1
试验装置与方法
1.1
试验装置
本试验组合工艺流程如图
1
所示。 采用一体式
膜生物反应器，反应器（膜池）内置
2
个中空纤维膜组
件 ，同 时 添 加 一 定 量 的 粉 末 活 性 炭〔粒 度
0.075 mm
（
200
目）〕。 试验用膜为海南立升净水科技实业有限
公 司 提 供 的 浸 没 式
PVC
合 金 中 空 纤 维 膜 ，孔 径 为
0.10 μm
，膜丝内径为
1.00 mm
，外径为
1.60 mm
，有效
膜面积
0.11 m
2
，截留分子质量
50 000 u
。
图
1
试验装置
试 验 原 水 由 一 定 量 的 腐 殖 酸 和
NH
4
Cl
配 制 而
成 ，
COD
Mn
约 为
4 mg/L
， 氨 氮 约 为
2.5 mg/L
， 该 模 拟
配水与自来水厂沉淀池出水具有较好相似性， 且可
保证每个工况进水水质的一致性。 进水经吸水隔膜
泵打入生物反应器内， 处理后的出水由吸水隔膜泵
抽出， 由安置在超滤膜组件和出水隔膜泵间的真空
表测定跨膜压，膜组件采用间歇方式运行。通过小型
气泵及设置在膜组件底部的穿孔管进行曝气， 具体
曝气量根据运行工况确定。反应器底部设有排泥阀，
定期排泥以保证池内微生物活性。 每个试验工况结
束后， 另设
1
台隔膜泵将膜出水反方向打入反应器
对膜进行反冲洗。
1.2
工艺运行方法
进水流量为
6 L/h
，出水抽吸泵工作时流量为
8
L/h
，通过调节阀门保持出水流量恒定 ，以 跨 膜 压 力
（真空表读数）来表征膜污染程度。 每个试验工况的
进水时间和工艺运行时间均相同， 运行过程中取样
6
次。 膜池中粉末活性炭的投加量为
2 g/L
，为了保
证每次工况下膜池内的生物量和活性一致， 每个工
况结束后排掉一定体积混合液， 再补充相应质量的
新炭，维持池内的粉末活性炭浓度不变。每个工况结
束后用膜出水对膜组件进行反冲洗， 冲洗水流量为
20 L/h
， 冲洗时间为
5 min
， 后用质量分数为
1%
的
NaOH
溶液浸泡
30 min
， 直到膜的纯水通量恢复至
新膜初始通量的
95%
以上为止。
1.3
测试方法
UV
254
采 用
T6
新 世 纪 紫 外 可 见 光 分 光 光 度 计
（北京普析通用公司）测定；氨氮、亚硝酸盐氮、硝酸
盐氮采用标准分析方法测定
〔
1〕
。 脂类物质是所有细
胞中生物膜的主要成分，在细胞死亡后会很快分解，
且超过
95%
的生物膜脂类是以磷脂形式存在
〔
2〕
，故
用总磷含量来 表 示 反 应 器 中 生 物 的 活 性 具 有 可 行
性，总磷的测定采用钼锑抗分光光度法。胞外聚合物
（
EPS
）可用来衡量膜池中对膜过滤产生不利影响的
成分，本试验测定了混合液中溶解态蛋白质、多糖的
含量，溶解态
EPS
的提取采用低速离心法 ，蛋白质
用福林酚法在波长
750 nm
下测定吸光度，多糖用蒽
酮
-
硫酸法在波长
625 nm
下测定吸光度
〔
3〕
。
2
模型建立与数据分析
2.1
正交试验设计
安排了一组
4
因素
3
水平的正交试验， 以确定
因素的主次性和显著性
〔
4〕
。 根据文献〔
3
〕、〔
5
〕、〔
6
〕，
确定影响因素为膜池内的曝气强度、 膜池沉泥的刮
泥间隔、膜抽吸泵的抽停时间、膜池内的曝气模式。
膜池内的曝气强度根据气水比设计， 选定
3
个
曝气强度
120
、
80
、
40 L/h
。 膜 池 内 的 刮 泥 间 隔 通 过
公式
t=T ln C
0
/C
e
确定，其中
T
为膜池的水力停留时
间 （
HRT=1.44 h
），
C
0
为 粉 末 活 性 炭 初 始 质 量 浓 度
（
2 g/L
），
C
e
为粉末活性炭剩余质量浓度，选定
3
个刮
泥间隔
1
、
0.75
、
0.5 h
。 膜抽吸泵的抽、停时间根据进
出水量确定， 以水位不超过膜池超高以及不低于膜
组件标高为准，选定
3
个抽、停时间组合
30
、
10 min
，
15
、
5 min
，
9
、
3 min
。 膜池内的曝气模式分别采用不曝
气、间歇曝气（膜停抽时曝气，工作时不曝气）、连续
曝气。 正交试验方案见表
1
。
表
1
正交试验
2.2
评价模型
根据出水水质、运行成本、操作管理等方面的综
工况序号
曝气强度/
（
L·h
-1
）
刮泥间隔/
h
抽、停时间/
min
曝气模式
1
—
1
30、10
不曝气
2
120
0.75
15、5
间歇曝气
3
120
0.5
9、3
连续曝气
4
80
1
15、5
连续曝气
5
—
0.75
9、3
不曝气
6
80
0.5
30、10
间歇曝气
7
40
1
9、3
间歇曝气
8
40
0.75
30、10
连续曝气
9
—
0.5
15、5
不曝气
试验研究
工业水处理
2012- 05
，
32
（
5
）
40