MBR在污水處理與回用工藝中的應用
發布時間：2016-04-02 20:04:56 人氣：0
生(sheng)物(wu)反應(ying)器(qi)（MBR）已經引(yin)起(qi)了(le)廣泛的(de)關注，是近年來污(wu)(wu)水處理(li)及回用(yong)領域的(de)新技術(shu)之一(yi)。綜述了(le)膜(mo)生(sheng)物(wu)反應(ying)器(qi)水處理(li)技術(shu)在國(guo)內外(wai)的(de)應(ying)用(yong)及研究進展(zhan),分析了(le)膜(mo)組件(jian)性(xing)能、混合液(ye)特性(xing)與操作參數等(deng)方面對膜(mo)污(wu)(wu)染(ran)形成(cheng)的(de)影響,指出了(le)預防和控制膜(mo)污(wu)(wu)染(ran)的(de)措施,其中包括膜(mo)組件(jian)自(zi)身優化設計、改善(shan)工藝(yi)運行條(tiao)件(jian)及其膜(mo)污(wu)(wu)染(ran)的(de)清洗,最后展(zhan)望(wang)了(le)膜(mo)生(sheng)物(wu)反應(ying)器(qi)技術(shu)的(de)前景(jing)。
1、MBR技術在國(guo)內(nei)污水(shui)處理中的研(yan)究及應用
我國(guo)對膜生物(wu)反應(ying)器的(de)(de)研(yan)究發展速(su)度很快(kuai)。1991年(nian)對膜生物(wu)反應(ying)器的(de)(de)應(ying)用進(jin)行的(de)(de)綜述,介紹了MBR在日本的(de)(de)研(yan)究狀況(kuang),這是我國(guo)學者(zhe)對膜生物(wu)反應(ying)器做的(de)(de)較早的(de)(de)報道。隨(sui)后,眾多學者(zhe)進(jin)行了中空(kong)纖維超濾膜在生物(wu)技術中的(de)(de)應(ying)用研(yan)究。1995年(nian),樊耀波(bo)將MBR用于石(shi)油化工污水凈化的(de)(de)研(yan)究,研(yan)制出一套實驗室規(gui)模的(de)(de)好氧分離式MBR。
從1995年以來,我國(guo)對(dui)(dui)膜(mo)生(sheng)物反(fan)應器污(wu)水(shui)(shui)(shui)處(chu)理技術的(de)(de)研究(jiu)工(gong)作(zuo)開始全(quan)面展開,多家科研院(yuan)所(suo)進(jin)(jin)行(xing)了此方面的(de)(de)研究(jiu),清華(hua)大(da)(da)(da)學(xue)(xue)、哈(ha)爾濱工(gong)業大(da)(da)(da)學(xue)(xue)、中(zhong)(zhong)國(guo)科學(xue)(xue)院(yuan)生(sheng)態環境(jing)研究(jiu)中(zhong)(zhong)心、天津大(da)(da)(da)學(xue)(xue)、同(tong)濟大(da)(da)(da)學(xue)(xue)等對(dui)(dui)膜(mo)生(sheng)物反(fan)應器的(de)(de)運行(xing)特性、膜(mo)通量的(de)(de)影(ying)響因素、膜(mo)污(wu)染的(de)(de)防止與清洗等方面做了大(da)(da)(da)量細致的(de)(de)研究(jiu)工(gong)作(zuo)。2000年,顧平(ping)采用國(guo)產中(zhong)(zhong)空纖(xian)維膜(mo)對(dui)(dui)生(sheng)活(huo)污(wu)水(shui)(shui)(shui)做了中(zhong)(zhong)試規模的(de)(de)MBR研究(jiu),結果表明(ming)：MBR工(gong)藝出水(shui)(shui)(shui)懸浮物為零,細菌總數(shu)優于飲用水(shui)(shui)(shui)標準,COD和氨氮(dan)的(de)(de)去(qu)除(chu)率都高于95%,出水(shui)(shui)(shui)可直接回用。