一種疏水曝氣膜用于河道黑臭水體治理研究

李海明，苑輝，曹映東，陳繼悅，陳筱偉

（九洲環境科技（天津）有限公司，天津300300）

疏水膜微孔曝氣技術[1]是利用了疏水膜透氣不透水的一種河道黑臭水體的生物處理技術，當把中空纖維疏水膜絲連接好浸入到水體后，連接鼓風機，進行微孔曝氣。在曝氣的過程中，氧氣通過溶解擴散[2]的方式透過疏水膜進入到水體中，微小的氣泡能夠充分地被水體吸收利用，獲得很高的溶解氧[3]利用率，與此同時，疏水膜表面由于其凹凸不平，為微生物膜[4]的附著提供了很好的載體[5]，其形成的生物膜也能更好地調節水體的生態平衡[6]。

1 實驗部分

1.1 儀器與藥品

疏水曝氣膜，自制；UPVC 管，天津市佑利塑膠有限公司；微生物填料，材質為聚氨酯，宜興市君宇水處理填料有限公司；UPVC 膠，天津市佑利塑膠有限公司；氣體調節閥，天津市佑利塑膠有限公司；羅茨風機，佛山市廣鼓鼓風機有限公司；氣壓表，天長市永儀儀表廠。

1.2 儀器裝置的組裝

自制生產中空纖維疏水膜膜絲，長度為1 m，采購DN32UPVC 管件，切成長度為10 cm，利用環氧樹脂膠，將膜絲澆鑄到UPVC 管中，澆鑄好后將一側切開，漏出膜絲的中心孔，用于氣體的進出。將若干澆鑄好的膜絲用UPVC 管連接到一起，呈梯形狀連接，浸入到河道的水體中，進氣管與羅茨風機相連，進氣管連接氣壓表和閥門，當風機通電工作時，氣體就會進入到連接好的中空纖維膜絲體系，在氣體壓力作用下，空氣透過膜孔進入到河道水體中，通過調節進氣閥，調節氣體的壓力，從而調節進入到河道水體氣量的大小。

1.3 微生物填料的負載

此微生物填料為立體彈性填料，規格為邊長5 mm的正方體，材質為聚氨酯。利用細鐵絲把小立方體填料串成串，長度在1 m 左右。把穿好的微生物填料一串串地固定到已經連接好的中空纖維膜束的架子上，放置的位置盡可能與中空纖維膜束挨著，當中空纖維膜透過氣體時，氧氣能夠第一時間釋放到微生物填料處，這樣，充足的氧環境，能夠保障在微生物填料上快速形成生物膜，由于填料的比表面積大，微生物容易附著，在整個填料上，能夠快速地形成大量的生物膜，生物膜的形成有利于水體的自凈修復，降解過高的氨氮和COD，逐步實現水體的生態平衡。

1.4 安裝調試運行

在安裝的過程中，將15 個中空纖維疏水膜束用UPVC 管連接，每個中空纖維疏水膜束的間距為80 mm，總長度為12 m，連接好的中空纖維膜束用鋼筋支架支撐，鋼筋與UPVC 用扎帶固定在一起，支撐的高度為60 cm，同時，由于UPVC 密度較小，自身會浮在水面，連接的鋼筋還能起到配重的作用，保證連接整個中空纖維疏水膜束整個架子進入到河道水體中，同時在鋼筋支架作用下，支撐在河道底部。由于一般的河道底部都是凹形的，中間部分河道深，靠近河岸較淺，所以連接好的整個架子不易固定，成弧度放置容易開裂，所以在實際操作過程中，是沿著河道水流方向，平行于河道放置，保證整個膜架能夠穩定地水平放置到河道底部，既保證了架子的穩定，放置在同樣的深度，也保證了整個架子的中空纖維疏水膜絲承受的壓力一樣。

2 實驗結果與討論

2.1 曝氣壓力對水體溶解氧的影響

選取的河道試驗段，在不運行曝氣裝置時，水體的溶解氧含量為0.18 mg/L。當曝氣裝置啟動后，在運行過程中，曝氣壓力對水體中溶解氧濃度的影響較大，隨著曝氣壓力的增加，水體中的溶解氧濃度能夠明顯增加。這是由于隨著曝氣壓力的增加，進入中空纖維膜絲中的氣體壓力增大，而中空纖維膜束架在水體中的深度一定，承受的壓力不變，所以透過膜孔進入到水體中的氣量增加，透過微孔的氣泡較小，屬微米級，能夠直接作用到水體中，所以水體中的溶解氧濃度能夠明顯增加。圖1為水體中溶解氧的濃度與曝氣壓力之間的關系。

圖1 溶解氧濃度與曝氣壓力的關系

2.2 曝氣壓力對COD 去除率的影響

開始時，COD 的去除率隨著疏水膜曝氣壓力的增加而增大，當曝氣壓力為5 kPa 時，COD 的去除率僅為65%，主要是因為壓力低，透過膜孔的氣量較小，溶解氧的含量較低，當壓力上升時，COD 的去除率明顯增加，當壓力達到28 kPa 時，COD 的去除率基本保持不變，維持在85%左右，這說明COD 的去除率已經達到峰值，溶解氧的量能夠最大效率地滿足COD 的去除量，當曝氣壓力再繼續增加時，COD 的去除率反倒降低，主要是因為曝氣壓力增大，透過膜孔的氣量較大，把生長在膜壁上的微生物膜吹得比較松散，甚至脫落，生物膜形成的自身好氧厭氧得平衡系統被打破，所以COD 的去除率反倒降低。圖2為COD 的去除率與疏水膜曝氣壓力之間的關系。

圖2 COD 的去除率與曝氣壓力之間的關系

2.3 曝氣壓力對氨氮去除率的影響

由圖3可以看出，隨著跟COD 的去除率曲線大致相同，開始時，隨著曝氣壓力的增加，氨氮的去除率明顯增加；當曝氣壓力為5 kPa 時，氨氮的去除率為55%左右；隨著曝氣壓力的增加，當曝氣壓力達到25 kPa時，氨氮的去除率能夠達到85%，此時氨氮的去除效果最高；接下來，隨著曝氣壓力的繼續增大，氨氮的去除率反而降低，主要是因為，隨著曝氣壓力的進一步增加，透過膜孔的氣量較大，生長到膜壁上的微生物膜遭到破壞，打破了生物膜的好氧厭氧的平衡系統，所以氨氮的去除率反倒降低。圖3為氨氮的去除率隨曝氣壓力之間的關系。

圖3 氨氮的去除率與曝氣壓力之間的關系

3 結論

利用疏水膜曝氣技術對河道的黑臭水體的治理有明顯的效果，機理主要是通過增加水體的溶解氧，從而有利于微生物膜在疏水膜上快速地形成，實現水體的生態自凈能力，考察了不同的曝氣壓力對水體溶解氧、COD 去除率、氨氮去除率的影響，得出以下結論：（1）隨著曝氣壓力的增加，水體中溶解氧的含量明顯增加；（2）隨著曝氣壓力的增加，COD 的去除率先增加后降低；（3）隨著曝氣壓力的增加，氨氮的去除率先增加后降低。