MBR處理廢水技術(shù)
1、MBR工藝概述
膜生物反應(yīng)器是以酶,、微生物或動(dòng),、植物細(xì)胞為催化劑，進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)或生物轉(zhuǎn)化,，同時(shí)憑借超濾分離膜不斷的分離出反應(yīng)產(chǎn)物并截留催化劑而進(jìn)行連續(xù)反應(yīng)的裝置,。它最早使用于生物化工行業(yè)中的連續(xù)發(fā)酵工藝，后來被應(yīng)用在城市生活污水和生物處理的工業(yè)廢水處理工藝中,，既克服了傳統(tǒng)活性污泥潔本身的一些不可避免的弊病,，同時(shí)又具有膜分離占地少、高效和操作方便的優(yōu)點(diǎn)。
MBR工藝一般由膜分離組件和生物反應(yīng)器二部分組成,。根據(jù)膜組件的設(shè)置位置不同,，分為分置式和一體式二大類。
最先出現(xiàn)的是分置式MBR,，生物反應(yīng)器內(nèi)的混合液經(jīng)工藝泵增壓后進(jìn)入膜組件,，在壓力作用下混合液中的水透過膜成為處理水，其余物質(zhì)被膜截留并隨濃縮液回流到反應(yīng)器內(nèi),?？傮w上講，分置式MBR具有運(yùn)行穩(wěn)定可靠,、易于操作管理,、膜的清洗更換和增設(shè)容易等優(yōu)點(diǎn)。
一體式MBR工藝是將膜組件直接安置在生物反應(yīng)器中,，通過工藝泵的負(fù)壓抽吸作用得到膜過濾出水,。由于膜浸沒在反應(yīng)器的混合液中，因此也稱為浸沒式或淹沒式MBR,。同分置式相比,，一體式MBR具有工藝簡(jiǎn)單和運(yùn)行費(fèi)用低的優(yōu)點(diǎn)，但一體式MBR在運(yùn)行穩(wěn)定性,、操作管理和膜的清洗更換方面不及分置式,。
在生物反應(yīng)器內(nèi)放置0.02微米的微/超濾膜，可過濾截留全部膠體污染物質(zhì)與細(xì)菌,、大部分病毒,，并通過活性污泥消化分解污染物質(zhì)，膜產(chǎn)水優(yōu)質(zhì)穩(wěn)定,，只需較少的消毒劑用量就能消滅剩余的病毒：如排入城市污水處理廠也將顯著減輕殘余消毒劑對(duì)生物處理系統(tǒng)的破壞作用,。優(yōu)越的處理性能使MBR在工程應(yīng)用中取得了相當(dāng)大的成績(jī),但要在應(yīng)用中進(jìn)一步提高競(jìng)爭(zhēng)力和擴(kuò)大市場(chǎng)份額,仍面臨著諸多挑戰(zhàn),主要體現(xiàn)在以下幾方面:
① 提升膜材料和膜組件。進(jìn)一步開發(fā)壽命長(zhǎng),、強(qiáng)度好,、抗污染、價(jià)格低的膜材料,對(duì)膜組件的研究應(yīng)朝著處理能力大,、能耗低的方向發(fā)展,。
② 膜污染及其控制策略。利用分子生物學(xué),、顯微可視化方法等深入研究膜污染機(jī)理,探索更為有效,、簡(jiǎn)便的方法以控制和減緩膜污染的發(fā)生與發(fā)展。
③ MBR 的經(jīng)濟(jì)性,。與傳統(tǒng)工藝相比,MBR費(fèi)用仍偏高,需進(jìn)一步降低其能耗以增強(qiáng)MBR的競(jìng)爭(zhēng)力,因此需加強(qiáng)對(duì)MBR經(jīng)濟(jì)性的研究(如能耗,、清洗費(fèi)用,、勞動(dòng)力成本等) 。
④ MBR處理規(guī)模和應(yīng)用領(lǐng)域,。擴(kuò)大MBR的處理規(guī)模和應(yīng)用領(lǐng)域,尤其是對(duì)高濃度污水和難降解廢水的處理,解決MBR用于大規(guī)模工程項(xiàng)目中出現(xiàn)的新問題,。
