用连续抽吸方式出水会使膜表面迅速形成浓差极化层，并随凝胶层的形成和增厚，造成膜通量的持续缓慢下降和膜过滤阻力的持续缓慢上升。
3结论
1)膜生物反应器处理酱油生产废水具有较好的效果，当进水COD为505—1209mg/L时，系统对COD的总去除率维持在90%左右。
2)膜生物反应器对色度和浊度具有较好的去除效果，当进水色度在180—200倍时，出水色度在40倍左右，去除率达79%；当进水浊度为251—471NTU时，出水浊度小于10NTU，去除率达98%。
3)溶解氧维持在2.5—3.0mg/L时，系统对COD的去除效果最佳。
4)当膜生物反应器连续出水时，在开始的1h内，膜污染速率较快，随着时间的延长，膜污染速率缓慢下降。且在反应器正常运行的两个月内，膜污染发展缓慢。