PVC-殼聚糖絮凝作用延緩膜污染的效果

摘 要：以PAC-殼聚糖為絮凝劑，通過絮凝試驗(yàn)考察了殼聚糖投加濃度分別為1，3，5，7，10 mg·L-1及PAC為5 mg·L-1時(shí)，對(duì)膜生物反應(yīng)器中污泥混合液性能的影響。試驗(yàn)結(jié)果表明，殼聚糖能明顯降低污泥混合液SUV254及SMP的濃度；對(duì)污泥混合液的粘度和污泥脫氫酶活性的影響也較??；殼聚糖投加量7 mg·L-1的MBR處理人工廢水的試驗(yàn)結(jié)果表明，添加PAC-殼聚糖的MBR的跨膜壓力增大的同時(shí)，處理系統(tǒng)的膜通量也保持穩(wěn)定，膜通量衰減速度及出水濁度等參數(shù)均低于對(duì)照組，說明PAC-殼聚糖絮凝作用對(duì)延緩膜污染有積極作用。

關(guān)鍵詞：膜污染；PAC-殼聚糖；絮凝

中圖分類號(hào)：TQ321 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A DOI編碼：10.3969/j.issn.1006－6500.2011.05.010

Prevent Effect of Membrane Fouling by PAC-chitosan Flocculation

JIANG Zheng-hao， ZHANG Chun-hua， HU Fan-cheng， ZHANG Li

(Department of Environmental Science and Engineering， Dalian Nationalities University， Dalian ， Liaoning 116600， China)

Ａｂｓｔｒａｃｔ: PAC-chitosan， a kind of natural polymer material， was chosen as the specific flocculant in this study. Influence of chitosan flocculation on lagging membrane pollution was analyzed by observing the change of performance for the activated sludge mixed liquor， according to different concentration gradient (respectively 1， 3， 5， 7，10 mg·L-1 and the PAC for the 5 mg·L-1) of chitosan added. It was shown that chitosan could significantly reduce the concentration of sludge mixed liquor SUV254 and SMP. The viscosity of the mixture of sludge and sludge dehydrogenase activity was also smaller. Moreover， when the added chitosan at the level of 7 mg·L-1， adding PAC-chitosan MBR across the membrane of the pressure at the same time， membrane flux of processing system was also stable， flux attenuation parameters such as speed and turbidity were lower than those of the control group，which indicated that PAC-chitosan flocculation of delay had a positive role in membrane fouling.

Key words: membrane fouling; PAC-chitosan; flocculation action

膜生物反應(yīng)器（Membrane Bio-reactor， MBR）是一種新型高效的污水處理技術(shù)，在污水處理及回用方面得到廣泛應(yīng)用，膜污染是影響其長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行的關(guān)鍵因素[1]。MBR分離的目標(biāo)物質(zhì)是污泥混合液，膜污染物質(zhì)主要來源于活性污泥混合液中的懸浮固體和溶解性有機(jī)物，與膜的性質(zhì)、操作條件和活性污泥混合液性質(zhì)有關(guān)[2-3]。目前，很多研究主要集中在通過優(yōu)化操作條件、膜材料改性等方法來控制、減緩污染[4-7]，而通過絮凝方法改善MBR中污泥混合液的可濾性，延緩、控制緩膜污染的研究則較少。

絮凝劑通過壓縮雙電層、吸附架橋及卷掃、捕獲等作用，減少混合液中微小懸浮固體、膠體及大分子溶解性有機(jī)物的含量，增大污泥絮體粒徑、改變絮體表面電荷，延緩、控制膜污染[8]。本試驗(yàn)以PAC（聚合硫酸鋁）—?dú)ぞ厶菫樾跄齽?，研究了其絮凝作用延緩膜污染的效果?/p>

1 材料和方法

1.1 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)所用殼聚糖由濟(jì)南海得貝海洋生物工程有限公司生產(chǎn)，粒徑：0.42 mm，粘度（1%溶液）：200 cps，脫乙酰率：85.31%。聚丙烯無紡布(公稱孔徑: 1 μm) ，天津美達(dá)有限公司生產(chǎn)。聚合硫酸鋁由河南瑞林凈水材料有限公司生產(chǎn)。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 絮凝試驗(yàn) 殼聚糖溶液：用1%的醋酸溶液配置成1 mg·L-1的殼聚糖溶液，現(xiàn)用現(xiàn)配；PAC溶液：1 mg·L-1。

分別向6個(gè)燒杯中加入取自運(yùn)行中的MBR的污泥混合液（MLSS約為3 000 mg·L-1）800 mL， 2#、3#、4#、5#、6#燒杯中加入殼聚糖，濃度依次為1，3，5，7，10 mg·L-1及5 mg·L-1的PAC，1#燒杯為對(duì)照組。將6個(gè)燒杯置于MY3000-6D型智能型混凝實(shí)驗(yàn)攪拌儀上進(jìn)行絮凝試驗(yàn)?？焖贁嚢瑁?00 r·min-1）0.5 min，中速攪拌（150 r·min-1）5 min，慢速攪拌（70 r·min-1）10 min；停止攪拌后，靜置20 min。用50 mL的注射針管分別抽取6只燒杯中的上清液，分析溶解性有機(jī)物(SMP)、SUV254（UV254/DOC）、污泥混合液的粘度、脫氫酶活性（DHA），確定殼聚糖的最佳投加量。活性污泥脫氫酶活性（DHA）采用TTC 法[9]。

