平板膜濃縮污泥中水回用示范工程的調試與運行

平板膜濃縮污泥中水回用示范工程的調試與運行

朱學峰1，周明遠1，吳志超2，苑文儀1，關杰1

(1. 上海第二工業大學城市建設與環境工程學院，上海201209；2. 同濟大學環境科學與工程學院，上海200092)

摘要當進泥量為190m3/d時，平板膜處理污泥中水回用示范工程在28d內穩定運行。在進泥濃度變化幅度較大的情況下(7～17g/L)，示范工程出泥濃度達到了設計要求，平均出泥濃度維持在35g/L以上。示范工程的2#、3#、4#反應器跨膜壓差均小于20kPa，而1#反應器膜壓力上升較快，原因是其運行膜通量較高。在28d內示范工程出水CODCr均小于50mg/L。

關鍵詞示范工程調試與運行四段式平板膜污泥濃縮中水回用

中圖分類號：X703.1文獻標識碼： A

[收稿日期]2015-05-05

[基金項目]上海電子廢棄物資源化產學研中心開放基金(B50ZS120003B01)；上海第二工業大學校學科培育基金(XXKPY1303)；污染控制與資源化研究國家重點實驗室開放課題(PCRRF14007)

[作者簡介]朱學峰(1983—)，男，講師，博士，研究方向為膜分離處理污水及污泥。電話： 021-50215021-8500；E-mail： xfzhu@sspu.eud.cn。

Commissioning and Operation of Demonstration Project of Sludge Thickening Treatment with Flat-Sheet Membrane Process for Reuse of Reclaimed Water

Zhu Xuefeng1, Zhou Mingyuan1, Wu Zhichao2, Yuan Wenyi1, Guan Jie1

(1.SchoolofUrbanDevelopmentandEnvironmentalEngineering,ShanghaiSecondPolytechnicUniversity,Shanghai201209,China;

2.SchoolofEnvironmentalScienceandEngineering,TongjiUniversity,Shanghai200092,China)

AbstractThe flat-sheet membrane process for reuse of reclaimed water operated smoothly in 28days when capacity of sludge treatment was 190m3/d. It was also detected that the average effluent sludge concentration maintained more than 35g/L when the change of influent sludge concentration was 7～17g/L. Trans-membrane pressure (TMP) of reactors 2#, 3# and 4# kept below 20kPa. TMP of reactor 1# increased fast due to its high flux. Finally, CODCr of the effluent was below 50mg/L during 28days’ operation.

Keywordsdemonstration projectcommissioning and operationfour-stagesludge thickening with flat-sheet membranereuse of reclaimed water

隨著全國污水處理廠大規模的建設投運，剩余污泥的產量急劇增加，預計到2020年，全國年污泥總產生量(以含水率80%計)將突破6000萬t[1,2]。污泥濃縮是污泥穩定化處理的基本前提，目前城市污水處理廠主要采用重力濃縮、氣浮濃縮和機械濃縮等方式實現污泥濃縮，但這些濃縮技術在應用過程中還存在很多問題，如重力濃縮易發生污泥上浮、氣浮濃縮和機械濃縮運行維修費用高[3]，這在一定程度上制約了我國污泥穩定化處理。據統計，全國80%以上的污水廠污泥未穩定化處理[4]。王新華等[5-10]提出了平板膜—污泥濃縮工藝(MST)，利用平板膜的高效截留來實現污泥濃縮和中水回用。現場中試試驗表明，在水力停留時間為5h、膜通量為15L/m2·h的條件下，不僅污泥濃度達到30g/L，而且出水水質較好，達到《城市雜用水水質標準》(GB/T 18920—2002)的要求。對比四段式平板膜濃縮污泥工藝(FSMST)與單段式平板膜污泥濃縮工藝(MST)后發現，四段式工藝不僅可實現連續運行且膜污染更低[11,12]。本文對FSMST示范工程調試運行進行了研究，對示范工程運行效果進行評價，以期為示范工程的長期穩定運行提供依據。

1示范工程流程及進泥性質

圖1為示范工程的流程圖。

圖1　四段式平板膜濃縮污泥中水回用示范工程流程圖 Fig.1　Process Flow Chart of Sludge Thickening Treatment with Flat-Sheet Membrane Process for Reuse of Reclaimed Water

污泥濃縮反應池體積/m3膜面積/m2水力停留時間/h膜通量/(L·m-2·h-1)膜出水流量/(m3·h-1)氣水比1#14.52218.81.7214.5920∶12#15.48218.83.4102.1940∶13#15.12175.05.650.86100∶14#13.5387.66.840.35125∶1

