【正文】 傳統(tǒng)的好氧活性污泥處理工藝在高污泥負(fù)荷的情況運(yùn)行會(huì)出現(xiàn)污泥膨脹現(xiàn)象使得泥不難于分離導(dǎo)致系統(tǒng)不能正常運(yùn)行出水不達(dá)標(biāo)而MBR工藝是用膜抽吸作用來(lái)進(jìn)行泥水分離污泥膨脹不會(huì)影響MBR系統(tǒng)的正常運(yùn)行和出水水質(zhì)因此運(yùn)行管理極為方便b占地面積小傳統(tǒng)的活性污泥工藝的活性污泥濃度一般在3000～5000mgl而MBR工藝的活性污泥濃度一般在8000～12000mgl且不需生化沉淀池故大大減少了占地面積和土建投資其土建占地約為傳統(tǒng)工藝的13c處理水質(zhì)穩(wěn)定中空絲膜能夠截留幾乎所有的微生物尤其是針對(duì)難以沉淀的增殖速度慢的微生物因此系統(tǒng)內(nèi)的生物相極大豐富活性污泥馴化增量的過(guò)程大大縮短處理的深度和系統(tǒng)抗沖擊的能力得以加強(qiáng)處理水質(zhì)穩(wěn)定d具有很好的脫氮效果MBR系統(tǒng)有利于增殖緩慢的硝化細(xì)菌的截留生長(zhǎng)和繁殖系統(tǒng)硝化效率得以提高e泥齡長(zhǎng)膜分離使污水中的大分子難降解成分在體積有限的生物反應(yīng)器內(nèi)有足夠的停留時(shí)間大大提高了難降解有機(jī)物的降解效率反應(yīng)器在高容積負(fù)荷低污泥負(fù)荷長(zhǎng)泥齡下運(yùn)行可以實(shí)現(xiàn)基本無(wú)剩余污泥排放f動(dòng)力消耗低中空絲膜所需的吸引壓力僅為－01～－04公斤cm2左右動(dòng)力消耗低膜生物反應(yīng)器易于一體化且易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制操作管理方便MRB的工藝過(guò)程如下圖13圖13 MBR膜工藝流程膜生物反應(yīng)器是國(guó)際上于20實(shí)際60年代開(kāi)始研究90年代得到快速發(fā)展和應(yīng)用的一項(xiàng)廢水生物處理新技術(shù)它將膜分離技術(shù)和生物反應(yīng)過(guò)程有機(jī)結(jié)合以膜技術(shù)的高效分離作用取代傳統(tǒng)活性污泥法中的二沉池實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)工藝所無(wú)法比擬的泥水分離和污泥濃縮效果消除了污泥膨脹的影響并大幅度提高了曝氣池中活性污泥的濃度省卻了污泥回流系統(tǒng)大大延長(zhǎng)了泥齡減少了剩余污泥量并通過(guò)膜對(duì)廢水中SS有機(jī)物病原菌和病毒的高效截留作用大大提高了處理出水水質(zhì)并在通常情況下其處理出水無(wú)需進(jìn)行消毒處理即可達(dá)到相關(guān)的衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)其簡(jiǎn)單組合工藝見(jiàn)圖14圖14膜生物反應(yīng)器簡(jiǎn)單組合工藝1膜生物反應(yīng)器的分類(lèi)MBR主要由膜組件泵和生物反應(yīng)器三部分組成生物反應(yīng)器是污染物降解的主要場(chǎng)所膜是對(duì)混合液和對(duì)特殊污染物進(jìn)行分離和萃取的介質(zhì)而泵則是為滿(mǎn)足分離和萃取提供所需的動(dòng)力 壓力 的必需設(shè)備 根據(jù)泵與膜組件的相對(duì)位置不同分為加壓泵和吸壓泵兩類(lèi) 