平板膜濃縮污泥中水回用示范工程的調(diào)試與運(yùn)行

朱學(xué)峰1，周明遠(yuǎn)1，吳志超2，苑文儀1，關(guān)杰1

(1. 上海第二工業(yè)大學(xué)城市建設(shè)與環(huán)境工程學(xué)院，上海201209；2. 同濟(jì)大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院，上海200092)

摘要當(dāng)進(jìn)泥量為190m3/d時(shí)，平板膜處理污泥中水回用示范工程在28d內(nèi)穩(wěn)定運(yùn)行。在進(jìn)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(dá)到了設(shè)計(jì)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(yīng)器跨膜壓差均小于20kPa，而1#反應(yīng)器膜壓力上升較快，原因是其運(yùn)行膜通量較高。在28d內(nèi)示范工程出水CODCr均小于50mg/L。

關(guān)鍵詞示范工程調(diào)試與運(yùn)行四段式平板膜污泥濃縮中水回用

中圖分類號：X703.1文獻(xiàn)標(biāo)識碼： A

[收稿日期]2015-05-05

[基金項(xiàng)目]上海電子廢棄物資源化產(chǎn)學(xué)研中心開放基金(B50ZS120003B01)；上海第二工業(yè)大學(xué)校學(xué)科培育基金(XXKPY1303)；污染控制與資源化研究國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室開放課題(PCRRF14007)

[作者簡介]朱學(xué)峰(1983—)，男，講師，博士，研究方向?yàn)槟し蛛x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(guī)模的建設(shè)投運(yùn)，剩余污泥的產(chǎn)量急劇增加，預(yù)計(jì)到2020年，全國年污泥總產(chǎn)生量(以含水率80%計(jì))將突破6000萬t[1,2]。污泥濃縮是污泥穩(wěn)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(jī)械濃縮等方式實(shí)現(xiàn)污泥濃縮，但這些濃縮技術(shù)在應(yīng)用過程中還存在很多問題，如重力濃縮易發(fā)生污泥上浮、氣浮濃縮和機(jī)械濃縮運(yùn)行維修費(fèi)用高[3]，這在一定程度上制約了我國污泥穩(wěn)定化處理。據(jù)統(tǒng)計(jì)，全國80%以上的污水廠污泥未穩(wěn)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(shí)現(xiàn)污泥濃縮和中水回用?，F(xiàn)場中試試驗(yàn)表明，在水力停留時(shí)間為5h、膜通量為15L/m2·h的條件下，不僅污泥濃度達(dá)到30g/L，而且出水水質(zhì)較好，達(dá)到《城市雜用水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》(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(fā)現(xiàn)，四段式工藝不僅可實(shí)現(xiàn)連續(xù)運(yùn)行且膜污染更低[11,12]。本文對FSMST示范工程調(diào)試運(yùn)行進(jìn)行了研究，對示范工程運(yùn)行效果進(jìn)行評價(jià)，以期為示范工程的長期穩(wěn)定運(yùn)行提供依據(jù)。

1示范工程流程及進(jìn)泥性質(zhì)

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(yīng)池體積/m3膜面積/m2水力停留時(shí)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(jìn)泥濃度(MLSS)為7～17g/L，MLVSS為5.2～10.4g/L，污泥毛細(xì)吸水時(shí)間為12.7～26.2s。進(jìn)泥由提升泵引入貯泥池，然后剩余污泥由泵打入1#反應(yīng)池。經(jīng)1#反應(yīng)器膜濃縮后，由液位差流入2#反應(yīng)器內(nèi)，而膜出水則被回用；同樣，2#反應(yīng)器濃縮后的更高濃度的污泥則流入3#反應(yīng)器，經(jīng)3#反應(yīng)器濃縮后的污泥進(jìn)入4#反應(yīng)器內(nèi)。污泥濃度逐級提升，4#反應(yīng)器的出泥則排入污泥脫水機(jī)房進(jìn)行進(jìn)一步的后續(xù)處理。

2示范工程調(diào)試及運(yùn)行效果

2.1示范工程調(diào)試及運(yùn)行參數(shù)