示范工程進泥濃度(MLSS)為7～17g/L，MLVSS為5.2～10.4g/L，污泥毛細吸水時間為12.7～26.2s。進泥由提升泵引入貯泥池，然后剩余污泥由泵打入1#反應池。經1#反應器膜濃縮后，由液位差流入2#反應器內，而膜出水則被回用；同樣，2#反應器濃縮后的更高濃度的污泥則流入3#反應器，經3#反應器濃縮后的污泥進入4#反應器內。污泥濃度逐級提升，4#反應器的出泥則排入污泥脫水機房進行進一步的后續處理。

2示范工程調試及運行效果

2.1示范工程調試及運行參數

示范工程各反應池參數如表1所示。

設計處理污泥量為200m3/d，實際處理約190m3/d，4#反應器出泥設計濃度為50g/L。

2.2運行效果分析

2.2.1反應器的溶解氧變化

圖2為示范工程各反應器的溶解氧變化。

圖2　示范工程各反應器的溶解氧變化 Fig.2　Changes of DO in Reactors of FSMST Demonstration Project with Time

由圖2可知1#和2#池內溶解氧變化較大，主要原因是1#和2#池內污泥濃度較低且污泥濃度變化幅度較大。污泥濃度的增加與溶解氧呈負相關性(rp=-0.722，p<0.01)，表示隨著污泥濃度的增加溶解氧逐漸降低，其原因是污泥濃度的增加使傳氧速率降低[11]。而4#反應器溶解氧基本維持在0.5mg/L以下，主要原因是4#池污泥濃度較高。在示范工程的后期運行中，可考慮將DO和SS在線監測設備相結合，更加準確地監控系統內污泥濃度變化。

2.2.2調試及運行效果與水質分析

(1) 污泥濃度

反應器內污泥濃度變化如圖3所示。

由圖3可知進泥濃度在7～17g/L波動過程中，4#出泥污泥濃度中75%的數據值大于45g/L，且50%的數據大于50g/L，3#反應器出泥75%的數據大于40g/L，以上說明示范工程在進泥波動較大時，仍可保持出泥在50g/L左右穩定運行。

注： a-各反應器內污泥濃度隨時間變化；b-各反應器內污泥數據方框統計圖 圖3　示范工程各反應器內污泥濃度隨時間變化 Fig.3　Changes of Sludge Concentration in Reactors of FSMST Demonstration Project with Time

(2) 膜污染

反應器內跨膜壓差如圖4所示。

由圖4可知2#、3#、4#反應器的跨膜壓差保持在20kPa以下。其中1#反應器運行28d跨膜壓差達到45kPa左右，原因是1#反應器膜通量較高，為21L/m2·h，在示范工程后期運行中可適當加強曝氣強度、調整膜通量等方式來降低膜污染。與單段式平板膜處理污泥工藝相比，該示范工程的運行周期得到了大幅提高[11,12]。

(3) 出水水質變化

反應器出水CODCr如圖5所示。

由圖5可知在進泥濾液CODCr變化幅度較大(28～165mg/L)的情況下，1#、2#、3#反應器的出水仍能在22d內達到50mg/L的水平，較中試要好[11]，可能的原因是示范工程水力停留時間要較中試水力停留時間少，從而減少了曝氣對污泥沖刷的時間，使污泥絮體不易破壞而釋放胞外聚合物，降低濾液中有機物的含量。示范工程的混合出水CODCr在30d內都小于50mg/L，說明了平板膜污泥濃縮工藝出水水質較好。

圖4　示范工程各反應器跨膜壓差隨時間變化 Fig.4　Changes of TMP in Reactors of FSMST Demonstration Project with Time

圖5　示范工程各反應器出水COD Cr隨時間變化 Fig.5　Changes of Effluent COD Cr of FSMST Demonstration Project with Time

3結論

FSMST示范工程在處理流量約190m3/d的情況下可穩定運行；反應器內污泥濃度變化與溶解氧濃度變化有很好的負相關性，因而可在線監測污泥濃度；在進泥濃度變化幅度較大的情況下，示范工程3#反應器出泥濃度可維持在45g/L以上，4#反應器平均出泥在50g/L以上； 2#、3#、4#反應器跨膜壓差

均較低，而1#反應器跨膜壓差上升較快，主要原因是其運行膜通量較高；對示范工程出水監測發現在進泥濾液CODCr變化幅度較大的情況下，出水CODCr均小于50mg/L。

參考文獻

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