膜生物反应器处理技术应用的研究

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1、1膜生物反应器处理技术应用的研究作者：曹玉梅 化学化工与生命科学系 化学教育 学号:20101548摘要:膜生物反应器（Membrane Bioreactor,MBR 是将膜分离技术与生物处理技术相结合的一种新型高效的污水处理技术。本文是论述膜生物反应器的种类构造基本原理和特点等方面内容，以及国内外对膜生物反应器在现代污水处理技术方面和应用的现状 【1】 。关键词 膜生物反应 器 特点 应用前言污水膜处理法与活性污泥法 【4】 并列的一种污水好氧生物处理废水的发展方向之一，其实质是通 过渗滤或过滤生物反应器进行废水好氧处理的方法。在这个系统中液体经过不同的滤床表面，滤床填料可以是石头、沙砾或塑

2、料网等，其表面附着大量微生物群落而形成一层黏液膜、及生物膜。生物膜中的微生物与废水不断接触，能吸附去除有机物以自身生长、生物膜的生物相由细菌、酵母菌、放线菌、霉菌、藻类。原生动物、后生动物以及肉眼可见的其他生物群落组成，是一个稳定平衡的生态系统、即膜状生物污泥-生物膜 【2】1 膜生物反应器的种类和特点 【3】1.1 膜生物反应器的分类根据膜的种类机器在系统中的所起的作用，一般可将膜-生物反应器分为三类;分离膜-生物反应器 曝气膜-生物反应器；萃取膜-生物反应器。根据膜组件与生物反应器的相对位置可以分为外置膜-生物反应器；浸没式-生物反应器两种。 1.1.1 外置膜-生物反应器外置膜-生物反应

3、器工艺流程 【5】 如右图:膜组件独立于反应器，彼此干扰小、 曝气并通过泵和管线连接构成系统运行稳定可靠，操作管理容易易于膜的清洗、更换及增设。膜组件可与各种不同的生物反应器结合构成构成各种不同的分离式 MBR。但外置式 MBR为了减少膜面积污染需循环泵提供较大膜面流速。同时泵的高速旋转产生剪切力对某些微生物细菌体产生失活现现象，而且一般条件下为减少污染物在膜表面的沉积，由循环泵提供的水流速都很高，为此动力消耗较大。1.1.2 浸没式-生物反应器进水出水泵膜组件 2浸没式-生物反应器如右图:是将膜组件位于反应器内部。微生物在曝气池中好氧降解有机污染物出水通过负压抽吸或利用液位差产生得到过滤液。

4、根据处理要求可分为两种组成形式：第一种有两个生物反应器，其中有一个硝化池，另一十反硝化池膜组件浸没于硝化反应器中两池之间通过泵来更新要过滤的混合液该组件方式基于以下原因：1 可以提供配套的膜和设备，便于旧系统的更新改造。2 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反硝化目的。3 便于将膜隔离进行清洗。第二种组合最简单，直接将膜件置于生物反应器内通过真空泵或其他类型的泵抽吸，得到滤液。当然根据的分类方法不同又有另外的种类，他们之间不是相互独立的而是联系的12 膜的的特点 【5】与其他污水处理工艺相比，膜生物反应器具有以下的特点：1.2.1 出水水质优良由于膜的高效分离作用，使得 M

5、BR 出水及其清澈，悬浮物和浊度几乎为零，细菌和病毒大幅度被去除。彻底的泥水分离使 MBR 污泥龄延长，污泥中增值缓慢的特殊菌群（如硝化菌等）获得稳定的生长环境，有利预提高硝化率，增强了系统对含氮的化合物的去除。包括颗粒物、胶体以及大分子物质在内的有机物均被截留在生物反应器内，增加了被微生物持降解的机会和可能性。1.2.2 占地面积小MBR 可以维持高浓度的微生物量，容积负荷较高，因而占地面积相对比传统工艺大大减小。从整个处理系统来看，MBR 不需要设置初沉池和二沉池，一般仅包括调节池、生物反应池和清水池 3 个构筑物，流程简单、结构紧凑。不受设置场所限制，适合于多种场合，可做成地面式。半地下