2001年,張立秋等對(dui)(dui)一體(ti)式(shi)MBR處(chu)理生(sheng)活(huo)污(wu)水(shui)(shui)(shui)的(de)(de)主要設(she)計參數(shu)HRT、SRT等進(jin)(jin)行(xing)了理論推導,為實際工(gong)程設(she)計提供了參考,并對(dui)(dui)膜(mo)堵(du)塞(sai)機理進(jin)(jin)行(xing)了深(shen)入研究(jiu)探討,提出了膜(mo)內部生(sheng)物堵(du)塞(sai)的(de)(de)存在。
雖(sui)然,我國(guo)(guo)(guo)在(zai)(zai)(zai)(zai)MBR技術的研究探討方(fang)面取得了顯(xian)著的成績,但(dan)是同日本、英國(guo)(guo)(guo)、美國(guo)(guo)(guo)等(deng)國(guo)(guo)(guo)家相比,我國(guo)(guo)(guo)的研究試(shi)驗水(shui)(shui)平還(huan)比較落后,由于國(guo)(guo)(guo)產膜組件的種類(lei)較少,膜質量較差,壽命通常較短,因(yin)此(ci)在(zai)(zai)(zai)(zai)實際應(ying)用中存在(zai)(zai)(zai)(zai)一定(ding)的問題。雖(sui)然在(zai)(zai)(zai)(zai)我國(guo)(guo)(guo)膜生物(wu)反(fan)應(ying)器用于處(chu)理生活(huo)污水(shui)(shui)已有應(ying)用,但(dan)到(dao)目前為止,設(she)計完(wan)善、運(yun)行良好的應(ying)用膜生物(wu)反(fan)應(ying)器的生活(huo)污水(shui)(shui)處(chu)理廠(chang)還(huan)未見報道。
2.MBR工藝的(de)分類
膜(mo)生(sheng)(sheng)(sheng)物反(fan)(fan)應(ying)(ying)器(qi)主要是由膜(mo)組(zu)件(jian)和生(sheng)(sheng)(sheng)物反(fan)(fan)應(ying)(ying)器(qi)的(de)兩個部(bu)分(fen)的(de)組(zu)成。基于膜(mo)組(zu)件(jian)與生(sheng)(sheng)(sheng)物反(fan)(fan)應(ying)(ying)器(qi)的(de)組(zu)合方式可(ke)將膜(mo)生(sheng)(sheng)(sheng)物反(fan)(fan)應(ying)(ying)器(qi)分(fen)為以下三種類(lei)型:分(fen)置式膜(mo)生(sheng)(sheng)(sheng)物反(fan)(fan)應(ying)(ying)器(qi)、一體式膜(mo)生(sheng)(sheng)(sheng)物反(fan)(fan)應(ying)(ying)器(qi)和復合式膜(mo)生(sheng)(sheng)(sheng)物反(fan)(fan)應(ying)(ying)器(qi)。
2.1 分(fen)置(zhi)式膜生物反應器
分(fen)置(zhi)式(shi)膜生(sheng)物(wu)(wu)反(fan)(fan)應器(qi)是(shi)指膜組件與生(sheng)物(wu)(wu)反(fan)(fan)應器(qi)分(fen)開(kai)設置(zhi),相對獨立,膜組件與生(sheng)物(wu)(wu)反(fan)(fan)應器(qi)通過泵(beng)與管路(lu)相連(lian)接。