⑤ 膜組件的更換與標(biāo)準(zhǔn)化。除新建項(xiàng)目外,已有MBR污水處理項(xiàng)目中膜組件的更換,將進(jìn)一步拉動(dòng)MBR 市場(chǎng)的發(fā)展,。以每年的市場(chǎng)增長(zhǎng)率為10% (新建項(xiàng)目) ,、膜組件的平均使用壽命為5 年計(jì), 膜組件的更換最終將占到每年膜銷售量的40%。為進(jìn)一步降低膜的成本費(fèi)用,提高M(jìn)BR工藝的經(jīng)濟(jì)性和競(jìng)爭(zhēng)力,有必要對(duì)MBR的膜組件進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì),。
2,、MBR在廢水處理中的優(yōu)勢(shì)
2．1分離效率高
超濾膜的孔徑一般0．19m左右，截留相對(duì)分子質(zhì)量一般為200一2000,，在一定的操作壓力下,，可以讓水和低分子溶解物質(zhì)通過它，實(shí)現(xiàn)混合液的泥,、水分離,，而不用體積龐大的二沉池，使得污水處理構(gòu)筑物結(jié)構(gòu)緊湊,，占地面積小,。同時(shí)這種膜分離幾乎是一種強(qiáng)制的機(jī)械攔截作用，優(yōu)于傳統(tǒng)法中二沉池的自由重力沉降作用,，不會(huì)因?yàn)槲勰嗯蛎洭F(xiàn)象而導(dǎo)致出水水質(zhì)超標(biāo)或惡化,。
2．2活性污泥濃度高
人們將分離工程中的膜技術(shù)應(yīng)用于廢水生物處理，以膜組件代替二沉池,，提高了泥水分離率,，幾乎截留了全部活性污泥，并通過回流使其返回生物反應(yīng)器,，大大提高了活性污泥即微生物的濃度,，從而提高了生化反應(yīng)速率，而這一濃度在活性污泥法中是無法實(shí)現(xiàn)的,。
2．3可使某些專性細(xì)菌維持其原有活性
當(dāng)廢水酸堿度高,、鹽濃度高或含難降解有機(jī)物時(shí),，因?yàn)樗鼈儗?duì)微生物有毒害作用,，所以不宜用廢水與微生物直接接觸的方法處理，需要進(jìn)行預(yù)處理或稀釋,。特別是當(dāng)廢水中含有揮發(fā)性有毒物質(zhì)時(shí),，在傳統(tǒng)的好氧生物處理中容易隨曝氣氣流揮發(fā)，發(fā)生氣提現(xiàn)象,，處理效果不穩(wěn)定,。在萃取膜生物反應(yīng)器中,，廢水與活性污泥被膜隔離開來，廢水在膜腔內(nèi)流動(dòng),，與進(jìn)水槽和出水槽相連,，而含有某種專性細(xì)菌的活性污泥在膜外流動(dòng)，廢水與微生物不直接接觸,。這樣可獲得理想的處理效果,。
2．4有利于生物反應(yīng)器內(nèi)硝化細(xì)菌的滯留生長(zhǎng)
膜的分離截留作用使生長(zhǎng)緩慢的硝化細(xì)菌大量滯留在反應(yīng)器內(nèi)，使膜生物反應(yīng)器對(duì)NH3一N具有很高的去除效果,。膜生物反應(yīng)器具有超過90％的m—N去除能力,，在進(jìn)水m—N為20—30mg／L時(shí)，出水NH3一N含量基本都在2mg／L以下,。較長(zhǎng)的污泥齡為硝化細(xì)菌的生長(zhǎng)繁衍提供了條件,，膜對(duì)細(xì)菌的攔截作用使硝化細(xì)菌在曝氣池內(nèi)累積，但膜的攔截作用本身對(duì)NH3一N去除并無貢獻(xiàn),。因m—N在水中是以水和氨離子存在,，屬無機(jī)小分子，可自由穿過膜的微孔,。另外,，污泥可提供較多的厭氧環(huán)境，有利于反硝化過程的進(jìn)行,。
