曝气和气泡刮擦对控制MBR平板膜污染的影响

曝气和气泡刮擦对控制MBR平板膜污染的影响：在膜生物反应器中，曝气的作用有:0向污泥提供氧气，以满足其在代谢过程中所需的氧量;@搅拌，使活性污泥在曝气池内处于搅动的悬浮状态，使泥水充分混合;3形成气液两相流，去除泥饼层，消除浓差极化。曝气量影响混合液在膜面的循环剪切力的大小，曝气量越大，无论是抽吸过程还是停抽过程都将有利于悬浮物从膜面脱落，以减缓悬浮固体对膜面的污染，但过大的曝气可能会引起膜断裂、影响膜寿命和使污泥形态恶化、泥水混合液可过滤性变差，且从经济角度考虑，曝气量过大将由于能耗过高而无法投入实际应用且会使膜表面的泥饼层变薄，影响出水水质。相关研究表明曝气量的增加加快了反应器内混合液的循环速率，使污染物质不容易在膜表面积累，而且可以加速污染物从膜表面的脱离，减缓膜的污染。但曝气量增加到一定程度，这种改善作用就不再明显了。因此，从经济的因素来讲，曝气量以满足恢复膜污染的最小值为妥。

在浸没式膜生物反应器中，上升气泡会引发水相的错流以延迟污染，提高膜通量。气液两相流可以分为气泡分散流 (bubble flow)、活塞流 (slug flow)、搅动流 (churn flow)环流 (annular flow)和雾流 (mist flow)。在汽水比较低的时候，形成气泡分散流，活塞流发生在高气水比情况下，气泡发生碰撞和结合，形成活塞气泡，这种流型最有利于提高通量。在大口径的管式反应器中，射流因子的公式为

式中，Ucs和Uls分别是表面气速和表面液速。如果e<0.2，会形成气泡分散流;0.2<e0.9，会形成中央是气体、周围是液体的环形流。当e 的值在 0~0.83 范围内，在气泡分散流和活塞流的情况下，渗透通量提高可达 320%。气体流速、液体流速、透膜压力和进水浓度对气液两相流中膜通量的影响会在以下讨论。

渗透通量随着曝气量的提高而提高。应用光学显微镜，观察气泡对于控制颗粒沉降方面的影响。在气泡的作用下，可逆的和不可逆的颗粒沉积现象都减轻了。因此人们提出两相流可以疏松滤饼层，达到减轻滤饼层的比阻力和增大孔隙率的作用。渗透通量随着气体速率的增大而增大，而最大通量还可以通过进一步提高气体流速而继续增大。崔占锋[14]等提出了在活塞气泡大于临界尺寸时，初始尾流的尺寸和强度保持不变。增大表面气速会增大活塞气泡的尺寸和频率。最大通量的增强发生在活塞气泡间被液体尾流完全占据的情况下，进一增强表面气速会影响尾流或导致气泡合并。

在较低的气体或液体表面气速下，液柱中的颗粒会发生沉积。提高气体或液体的表面流速，会减少沉积并增加通量。在气液两相流中，膜通量会得到提高，但是，继续提高液体流速，膜通量的提高速度会下降。液体雷诺数上升并达到最高值时，膜通量一直增强，同时，在湍流中，膜通量增强得并不明显。而当液体流速达到 0.2m/s 时，通量的增加达到220%，之后呈下降趋势。Chang和 Fanel15]也报道了增加液体流速会在初始阶段提高通量，随后通量会下降。在高液体流速下，通量增加并不明显。

对有气体喷射辅助的右旋糖昔的超滤操作中，液体流速对通量影响很小，最大的膜通量一般是在中等液体流速 0.5m/s 左右，在高液体错流速度下，通量降低。有报道称膜通量随透膜压力的升高，在超滤和微滤操作中，会分别升高和降低。这可能是在较高的穿透压力下，膜孔道的堵塞情况不同。微滤膜较容易发生膜孔道的堵塞问题。在0.055MPa压力下，曝气作用下，在超滤和微滤中，通量的增加分别是 150%和 160%。在0.2MPa压力下，超滤操作中，通量的增强大约 290%，但是在微滤中，压力在 0.25MPa时，通量的增强只有 120%。Lee 等研究了平板微滤膜对细菌悬浮液的过滤操作，实验表明活塞流增加了渗透通量。应用曝气的活塞流，对30万截留相对分子质量的超滤膜和0.2m的微滤膜来说，膜阻力可以下降大约 50%。

对污水处理来说，有文献报道了加强曝气对通量增加有积极影响。Vera 等报道了在对活性污泥的微滤操作中，增加曝气量可以提高膜通量。在透膜压力0.1MPa，液体流速 1m/s时，膜的总阻力可以降低一半。

Ueda 等研究了曝气对浸没式中空纤维膜的影响。抽吸压力随着曝气速率的提高而降低达到一个临界值后，抽吸压力不会进一步降低。暂停出水 7天以消除滤饼层，压力可以恢复到滤饼层形成前的压力。Davies 等[16]应用久保田的平板膜，在重力自流的情况下，降低曝气量，出水通量也下降了。表 6-2 给出了气液两相流中操作条件和通量增强的汇总。