該工藝膜組(zu)件和生物反應器各自(zi)分開,獨立運行(xing),因而(er)相互(hu)干擾較(jiao)小,易(yi)于調節控制,而(er)且,膜組(zu)件置(zhi)于生物反應器之外,更易(yi)于清洗更換。但其動力(li)消耗(hao)較(jiao)大(da),加(jia)壓泵提供較(jiao)高的(de)(de)(de)壓力(li),造成(cheng)膜表(biao)面高速錯流(liu),延緩膜污(wu)(wu)染,這是(shi)其動力(li)費(fei)用大(da)的(de)(de)(de)原因,每(mei)噸出水的(de)(de)(de)能(neng)(neng)耗(hao)為(wei)2～10kWh,約是(shi)傳統活性污(wu)(wu)泥法(fa)能(neng)(neng)耗(hao)的(de)(de)(de)10～20倍,因此能(neng)(neng)耗(hao)較(jiao)低的(de)(de)(de)一體式(shi)膜生物反應器的(de)(de)(de)研究(jiu)逐漸得到了人們(men)的(de)(de)(de)重(zhong)視。
2.2 一體(ti)式膜生物反應器
一體(ti)式(shi)(shi)膜(mo)(mo)生(sheng)(sheng)(sheng)物反(fan)(fan)(fan)應(ying)器(qi)(qi)(qi)起(qi)源于(yu)(yu)日本，主要用(yong)于(yu)(yu)處理生(sheng)(sheng)(sheng)活污水，近幾年，一些歐洲(zhou)國家也熱衷于(yu)(yu)研究和應(ying)用(yong)。一體(ti)式(shi)(shi)膜(mo)(mo)生(sheng)(sheng)(sheng)物反(fan)(fan)(fan)應(ying)器(qi)(qi)(qi)是(shi)將膜(mo)(mo)組(zu)(zu)件(jian)(jian)(jian)直接(jie)放置在(zai)生(sheng)(sheng)(sheng)物反(fan)(fan)(fan)應(ying)器(qi)(qi)(qi)中，有時又稱為淹(yan)沒(mei)(mei)式(shi)(shi)膜(mo)(mo)生(sheng)(sheng)(sheng)物反(fan)(fan)(fan)應(ying)器(qi)(qi)(qi)(SMBR),依(yi)靠(kao)重力或水泵抽吸(xi)產生(sheng)(sheng)(sheng)的(de)負(fu)壓或真空(kong)泵作為出水動(dong)力。一體(ti)式(shi)(shi)膜(mo)(mo)生(sheng)(sheng)(sheng)物反(fan)(fan)(fan)應(ying)器(qi)(qi)(qi)工(gong)藝(yi)流程如圖2所示(shi)。該工(gong)藝(yi)由于(yu)(yu)膜(mo)(mo)組(zu)(zu)件(jian)(jian)(jian)置于(yu)(yu)生(sheng)(sheng)(sheng)物反(fan)(fan)(fan)應(ying)器(qi)(qi)(qi)之中,減少了處理系統(tong)的(de)占地面(mian)積(ji),而(er)且該工(gong)藝(yi)用(yong)抽吸(xi)泵或真空(kong)泵抽吸(xi)出水,動(dong)力消耗費用(yong)遠(yuan)遠(yuan)低于(yu)(yu)分置式(shi)(shi)膜(mo)(mo)生(sheng)(sheng)(sheng)物反(fan)(fan)(fan)應(ying)器(qi)(qi)(qi),每(mei)噸出水的(de)動(dong)力消耗約是(shi)分置式(shi)(shi)的(de)1/10。如果采用(yong)重力出水,則(ze)可完(wan)全節省這部(bu)分費用(yong)。但由于(yu)(yu)膜(mo)(mo)組(zu)(zu)件(jian)(jian)(jian)浸沒(mei)(mei)在(zai)生(sheng)(sheng)(sheng)物反(fan)(fan)(fan)應(ying)器(qi)(qi)(qi)的(de)混合液中,污染較快,而(er)且清洗起(qi)來較為麻煩,需要將膜(mo)(mo)組(zu)(zu)件(jian)(jian)(jian)從反(fan)(fan)(fan)應(ying)器(qi)(qi)(qi)中取出。
2.3 復合式膜生物反應器(qi)