示范工程各反應(yīng)池參數(shù)如表1所示。

設(shè)計(jì)處理污泥量為200m3/d，實(shí)際處理約190m3/d，4#反應(yīng)器出泥設(shè)計(jì)濃度為50g/L。

2.2運(yùn)行效果分析

2.2.1反應(yīng)器的溶解氧變化

圖2為示范工程各反應(yīng)器的溶解氧變化。

圖2　示范工程各反應(yīng)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(nèi)溶解氧變化較大，主要原因是1#和2#池內(nèi)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(fù)相關(guān)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(yīng)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(yùn)行中，可考慮將DO和SS在線監(jiān)測設(shè)備相結(jié)合，更加準(zhǔn)確地監(jiān)控系統(tǒng)內(nèi)污泥濃度變化。

2.2.2調(diào)試及運(yùn)行效果與水質(zhì)分析

(1) 污泥濃度

反應(yīng)器內(nèi)污泥濃度變化如圖3所示。

由圖3可知進(jìn)泥濃度在7～17g/L波動(dòng)過程中，4#出泥污泥濃度中75%的數(shù)據(jù)值大于45g/L，且50%的數(shù)據(jù)大于50g/L，3#反應(yīng)器出泥75%的數(shù)據(jù)大于40g/L，以上說明示范工程在進(jìn)泥波動(dòng)較大時(shí)，仍可保持出泥在50g/L左右穩(wěn)定運(yùn)行。

注： a-各反應(yīng)器內(nèi)污泥濃度隨時(shí)間變化；b-各反應(yīng)器內(nèi)污泥數(shù)據(jù)方框統(tǒng)計(jì)圖 圖3　示范工程各反應(yīng)器內(nèi)污泥濃度隨時(shí)間變化 Fig.3　Changes of Sludge Concentration in Reactors of FSMST Demonstration Project with Time

(2) 膜污染

反應(yīng)器內(nèi)跨膜壓差如圖4所示。

由圖4可知2#、3#、4#反應(yīng)器的跨膜壓差保持在20kPa以下。其中1#反應(yīng)器運(yùn)行28d跨膜壓差達(dá)到45kPa左右，原因是1#反應(yīng)器膜通量較高，為21L/m2·h，在示范工程后期運(yùn)行中可適當(dāng)加強(qiáng)曝氣強(qiáng)度、調(diào)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(yùn)行周期得到了大幅提高[11,12]。

(3) 出水水質(zhì)變化

反應(yīng)器出水CODCr如圖5所示。

由圖5可知在進(jìn)泥濾液CODCr變化幅度較大(28～165mg/L)的情況下，1#、2#、3#反應(yīng)器的出水仍能在22d內(nèi)達(dá)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(shí)間要較中試水力停留時(shí)間少，從而減少了曝氣對污泥沖刷的時(shí)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(jī)物的含量。示范工程的混合出水CODCr在30d內(nèi)都小于50mg/L，說明了平板膜污泥濃縮工藝出水水質(zhì)較好。

圖4　示范工程各反應(yīng)器跨膜壓差隨時(shí)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(yīng)器出水COD Cr隨時(shí)間變化 Fig.5　Changes of Effluent COD Cr of FSMST Demonstration Project with Time

3結(jié)論

FSMST示范工程在處理流量約190m3/d的情況下可穩(wěn)定運(yùn)行；反應(yīng)器內(nèi)污泥濃度變化與溶解氧濃度變化有很好的負(fù)相關(guān)性，因而可在線監(jiān)測污泥濃度；在進(jìn)泥濃度變化幅度較大的情況下，示范工程3#反應(yīng)器出泥濃度可維持在45g/L以上，4#反應(yīng)器平均出泥在50g/L以上； 2#、3#、4#反應(yīng)器跨膜壓差

均較低，而1#反應(yīng)器跨膜壓差上升較快，主要原因是其運(yùn)行膜通量較高；對示范工程出水監(jiān)測發(fā)現(xiàn)在進(jìn)泥濾液CODCr變化幅度較大的情況下，出水CODCr均小于50mg/L。

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經(jīng)驗(yàn)交流