按膜組件的作用方式MBR可分為內(nèi)壓式和外壓式兩種內(nèi)壓式中水的透過(guò)方向是從管內(nèi)向管外而外壓式相反在實(shí)際應(yīng)用中大多使用的是外壓式MBR因?yàn)閮?nèi)壓式MBR流道往往較小容易被污染顆粒所堵塞而根據(jù)分離膜生物反應(yīng)器萃取膜生物反應(yīng)器和無(wú)泡曝氣膜生物反應(yīng)器固液分離式膜生物反應(yīng)器也稱(chēng)為錯(cuò)流式膜生物反應(yīng)器曝氣設(shè)備可設(shè)在膜組件的下方產(chǎn)生的氣流向上或豎直設(shè)于膜組件中間產(chǎn)生水平氣流曝氣設(shè)備產(chǎn)生氣泡大量氣泡帶動(dòng)液體形成的水流波動(dòng)造成的膜元件之間的摩擦這有助于膜表面污染層的脫落有機(jī)膜組件尤其是中空纖維類(lèi)的分離膜更有利于最大程度地利用曝氣產(chǎn)生的氣流100達(dá)到了目前供氧技術(shù)的最佳效果而無(wú)泡供氧技術(shù)與生物反應(yīng)器相結(jié)合形成了一種新型膜生物反應(yīng)器即無(wú)泡曝氣膜生物反應(yīng)器 Membraneaerated biofilm reactor MABR 該技術(shù)具有傳氧效率高硝化與反硝化一體化污泥發(fā)生量小以及運(yùn)行管理方便等優(yōu)點(diǎn)是處理高需氧量廢水的一項(xiàng)新技術(shù)但目前對(duì)MABR的研究還僅處于實(shí)驗(yàn)和中試階段尚未達(dá)到大規(guī)模工業(yè)應(yīng)用的水平其裝置示意圖見(jiàn)圖1516圖15 MBR裝置示意圖圖16氧和有機(jī)質(zhì)的擴(kuò)散示意圖 3 萃取膜生物反應(yīng)器 很高濃度的鹽很大的酸堿度或者是生物難降解的有毒有機(jī)物等 時(shí)直接用生化法是不適宜的此外廢水中含有揮發(fā)性有毒物質(zhì)時(shí)如采用生化法曝氣則會(huì)發(fā)生氣提現(xiàn)象從而影響處理的穩(wěn)定性有這些情況的廢水都需要進(jìn)行預(yù)處理為了解決這些技術(shù)難題英國(guó)學(xué)者Livingston研究開(kāi)發(fā)了萃取式MBREMBRCO2H2O等無(wú)機(jī)小分子其裝置示意圖見(jiàn)圖17圖17萃取式膜生物tas等[8]人用萃取膜生物反應(yīng)器處理制藥工藝廢水 含有毒揮發(fā)性物質(zhì)如DCM 證明不論從技術(shù)角度還是從經(jīng)濟(jì)角度它都優(yōu)于這類(lèi)廢水的傳統(tǒng)處理方法像活性炭吸附法空氣清洗法氣提法等它具有很廣的應(yīng)用前景以上三種類(lèi)型的膜生物反應(yīng)器的特性比較見(jiàn)表11表11 三類(lèi)膜生物反應(yīng)器的優(yōu)缺點(diǎn)反應(yīng)器類(lèi)型 優(yōu)點(diǎn) 缺點(diǎn) 膜分離生物反應(yīng)器 占地面積小徹底去除水中的固體物質(zhì)出水無(wú)需消毒COD營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)可以在一個(gè)單元內(nèi)被去除高負(fù)荷率和低污泥產(chǎn)率流程啟動(dòng)快系統(tǒng)不受污泥膨脹的影響模塊化升級(jí)改造容易 曝氣受到限制膜易受污染膜價(jià)格高 膜曝氣生物反應(yīng)器 氧利用率高能量利用率高占地面積小氧需要量大可以在供氧時(shí)控制模塊化升級(jí)改造容易 膜易于污染基建投資大無(wú)實(shí)際工程實(shí)例工藝復(fù)雜 萃取膜生物反應(yīng)器 可以處理有毒工業(yè)廢水出水流量小模塊化升級(jí)改造容易細(xì)菌與廢水隔離 基建投資大實(shí)際工程實(shí)例工藝復(fù)雜 日本學(xué)者Yamamoto等在1989年首先開(kāi)發(fā)圖18一體式膜生物反應(yīng)器 5 分置式膜生物反應(yīng)器分置式MBR工藝 亦稱(chēng)之為交叉流MBRCMBRCrossflow Membrane BIOReactor 