復(fu)(fu)(fu)合式(shi)膜生物反(fan)應(ying)器也是將膜組件置于(yu)生物反(fan)應(ying)器之中(zhong),通過重(zhong)力(li)或負壓(ya)出(chu)水,但生物反(fan)應(ying)器的(de)型(xing)式(shi)不同#復(fu)(fu)(fu)合式(shi)MBR,是在生物反(fan)應(ying)器中(zhong)安裝填料,形成復(fu)(fu)(fu)合式(shi)處(chu)理系統,其工藝流程如圖3所示。
在(zai)復合式膜(mo)生物反應器中(zhong)安裝填(tian)料的(de)目的(de)有(you)兩個(ge)：一(yi)是提高(gao)(gao)處理系統(tong)的(de)抗沖(chong)擊負(fu)荷,保(bao)證系統(tong)的(de)處理效果(guo);二是降(jiang)低反應器中(zhong)懸浮性活(huo)性污泥濃度(du),減小膜(mo)污染的(de)程度(du),保(bao)證較高(gao)(gao)的(de)膜(mo)通量。
復合式(shi)膜(mo)生物反應(ying)器(qi)中,由于填料上附(fu)著(zhu)(zhu)生長著(zhu)(zhu)大量(liang)微生物,能夠保證系統具有較高的(de)處理(li)效果(guo)并有抵抗沖擊負荷(he)的(de)能力(li),同時又不會使反應(ying)器(qi)內懸浮污泥濃度過高,影響(xiang)膜(mo)通(tong)量(liang)。
3 MBR工藝的特點
3.1 對(dui)污(wu)染物的去除效率(lv)高
MBR對懸(xuan)(xuan)浮固(gu)體(ti)(SS)濃度(du)和濁(zhuo)度(du)有著非(fei)常良好的去(qu)除(chu)效果。由于膜組件的膜孔徑非(fei)常小,可將生物(wu)反應器內全(quan)部的懸(xuan)(xuan)浮物(wu)和污泥都截留下來,其固(gu)液分離效果要(yao)遠遠好于二(er)沉池,MBR對SS的去(qu)除(chu)率(lv)在(zai)99%以(yi)上,甚(shen)至達到(dao)100%;濁(zhuo)度(du)的去(qu)除(chu)率(lv)也在(zai)90%以(yi)上,出水濁(zhuo)度(du)與自來水相近。
由于(yu)膜(mo)組件的高效(xiao)截(jie)留(liu)作用,將(jiang)全部的活性污(wu)泥都截(jie)留(liu)在反(fan)應器內(nei)(nei),使得反(fan)應器內(nei)(nei)的污(wu)泥濃度(du)可達到較高水平(ping),最高可達40~50g/L。這(zhe)樣,就大(da)大(da)降低(di)了生物反(fan)應器內(nei)(nei)的污(wu)泥負荷,提高了MBR對(dui)有機(ji)物的去(qu)除(chu)(chu)效(xiao)率,對(dui)生活污(wu)水COD的平(ping)均去(qu)除(chu)(chu)率在94%以上,BOD的平(ping)均去(qu)除(chu)(chu)率在96%以上。
同時(shi),由于(yu)(yu)膜(mo)組件的(de)分離作用,使(shi)得(de)生物(wu)反(fan)應器中的(de)水(shui)(shui)力停(ting)留(liu)時(shi)間(jian)(HRT)和污泥停(ting)留(liu)時(shi)間(jian)(SRT)是完(wan)全分開的(de),這樣就(jiu)可(ke)以使(shi)生長緩(huan)慢、世代時(shi)間(jian)較(jiao)長的(de)微生物(wu)(如硝化(hua)細(xi)菌)也能在(zai)(zai)反(fan)應器中生存下來,保證了(le)MBR除具有(you)高效降解有(you)機物(wu)的(de)作用外,還具有(you)良好的(de)硝化(hua)作用。研究(jiu)表明,MBR在(zai)(zai)處理生活(huo)污水(shui)(shui)時(shi),對氨氮的(de)去除率平均在(zai)(zai)98%以上,出水(shui)(shui)氨氮濃度低(di)于(yu)(yu)1mg/L。