6、式或地下式。1.2.3 剩余污泥产量少MBR 一般都在搞容积负荷、低污泥负荷下运行，产泥量低于常规污水生物处理工艺，因而剩余污泥产量少，降低了污泥处理费用。1.2.4 运行管理方便MBR 流程简单紧凑，便于实现自动控制，从而使运行管理更为方便。而且由于膜的高效分离作用，微生物被完全截留在生物反应器内，实现了水力流停留时间与污泥龄完全分离，对生物反应器内运行状况更容易进行合理的控制。31.2.5 膜生物反应的不足膜材料价格较高，是 MBR 的基建投资高于传统污水处理工艺，制约了 MBR的大规模推广应;容易出现膜污染，膜的清洗（由其是离线的化学清洗）给操作管理带来不便：为克服膜污染，一般需用循环泵

7、或膜下曝气的方式在膜面提供一定的错流流速，造成运行耗能较高。2 国内外生物反应器的发展2.1MBR 发展和商业化的概要如下图所示：时间 事件20 世纪60 年代DORR-OLIVER 公司开发出外置式 Membrane Sewage Treatment(MST)工艺20 世纪70 年代Thetford Systemes 公司推出的外置式 Cyele-Let 工艺在美国投入商业化运行通过与 Sanki Engineering 公司的许可协议，MST 工艺进入日本20 世纪80 年代TechSep(后来 Neir ovasep O relis )的平板 Pleiade 在日本投入商业化运行 Dor

8、r-Oliver公司将膜厌氧器反应器 MARS 应用于高浓度食品废水的处理；Weir Enving 公司在南非推出厌氧硝化超滤工艺 ADUF20 世纪90 年日本建设省组织了”90 年代水复计划“（Auqa Renaissance 90 Project_,作为参与公司 之一 Kubota 研出平板膜组件：Yamamoto 将膜组件浸没到生物反应器内，开创了浸没式 MBR;Z enon 公司（2006 年被 CE 收购）收购 Thetford Systems,其 Zee Weed 技术在北美和欧洲投入商业化运行;Wehrle 的外置式管式 Biomembrat 系统投入商业化运行；Mitsubi

9、shi Rayon 基于“Sterapore的 MBR 系统投入商业化运行：Zenon 公司推出了浸没式中空纤维 ZW500 膜组件20 世纪至今US Filter(2004 年被 Siemens 收购)推出浸没式中空纤维“MemJet系统Huber 公司的真空旋转屏版 MBR 投入商业化运行；NoritX-Flow 公司外置式管式 Airlift MBRPuron(2004 年被 Koch 收购)MBR 推出浸没式中空纤维投入商业化运行；Toray 推出平板式 MBR 系统；Mitsubishi Rayon 推出浸没式中空纤维“SADF”膜组件：Asahi Kasei 退出推出浸没式中空纤维

10、 MBR2.2 中国膜生物反应起发展中国对膜生物反应器污水处理技术的研究工作起步较晚，始于上世纪 90 年代 1991 年岑运华介绍了膜生物反应在日本的研究状况，这是中国学者对膜生物反应器做得最早的报告。而后自 1993 年起清华大学环境工程系、同济大学天津大学中科院生态研究中心、哈尔滨工业大学等单位先后开展了对 MBR 的研究。处理对象大部分集中在城市生活污水的处理与日用方面，在这些科研成果的基础上 MBR 开始逐步走向应用并呈现出良好的重点推广应用前景。自 2001 年来中国科技对 MBR 污水处理工艺研究十分活跃，作为近年来国家“863和“95重点推广的技术之一。MBR 技术在中国已从实

11、验室研究过渡到实际的工程应用。3 膜生物反应器的研究发展方向3.1 开发低成本高性能的耐污染的通量膜开发新型 MBR【 6】 提升膜材料和膜组件。需要进一步开发寿命长、强度好、抗污染、价格低的膜材料。膜组件的研究应朝处理能力大、耗能低的方向发展。特别是中国的膜材料需要加强研究，目前在中国市场应用较多的还是国外膜材料。利用分子生4物学、显微可视化方法等研究膜污染机理。目前最新研究成果有很多，他们提出了很多改进工艺，以获得更好的污染物去除效果。列如;3.1.1 复合 MBR复合 MBR 是将生物膜法或生物接解氧化发与活性污泥法结合而构成的复合生物反应器(HBR) 与膜分离技术的联用工艺。复合 MB