該運(yùn)行方式將膜與生物反應(yīng)器分開(kāi)設(shè)置生物反應(yīng)器中混合液經(jīng)抽液泵加壓提送至膜組件在壓力作用下混合液中的液相濾過(guò)膜組件而成為處理出水混合液中的不溶性成分 固形物及大分子物質(zhì)等 則被截留在膜外而成為濃縮液并通過(guò)回流系統(tǒng)返回生物反應(yīng)器其工藝流程圖見(jiàn)圖19圖19 分置示膜生物反應(yīng)器以上兩種類(lèi)型的膜生物反應(yīng)器的特性比較見(jiàn)表12表12 分置式和一體式膜生物反應(yīng)器的對(duì)比 分置式MBR 一體式MBR 主要優(yōu)點(diǎn) 運(yùn)行穩(wěn)定操作管理方便膜組件的清洗更換及增設(shè)比較容易生物反應(yīng)器與膜組件是獨(dú)立的系統(tǒng)彼此之間干擾很小膜組件可與各種生物反應(yīng)器結(jié)合構(gòu)成不同的分置式膜生物反應(yīng)器既能用于厭氧處理也能用于好氧處理 裝置簡(jiǎn)單不需循環(huán)泵只需一臺(tái)小流量的抽吸泵曝氣器和一個(gè)反應(yīng)池即可單位產(chǎn)ｈｍ3可比分置式的少30倍以上操作壓力比較小遠(yuǎn)小于分置式結(jié)構(gòu)緊湊占地少因?yàn)椴恍枰h(huán)泵所以可以避免微生物菌體的失活可以保持長(zhǎng)時(shí)間的穩(wěn)定膜通量而無(wú)需化學(xué)清洗 主要缺點(diǎn) 為了減少污染物在膜面的沉積料液流速一般要求要達(dá)到很高動(dòng)力消耗相應(yīng)也高由于膜組件置于反應(yīng)器外部需要回流泵等裝置故占地面積相對(duì)較大分置式MBR的運(yùn)行成本高遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于常規(guī)處理 單位處理能力小透水率低膜污染更為嚴(yán)重運(yùn)行不是十分穩(wěn)定操作管理上不及分置式容易 MBR技術(shù)具有許多傳統(tǒng)生物處理工藝無(wú)法企及的明顯優(yōu)勢(shì) 主要可以歸納為以下幾點(diǎn) ①固液分離效率高 遠(yuǎn)好于傳統(tǒng)的沉淀池出水水質(zhì)好可直接回用容易實(shí)現(xiàn)污水資源化②反應(yīng)器內(nèi)微生物濃度高種類(lèi)多樣泥齡長(zhǎng)對(duì)有機(jī)物的去除率高且耐沖擊負(fù)荷③生物反應(yīng)器內(nèi)微生物濃度高M(jìn)LSS為常規(guī)處理工藝的310倍因此使構(gòu)筑物體積大大縮小膜生物反應(yīng)器實(shí)現(xiàn)了反應(yīng)器泥齡SRT和水力停留時(shí)間HRT的徹底分離使設(shè)計(jì)和操作大大簡(jiǎn)化 活性污泥的組成是復(fù)雜而多變的其中包括微生物及其代謝產(chǎn)物大分子有機(jī)物小分子有機(jī)物溶解性有機(jī)物以及固體顆粒理論上講每一部分對(duì)膜污染都有貢獻(xiàn)國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)不同膜生物反應(yīng)器處理不同廢水時(shí)的膜污染情況進(jìn)行了細(xì)致深入的研究Tardieu 等人在研究好氧膜生物反應(yīng)器過(guò)程中得出結(jié)論認(rèn)為數(shù)量占優(yōu)的微生物是導(dǎo)致膜污染的主要因素而Choo等人在研究厭氧硝化液與膜通量的關(guān)系時(shí)發(fā)現(xiàn)微生物膠體在膜污染過(guò)程中起主要作用劉銳等人發(fā)現(xiàn)與傳統(tǒng)活性污泥法相比膜生物反應(yīng)器中的大分子有機(jī)物濃度明顯較高張穎等人和胡允良在研究中也發(fā)現(xiàn)在一個(gè)長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