此外,選擇合(he)適孔徑的膜組件后,MBR對細(xi)菌和病毒也有著較好的去(qu)(qu)除效果,這樣就可以省(sheng)去(qu)(qu)傳(chuan)統處理工(gong)藝中(zhong)的消毒工(gong)藝,大大簡化了工(gong)藝流(liu)程。
另外,在(zai)DO濃度較(jiao)低(di)時,在(zai)菌膠團(tuan)內(nei)部(bu)存在(zai)缺氧(yang)或厭氧(yang)區,為反硝化(hua)創造(zao)了條(tiao)件。僅采用好氧(yang)MBR工藝,雖然對(dui)TP的(de)(de)去(qu)除效率不高,但(dan)如(ru)果將其與厭氧(yang)進行(xing)組合,則可大大提高TP的(de)(de)去(qu)除率。研究表(biao)明,采用A/O復合式MBR工藝,對(dui)TP的(de)(de)去(qu)除率可達70%以上。
3.2 具有較大的靈(ling)活性(xing)和(he)實用(yong)性(xing)
在城市污水(shui)或工業(ye)廢(fei)水(shui)處理中,傳統的處理工藝(格柵+沉砂池+初沉池+曝氣池+二沉池+消毒池)流程(cheng)較長(chang),占地面積大,而(er)出(chu)(chu)水(shui)水(shui)質又不能保證。而(er)MBR工藝(篩網過濾+MBR)則因(yin)流程(cheng)短、占地面積小、處理水(shui)量(liang)靈活(huo)等特點,而(er)呈現出(chu)(chu)明(ming)顯優勢。MBR的出(chu)(chu)水(shui)量(liang)根據(ju)實際情況,只需增減膜組件的片數就(jiu)可(ke)完成產水(shui)量(liang)調整,非常簡單、方便。
對于(yu)傳統(tong)的(de)活性(xing)污泥法工(gong)藝中出(chu)現的(de)污泥膨脹現象,MBR由于(yu)不(bu)用二沉池進行固液分(fen)離,可以(yi)輕松解決。這樣(yang),就大(da)大(da)減輕了管(guan)理操(cao)作的(de)復(fu)雜程度,使優質、穩定的(de)出(chu)水成為(wei)可能。
同時,MBR工藝(yi)非常易于實現自動(dong)控(kong)制,提高了污水處理的自動(dong)化(hua)水平。
3.3 解決了剩余污泥處(chu)置難的問題
剩余污(wu)(wu)泥(ni)(ni)的(de)處(chu)置問(wen)題,是污(wu)(wu)水(shui)處(chu)理廠(chang)運行(xing)好(hao)壞的(de)關(guan)鍵問(wen)題之(zhi)一。MBR工(gong)藝中,污(wu)(wu)泥(ni)(ni)負荷非常(chang)低,反應器內營(ying)養物(wu)質(zhi)相對(dui)缺乏(fa),微生(sheng)(sheng)物(wu)處(chu)在內源呼吸區,污(wu)(wu)泥(ni)(ni)產(chan)率低,因(yin)而使得剩余污(wu)(wu)泥(ni)(ni)的(de)產(chan)生(sheng)(sheng)量(liang)很少,SRT得到延長,排除的(de)剩余污(wu)(wu)泥(ni)(ni)濃(nong)(nong)度大(da),可不(bu)用進(jin)行(xing)污(wu)(wu)泥(ni)(ni)濃(nong)(nong)縮(suo),而直接進(jin)行(xing)脫水(shui),這就大(da)大(da)節省了污(wu)(wu)泥(ni)(ni)處(chu)理的(de)費(fei)用。有研究得出,在處(chu)理生(sheng)(sheng)活污(wu)(wu)水(shui)時(shi),MBR最佳的(de)排泥(ni)(ni)時(shi)間在35d左右。
由上述可知,MBR工藝所(suo)具(ju)有的(de)(de)優越性,是目前其他(ta)處理工藝無法比擬的(de)(de)#該工藝在城(cheng)市污(wu)水(shui)或生活(huo)污(wu)水(shui)處理、高濃度有機(ji)廢水(shui)、難降解(jie)有機(ji)廢水(shui)以及中水(shui)回用等(deng)方面(mian)都具(ju)有廣闊(kuo)的(de)(de)應用前景(jing)。