12、R 可以提高系统运行稳定性，因其生物量中悬浮微生物的减少而有利于减缓膜污染的发展，还可提高出水水质。3.1.2 厌氧 MBR厌氧 MBR 将厌氧生物处理技术与膜分离相结合，从而克服了没有选择性的污泥回流系统，和污泥浓度和负荷的限制等缺点。由于反应器中缺少空气的檫洗，必须通过水泵的错流循环来改善污染状况。3.1.3 好氧颗粒污泥 MBR【7 】好氧颗粒污泥 MBR 具有良好的沉降性能、较高的生物量、和高容积负荷条件下降解高浓度有机物水。3.1.4 强化 MBR 脱氮除磷MBR 克服了传统活性污泥工艺中存在的污泥膨胀，减少了因污泥膨胀而导致的脱氮除磷崩溃的风险。膜对微生物的完全截流提高了硝酸菌和聚

13、磷菌的总量，从而强化系统的脱氮能力和除磷效果。3.1.5 投加基因工程菌 MBR基因工程菌（GEM）将 GEM 投加于 MBR 工艺中，由于膜对 GEM 的高效截流作用，有利于保持 GEM 的种群优势，改善生物强化稳定性，提高系统对污水中难降解有机物的去除效果。3.2 确定 MBR 设计和操作参数3.2.1MBR 的设计和运行维护 良好的设计和维护管理对 MBR 的长期稳定运行有着至关重要的影响。在 MBR污水处理系统的设计和运行维护中需要注意以下事项; 选择妥善的预处理措施，包括除油、沉沙、细格栅过滤等，这点在工业废水中显得尤为重要，直接影响 MBR 系统的运行成败。 预处理可以减少 MBR

14、 的负荷，从而有助于降低曝气能耗，但这样会增加占地面积。 除非可以确保曝气头不会发生堵塞，否则设计中必须采取曝气头清洗措施 对浸没式 MBR 而言，系统的设计、膜组件的摆放受到生化池的形状和大小限制;外置式 MBR 则不受这种限制。5 由于需要更多的曝气量，MBR 曝气池中易出现泡沫，因此需要采取必要的泡沫消除措施。 相对于传统活性污泥法处理工艺，MBR 剩余污泥的沉降性和重力浓缩效果差，因此在污泥处置时需要特别考虑。3.2.2MBR 的经济可行性MBR 的经济性取决于可获得的膜通量，而膜通量取决于在适当能耗下（通常=1KW.h/m3 产水）对膜污染有效控制。随着气提等膜污染控制技术的不断发展

15、，MBR 的运行能耗显著降低。在城市污水处理中，内置式 MBR 的耗能为（0.60.8）KW.h/m3 产水，甚至更低。外置式 MBR 的运行耗能为（0.81.0）KW.h/m3 产水。32.3 膜污染的控制提高膜的性能 MBR 目前大多曹勇经过亲水化处理的疏水性有机膜。 优化运行条件 MBR 大多采用恒通量的运行模式；间歇式曝气可以有效的控制膜污染； 调控活性污泥混合型的特征 投加吸附剂;投加混泥剂。结论在过去的 5 年10 年中，MBR 正以更快的速度发展。直到 2005 年底最大的 MBR处理规模达到 50000m3/d,并有越来越多的研究机构和相关公司参与进来 ，特别是在中国和东南亚等

16、地区，它提供了更多的工程案例可以参考，如膜的使用寿命和运行经验等方面。一系列的工艺改进提高了 MBR 的可靠性同时简化了膜组件的构造，降低了运行维护费用，提高了环境保护的力度。MBR 已经成功应用于食品、啤酒、化石、屠宰、医药、垃圾渗滤等工业废水的处理，因此，MBR工艺变得更加有竞争力，而未来的市场份额将会持续增加。参考文献【1】 环境科学与管理M 第 35 卷 7 期 2010 年 7 月膜生物反应器处理技术的研究现状J【2】 生物技术概论 第二版 科学出版社 第十一章 第五节【3】 陈观文、徐平等分离膜应用于工程案例分析 国防工业出版社 91102【4】 林哲等膜分离活性污泥法的研究J 城市环境与城市生态 1994