行的處理生活污水的膜生物反應(yīng)器中難降解有機(jī)物會(huì)在混合液中累積導(dǎo)致濾餅層增厚并阻塞膜孔從而縮短膜的使用壽命3控制對(duì)策①增加動(dòng)態(tài)膜采用在膜表面增加動(dòng)態(tài)膜的方法截留污染物質(zhì)形成膜垢層起到濾餅過(guò)濾的作用以減少污染物質(zhì)與膜的接觸減少膜孔堵塞情況的發(fā)生Chang等的研究結(jié)果表明膜的截留效果主要取決于膜表面的膜餅層以及凝膠層的篩濾及吸附因此動(dòng)態(tài)層截留效果越好膜孔堵塞現(xiàn)象越少Harmant等認(rèn)為凝膠層的存在截留了溶液中的顆粒物質(zhì)以及大分子物質(zhì)明顯減少了這些物質(zhì)對(duì)膜孔的堵塞②提高顆粒平均粒徑顆粒粒徑的大小是產(chǎn)生膜孔堵塞的直接原因?yàn)樵黾宇w粒平均粒徑提高膜表面對(duì)污染物質(zhì)的截留效率減少膜孔堵塞情況的發(fā)生目前采用較多的方法是添加粉末活性炭和絮凝劑Jacangelo等認(rèn)為粉末活性炭可在凝膠層上形成一個(gè)動(dòng)態(tài)層能夠吸附一部分溶解性有機(jī)物以及低分子小顆粒物質(zhì)減少膜孔堵塞羅虹等通過(guò)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)投加粉末活性炭后膜污染阻力降低了約73鄭淑平也發(fā)現(xiàn)添加活性炭可明顯減少膜孔堵塞情況的發(fā)生張永寶等通過(guò)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)氫氧化鐵絮體的混凝吸附作用可使混合液中的小膠體顆粒絮凝成較大的顆粒這使得生物鐵一體式MBR 中的污泥粒徑大于普通一體式MBR 中的污泥粒徑投加氫氧化鐵后所形成的污泥在很大程度上減輕了對(duì)膜孔的堵塞降低了膜污染 ③優(yōu)化操作方式當(dāng)膜通量控制在臨界膜通量下操作時(shí)可極大地減少膜污染避免膜孔堵塞延長(zhǎng)膜的使用壽命采用間歇方式出水或壓力遞增模式出水也可減少膜污染合理曝氣可產(chǎn)生紊流清洗膜表面和阻止污泥聚集就能保持膜通量穩(wěn)定膜孔堵塞減弱④其他方法采用膜清洗選用抗污染膜等都能在一定程度上減少膜孔堵塞現(xiàn)象的發(fā)生定時(shí)進(jìn)行膜清洗 如反沖洗超聲波清洗等 對(duì)恢復(fù)膜通量都有明顯的作用對(duì)減少膜污染膜孔堵塞疏通膜孔有幫助 膜生物反應(yīng)器的研究應(yīng)用進(jìn)展1膜生物反應(yīng)器的發(fā)展進(jìn)程國(guó)外有專(zhuān)家把膜技術(shù)的發(fā)展稱(chēng)為第三次工業(yè)革命作為21世紀(jì)最有前途的高新技術(shù)之一在1966年美國(guó)的Dorroliver公司首先將MBR 用于廢水處理的研究1968年Smith等將好氧活性污泥法與超濾膜相結(jié)合的MBR 用于處理城市污水1969年Budd等的分離式MBR技術(shù)獲得了美國(guó)專(zhuān)利70年代初期好氧分離式MBR處理城市污水的試驗(yàn)規(guī)模進(jìn)一步擴(kuò)大同時(shí)厭氧MBR研究也相繼開(kāi)始進(jìn)行1978年Grethlien等進(jìn)行了厭氧MBR處理生活污水的研究70年代后日本由于污水再生利用的需要 MBR 的研究工作有了較快的進(jìn)展自1983年到1987年日本有13家公司使用好氧MBR處理大樓廢水處理后的水做中水回用處理水量達(dá)50～250m3d日本1985年開(kāi)始的水綜合再生利用系統(tǒng)在90 年代計(jì)劃把MBR 