2．5可提高系統(tǒng)的傳氧效率
在膜生物反應(yīng)器中,，曝氣系統(tǒng)所采用的膜是一種透氣性膜，傳質(zhì)阻力小,，可以在高壓下運(yùn)行,。在該系統(tǒng)中，由于氧氣停留在膜組件中,，氣體停留時(shí)間越長(zhǎng),，分配到液相中的氧氣比例越大，氧的傳質(zhì)效率越高,；又由于氧氣傳質(zhì)面積一定,，在傳統(tǒng)曝氣系統(tǒng)中影響氣泡大小和停留時(shí)間的因素對(duì)其沒有影響，系統(tǒng)供氧更穩(wěn)定,；選擇不同的膜表面積和氣壓,，能滿足生物反應(yīng)器的各種需氧量。
3,、影響處理效果的幾個(gè)因素
3．1膜截留分子量的影響
不同膜截留分子量條件下好氧分置式膜生物工藝研究結(jié)果表明：
(1)當(dāng)其它條件相同時(shí),，超濾膜截留分子量大，雖然清水通量和短期運(yùn)行時(shí)膜水通量也大,，但在長(zhǎng)期運(yùn)行條件下,，膜表面更易出現(xiàn)濃差極化現(xiàn)象,，清洗周期縮短，截留分子量對(duì)超濾膜水通量的影響逐漸減少,；
(2)截留分子量高低對(duì)系統(tǒng)有機(jī)物去除性能影響較?。?br />
(3)膜截留分子量不同,，生物反應(yīng)器內(nèi)的MISS濃度也會(huì)明顯不同,，該現(xiàn)象的確切原則有待于試驗(yàn)研究進(jìn)一步確定。
3．2溶解氧的影響
(1)膜生物反應(yīng)器中,，在DO為6mg／L左右,，MISS為8000mg／L一9000mg／L，溫度24℃,，進(jìn)水COD,、NH3一N分別為523．700mg／L和17．24—24mg／L的條件下，對(duì)COD,、NH3一N,、"IN的去除率分別為98％、99％,、65％,，說明此時(shí)對(duì)COD、NH3一N的去除率都非常高,，但對(duì)TN的去除率不是很高,。
(2)DO為3 mg／L左右時(shí)，對(duì)COD,、NH3一N,、TN的去除率分別為96．5％、98％,、75％,，說明此時(shí)對(duì)COD、NH3—N的去除率仍很高,。由于DO的下降,，IN的去除率略有上升。
(3)DO為1 mg／L左右時(shí),，對(duì)COD,、NH3一N、TN的去除率分別為96％,、95％,、92％，說明此時(shí)對(duì)COD,、NH3一N,、TN的去除率都很高，同步硝化反硝化在反應(yīng)器中起到了很好的作用,，這一條件為最佳條件,。
(4)DO為0．5 mg／L左右時(shí)，對(duì)COD,、NH3—N,、TN的去除率分別為90％、70％,、60％,，并且對(duì)COD、NH3一N,、TN的去除率很不穩(wěn)定,。
4、結(jié)束語
膜生物反應(yīng)器在處理廢水中具有獨(dú)特的技術(shù)優(yōu)勢(shì),，特別是在廢水需回用和占地有限制的場(chǎng)合下更是一項(xiàng)極具潛力的技術(shù),。膜污染是膜過程中不可避免的，但采用新型抗污染膜或采取適宜的操作方法可以減少其影響,；膜劣化則是膜過程中必須避免的,，采用各種新型耐酸、耐堿,、耐溶劑的分離膜,，嚴(yán)格遵守操作規(guī)范可以有效地延長(zhǎng)膜的壽命、較大程度地避免膜的劣化現(xiàn)象的發(fā)生,。由于受膜材料的價(jià)格,、膜污染及膜組件的性能等問題的影響，要使其得到實(shí)際應(yīng)用,，還需做大量的工作,。
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