膜生物反应器在废水处理中的应用

第33卷第6期辽 宁 化 工V ol.33,N o.6 2004年6月Liaoning Chemical Industry June,2004膜生物反应器在废水处理中的应用

单学敏,孙咏红,田　妍

(大连铁道学院环境科学与工程系,辽宁大连116028)

摘 要:　膜生物反应器(Membrane Bio-Reactor,M BR)是一种传统活性污泥法的改进技术,它应用

于给水和废水处理的研究发展过程。介绍了膜生物反应器的发展状况、结构形式、优点和应用领域。

关　键　词:　膜生物反应器;废水处理;应用

中图分类号:　T Q052 文献标识码:　A 文章编号:　10040935(2004)06035604

膜生物反应器(Membrane Bio-Reactor,M BR)是由生物处理系统和膜分离组件组合而成的一种新型高效的污水处理与资源化工艺。生物处理系统和膜分离组件的有机结合,使它与传统的废水生物处理方法相比有很大的优越性[1～4]。

1　发展现状

膜与生物处理工艺结合的膜生物反应器已有30多年了,M BR的商业应用也有20年的历史。膜生物反应器最早出现在酶制剂工业中,Blatt等在1965年提出了用膜分离技术进行微生物浓缩[5]。1968年Wang等成功地运用膜生物反应器制取酶制剂,从那以后膜生物反应器在酶制剂工业中应用研究不断发展[6]。1969年,美国的Smith 首次报道了美国的D orr-Oliver公司把活性污泥法和超滤工艺结合处理城市污水的方法。该工艺最引人注目的是用膜分离技术取代常规的活性污泥二沉池,用膜分离技术作为处理单元来富集生物,而不是采用常规的回流循环来增加曝气中微生物的浓度[7～9]。1972年Shelf等人开始了厌氧性的膜生物反应器的研究工作[7]。在我国无锡酶制剂厂,1984年开始使用膜生物反应器技术制取糖化酶[10]。

2　技术原理及去污特性

M BR工艺一般由膜分离组件和生物反应器组成,由膜组件代替二次沉淀池进行固液分离。截流的污泥回流至生物反应器中,透过水外排。由于膜能将全部的生物量截留在反应器内,可以获得长泥龄和高悬浮固体浓度,有利于生长缓慢的固氮菌和硝化菌的增值,不需进行延长曝气就能实现同步硝化和反硝化,成功的除氮,从而强化了活性污泥的硝化能力。膜分离还能维持较低的F/M值,使剩余污泥产率远小于活性污泥工艺,且系统运行更加的灵活和稳定[11]。

使用膜生物反应器进行处理是一种特别有效的方法。它可以保持微生物的含量处于一个最佳的浓度,反应速度快,即使污水中的BOD、C OD的含量高达10000mg/L,也可以达到很好的处理效果。当进水浓度突然增加时,生物反应器对C OD 的平均去除率也能超过90%,也不会影响它的处理效果。对BOD、C OD的去除率一般在80%～90 %之间,NH3-N的去除率达90%,对磷也有较好的去处效果,而且易于除去水中的有机物、病毒和细菌,出水的浊度低,处理出水易于回用。

2.1　对有机物的去除特性及机理

2.1.1　对有机物的去除机理

M BR对有机物的去除效果来自两个方面:一方面是生物反应器对有机物的降解作用,M BR系统中生物降解作用增强;另一方面是膜对有机大分子物质的截留作用,大分子物质被截留在生物反应器内,获得比传统活性污泥法更多与微生物

收稿日期:　2004203222

作者简介:　单学敏(1979-),女,在读硕士生。

接触反应的时间,并有助于某些专性微生物的培养,提高有机物的去除率。

2.1.2　含碳有机物的去除特性

(1)去除率高,一般大于90%,出水达到回用的标准;

(2)污泥负荷(F/M)低;

(3)所需水力停留时间(HRT)短,容积负荷高;抗冲击负荷能力强。

2.2　M BR对含氮化合物的去除特性

(1)M BR工艺由于泥龄长,而且溶解氧充足,有利于硝化菌的生长,对NH3-N的去除效果非常好,多数情况下出水NH3-N低于1mg/L,去除率大于90%;

(2)传统的两级缺氧-好氧M BR工艺对T N 的去除效率多数在60%～80%之间;

(3)间歇曝气M BR脱氮工艺对T N的去除率达于80%,说明改进型脱氮工艺效果更好;

④某些单一的好氧硝化过程同时可实现反硝化作用,并对T N的去除率为40%～60%,说明M BR工艺具有一定程度的同时硝化和反硝化作用。

2.3　M BR对磷的去除特性

生物法除磷主要通过聚磷菌过量从外部摄取磷,并将其以聚合态储藏在体内,形成高磷污泥,排出系统,从而达到除磷的效果。泥龄短的系统由于剩余污泥量较多,可以取得较高的除磷效果。但在M BR系统中,高的污泥龄不利于对磷的去除作用,因此在M BR工艺中常常采用投加絮凝剂以共沉淀的模式来提高对磷的去除效果。

2.4　M BR对细菌和病毒的去除特性

传统的城市和生活污水处理出水必须经过消毒工艺,一般的消毒方法是加氯和超强度光辐射。然而,加氯消毒会产生致癌物,对人体有害,而且具有一定的臭气负荷,紫外线杀菌对粪便大肠杆菌的去除较差。而膜生物反应器中通过膜的过滤对微生物的去除比其他方法具有竞争性。在M BR对生活污水过滤过程中,由于在膜面形成了生物膜沉积层,使得膜孔径变小,从而实现了对病毒的去除。即M BR中膜面沉积层对病毒的去除起着主要的作用。这种病毒的去除机理包括:由于膜实际有效孔径的减小的物理作用,沉积层对病毒吸附的化学作用,以及沉积层中其他微生物对病毒吞噬的生物作用。出水可直接达到致病菌和病毒的排放要求。从清洁的角度讲,M BR工艺堪称消毒工艺中的一项“绿色技术”。

3　主要类型[12]

按膜组件和生物反应器的相对位置,膜分离生物反应器又可以分为一体式膜生物反应器,分置式膜生物反应器,复合式膜生物反应器3种。3.1　分置式

在分置式生物反应器(Recirculated Membrane Bio-Reactor,RM BR)中,生物反应器的混合液由泵增压后进入膜组件,在压力作用下膜过滤液成为系统处理出水,活性污泥,大分子物质等则被膜截留,并随着浓缩液回流到生物反应器内。最早使用的分置式M BR是双泵循环系统,如Cycle-Let工艺,而Z enon和G eneral M otors共同开发的Z enogem工艺则是单泵循环体系。分置式M BR如图1所示

。

图1　分置式M BR

分置式M BR通过料液循环错流运行,其特点是:运行稳定可靠,操作管理容易,易于膜的清洗,更换及增设。但为了减少污染物在膜面的沉积,由循环泵提供的料液流速高,为此动力消耗较高。

3.2　一体式膜

一体式生物反应器(Submergered Membrane Bio -Reactor,S M BR)中,根据生物处理工艺的要求,可分为两种形式:第一种有两个生物反应器,其中一个是硝化池,另一个是反硝化池。膜组件浸没于硝化反应池中,两池之间通过泵来更新要过滤的混合液。该组合方式基于以下原因:可以提供整套的膜和设备,便于旧系统的更新改造;将膜浸没池作为好氧区,而生物反应池作为缺氧区以实现硝化和反硝化的目的;便于将膜隔离进行清洗。

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