研究在污水處理對(duì)象與規(guī)模上都大大推進(jìn)一步日本在該項(xiàng)計(jì)劃中對(duì)厭氧MBR作了較系統(tǒng)的研究研制了酒精發(fā)酵廢水造紙廠廢水蛋白工廠廢水城市污水淀粉廠廢水等7類(lèi)污水的MBR處理系統(tǒng)2國(guó)內(nèi)膜生物反應(yīng)器的發(fā)展進(jìn)程MBR在我國(guó)水處理的應(yīng)用研究首先從分離式MBR開(kāi)始1993年中國(guó)科學(xué)院生態(tài)環(huán)境研究中心王菊思啟動(dòng)MBR的研究同年上海華東理工大學(xué)環(huán)境工程研究所進(jìn)行了MBR處理人工合成污水和制藥廢水的可行性研究1995年樊耀波將MBR用于石油化工污水凈化的研究 研制出一套實(shí)驗(yàn)室規(guī)模的好氧分離式MBR1997年中國(guó)科學(xué)院生態(tài)環(huán)境研究中心開(kāi)始了穿流式MBR 的研究工作清華大學(xué)等高校開(kāi)展了分離式MBR 和一體式MBR的研究MBR的研究對(duì)象從生活污水?dāng)U展到工業(yè)廢水生物反應(yīng)器從活性污泥法擴(kuò)展到接觸氧化法生物處理流程從好氧發(fā)展到厭氧并且對(duì)不同污水的處理效果和系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行操作條件的優(yōu)化進(jìn)行了研究14 本文研究目的和研究?jī)?nèi)容 研究目的本研究本研究的主要目的將式膜生物反應(yīng)器與射流曝氣相結(jié)組成一種新型膜生物反應(yīng)器并在規(guī)模進(jìn)行相關(guān)試驗(yàn)研究從處理效果膜污染防治運(yùn)行管理運(yùn)行費(fèi)用等方面與目前應(yīng)用的膜生物反應(yīng)器進(jìn)行比較進(jìn)一步完善改進(jìn)措施摸索改進(jìn)膜生物反應(yīng)器的設(shè)計(jì)運(yùn)行參數(shù)為中試設(shè)備的設(shè)計(jì)提供依據(jù)以便形成一套具有較大推廣應(yīng)用價(jià)值的新型膜生物反應(yīng)器 研究意義本研究的意義本研究針對(duì)現(xiàn)有膜生物反應(yīng)器存在的問(wèn)題提出一種新型的膜生物反應(yīng)器該反應(yīng)器利用式膜生物反應(yīng)器高比例回流的動(dòng)力形成射流曝氣為反應(yīng)器充氧能有效提高氧的傳質(zhì)速率氧傳遞效率和利用速率較現(xiàn)有分置式和一體式膜生物反應(yīng)器高運(yùn)行管理更為方便具有較好的推廣應(yīng)用價(jià)值 研究?jī)?nèi)容本項(xiàng)目采用缺氧好氧MBR組合工藝對(duì)污水的處理進(jìn)行試驗(yàn)研究本試驗(yàn)采用射流曝氣提高氧的傳遞效率和利用率采用組件可大大高膜通量而使投資成本降低需要真空抽吸本究所采用的設(shè)備數(shù)量少運(yùn)行管理方便研究該工藝處理污水的效果及其膜污染的情況本研究采用式膜生物反應(yīng)器的形式反應(yīng)分為氧和氧進(jìn)水泵連續(xù)抽水進(jìn)入的水位高于氧混合液自由跌水的方式連續(xù)進(jìn)入氧氧好氧的混合液入膜組件并回流至利用射流器強(qiáng)大的吸氣能力為好氧區(qū)曝氣試驗(yàn)采用的工藝見(jiàn)圖圖試驗(yàn)工藝流程圖射流曝氣顯著增加表面錯(cuò)流速度有利于在膜組件表面形成較好的紊動(dòng)而大大延緩膜污染的形成提高氧的傳遞效率和利用速率強(qiáng)化硝化效果優(yōu)化脫氮效率采用管式中空膜組件可大大提高膜通量而使投資成本降低可實(shí)現(xiàn)外壓出水而不需要真空抽吸可滿(mǎn)足曝氣要求而不需要鼓風(fēng)機(jī)采用的設(shè)備數(shù)量少運(yùn)行管理較為方便具有的優(yōu)點(diǎn)本研究的技術(shù)路線圖圖 技術(shù)路線圖21 AAO實(shí)驗(yàn)裝置脫氮除磷 AAO法基本工藝原理