1.2.2 MBR運(yùn)行試驗(yàn) 向正在運(yùn)行的、處理人工廢水的MBR-A中投加殼聚糖(投加量為最佳投加量，投加方式為一次性投加)，另一個(gè)MBR-B作為對(duì)照組。測(cè)定膜通量(FLUX)、跨膜壓力(transmembrane pressure， TMP) 。

2 結(jié)果與分析

2.1 殼聚糖投加量的確定

2.1.1 污泥混合液粘度 污泥混合液粘度越大，越易加速膜污染。從圖1可以看出，添加PAC-殼聚糖后污泥混合液的粘度沒有明顯的變化，說明添加PAC-殼聚糖對(duì)污泥混合液粘度的影響較小。

2.1.2 SMP及SUV254 SMP是生物處理出水中溶解性TOC或COD的主要組成部分，也是主要的膜污染物質(zhì)。SMP主要產(chǎn)生于微生物的基質(zhì)分解過程和內(nèi)源呼吸過程。SMP組成非常復(fù)雜，是腐殖酸、多糖、蛋白質(zhì)、核酸、有機(jī)酸、抗生素和硫醇等多種物質(zhì)的混合體。許多研究者發(fā)現(xiàn)，SMP增加了膜污染，形成了很大的膜過濾阻力。由圖2可以發(fā)現(xiàn)，本試驗(yàn)污泥混合液上清液的SMP濃度，除試樣1外，均隨著添加量的增加而逐漸降低，說明添加復(fù)合混凝劑，能有效降低污泥混合液SMP濃度。

SUV254反映了單位TOC中芳香性或者不飽和化合物的含量，是UV254與TOC的比值。芳香性氨基酸具有較強(qiáng)的疏水性，因而，SUV254越大說明污泥混合液的疏水性越大，污泥混合液的疏水性與膜污染有關(guān)?，F(xiàn)在膜生物反應(yīng)器中應(yīng)用的膜組件材質(zhì)中，高分子材料占有相當(dāng)大的比例。而高分子材料基本上均呈現(xiàn)疏水性，也就是說現(xiàn)在MBR中的膜組件幾乎表面均為疏水性。上清液中SMP增加，表明污泥混合液的疏水性增強(qiáng)，根據(jù)“相似相容”原理，疏水性的污泥混合液更容易吸附在疏水性的膜表面，增加膜污染。由圖3可以看出，污泥混合液上清液的SUV254隨著復(fù)合混凝劑添加量的增加而減小，說明污泥混合液上清液中芳香性氨基酸或不飽和化合物的含量降低。

2.1.3 污泥脫氫酶活性（DHA） 脫氫酶是活生物體產(chǎn)生的一種蛋白質(zhì)，對(duì)毒物的作用非常敏感，當(dāng)污水中存在有毒物時(shí)，會(huì)使酶失活，造成污泥活性下降。因此，脫氫酶活性在很大程度上反映了生物體的活性狀態(tài)，在廢水生化處理中成為考察污泥活性的一項(xiàng)重要指標(biāo)。從圖4所示的污泥DHA變化結(jié)果可以看出，投加PAC-殼聚糖后，污泥DHA沒有明顯的變化。Guo等[10]研究了MBR添加殼聚糖后微生物活性的變化，結(jié)果表明，添加殼聚糖能提高微生物活性，這與本試驗(yàn)的研究結(jié)果不一致。這可能是由于PAC對(duì)微生物活性的負(fù)面作用與殼聚糖的正面作用相互抵消的結(jié)果。

根據(jù)以上絮凝試驗(yàn)結(jié)果的分析，確定殼聚糖投加量的范圍為7~10 mg·L-1，從經(jīng)濟(jì)角度考慮，殼聚糖的投加量應(yīng)取較小值，即7 mg·L-1。

2.2 MBR運(yùn)行試驗(yàn)

跨膜壓力和膜通量的大小在一定程度上反映了膜組件的污染程度，跨膜壓力越大，膜通量越小，表明膜污染越嚴(yán)重。反應(yīng)器運(yùn)行期間，MBR-A的TMP始終高于MBR-B，如圖5所示。從圖6所示的膜通量的變化看，試驗(yàn)前半期MBR-B與MBR-A的膜通量沒有明顯的差異，而后半期MBR-A的膜通量大于MBR-B。Ros ngela[11]利用殼聚糖-超濾膜反應(yīng)器處理上水時(shí)，也發(fā)現(xiàn)添加殼聚糖后，跨膜壓力增大的同時(shí)，處理系統(tǒng)的膜通量也穩(wěn)定增大。這可能是殼聚糖的絮凝作用增加了絮體的粒徑并改善了絮體的沉降性能。大粒徑的絮體易在膜表面形成濾餅層，增大跨膜壓力的同時(shí)，減少了小粒徑懸浮顆粒進(jìn)入膜孔中以及在膜孔中的沉積，有利于保持穩(wěn)定的膜通量。

3 結(jié) 論

（1）PAC-殼聚糖的絮凝作用能有效降低MBR污泥混合液中SUV254及SMP的含量，延緩膜通量的衰減速度，對(duì)延緩和控制膜污染有積極的作用。

（2）PAC-殼聚糖對(duì)污泥生物活性（DHA）和污泥混合液的粘度影響較小。

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收稿日期：2011-07-15；修訂日期：2011-08-23

作者簡(jiǎn)介：姜政昊（1989-），男，遼寧朝陽人，在讀本科生，主要從事膜污染控制技術(shù)研究。

通訊作者簡(jiǎn)介：仉春華（1966-），女，遼寧大連人，副教授，主要從事膜污染控制技術(shù)研究。