膜生物反應(yīng)器(MBR)已經(jīng)引起了廣泛的關(guān)注，是近年來污水處理及回用領(lǐng)域的新技術(shù)之一。綜述了膜生物反應(yīng)器水處理技術(shù)在國內(nèi)外的應(yīng)用及研究進(jìn)展，分析了膜組件性能、混合液特性與操作參數(shù)等方面對膜污染形成的影響，指出了預(yù)防和控制膜污染的措施，其中包括膜組件自身優(yōu)化設(shè)計(jì)、改善工藝運(yùn)行條件及其膜污染的清洗，最后展望了膜生物反應(yīng)器技術(shù)的前景。
1、MBR技術(shù)在國內(nèi)污水處理中的研究及應(yīng)用
我國對膜生物反應(yīng)器的研究發(fā)展速度很快。1991年對膜生物反應(yīng)器的應(yīng)用進(jìn)行的綜述，介紹了MBR在日本的研究狀況，這是我國學(xué)者對膜生物反應(yīng)器做的較早的報(bào)道。隨后，眾多學(xué)者進(jìn)行了中空纖維超濾膜在生物技術(shù)中的應(yīng)用研究。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MBR。
雖然，我國在MBR技術(shù)的研究探討方面取得了顯著的成績，但是同日本、英國、美國等國家相比，我國的研究試驗(yàn)水平還比較落后，由于國產(chǎn)膜組件的種類較少，膜質(zhì)量較差，壽命通常較短，因此在實(shí)際應(yīng)用中存在一定的問題。雖然在我國膜生物反應(yīng)器用于處理生活污水已有應(yīng)用，但到目前為止，設(shè)計(jì)完善、運(yùn)行良好的應(yīng)用膜生物反應(yīng)器的生活污水處理廠還未見報(bào)道。
2.MBR工藝的分類
膜生物反應(yīng)器主要是由膜組件和生物反應(yīng)器的兩個部分的組成。基于膜組件與生物反應(yīng)器的組合方式可將膜生物反應(yīng)器分為以下三種類型:分置式膜生物反應(yīng)器、一體式膜生物反應(yīng)器和復(fù)合式膜生物反應(yīng)器。
2.1 分置式膜生物反應(yīng)器
分置式膜生物反應(yīng)器是指膜組件與生物反應(yīng)器分開設(shè)置，相對獨(dú)立，膜組件與生物反應(yīng)器通過泵與管路相連接。分置式膜生物反應(yīng)器的工藝流程如圖1所示。
該工藝膜組件和生物反應(yīng)器各自分開，獨(dú)立運(yùn)行，因而相互干擾較小，易于調(diào)節(jié)控制，而且，膜組件置于生物反應(yīng)器之外，更易于清洗更換。但其動力消耗較大，加壓泵提供較高的壓力，造成膜表面高速錯流，延緩膜污染，這是其動力費(fèi)用大的原因，每噸出水的能耗為2～10kWh，約是傳統(tǒng)活性污泥法能耗的10～20倍，因此能耗較低的一體式膜生物反應(yīng)器的研究逐漸得到了人們的重視。
2.2 一體式膜生物反應(yīng)器
一體式膜生物反應(yīng)器起源于日本，主要用于處理生活污水，近幾年，一些歐洲國家也熱衷于研究和應(yīng)用。一體式膜生物反應(yīng)器是將膜組件直接放置在生物反應(yīng)器中，有時又稱為淹沒式膜生物反應(yīng)器(SMBR)，依靠重力或水泵抽吸產(chǎn)生的負(fù)壓或真空泵作為出水動力。一體式膜生物反應(yīng)器工藝流程如圖2所示。該工藝由于膜組件置于生物反應(yīng)器之中，減少了處理系統(tǒng)的占地面積，而且該工藝用抽吸泵或真空泵抽吸出水，動力消耗費(fèi)用遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于分置式膜生物反應(yīng)器，每噸出水的動力消耗約是分置式的1/10。如果采用重力出水，則可*節(jié)省這部分費(fèi)用。但由于膜組件浸沒在生物反應(yīng)器的混合液中，污染較快，而且清洗起來較為麻煩，需要將膜組件從反應(yīng)器中取出。
2.3 復(fù)合式膜生物反應(yīng)器
復(fù)合式膜生物反應(yīng)器也是將膜組件置于生物反應(yīng)器之中，通過重力或負(fù)壓出水，但生物反應(yīng)器的型式不同#復(fù)合式MBR，是在生物反應(yīng)器中安裝填料，形成復(fù)合式處理系統(tǒng)，其工藝流程如圖3所示。
在復(fù)合式膜生物反應(yīng)器中安裝填料的目的有兩個：一是提高處理系統(tǒng)的抗沖擊負(fù)荷，保證系統(tǒng)的處理效果；二是降低反應(yīng)器中懸浮性活性污泥濃度，減小膜污染的程度，保證較高的膜通量。
復(fù)合式膜生物反應(yīng)器中，由于填料上附著生長著大量微生物，能夠保證系統(tǒng)具有較高的處理效果并有抵抗沖擊負(fù)荷的能力，同時又不會使反應(yīng)器內(nèi)懸浮污泥濃度過高，影響膜通量。
3 MBR工藝的特點(diǎn)
3.1 對污染物的去除效率高
MBR對懸浮固體(SS)濃度和濁度有著非常良好的去除效果。由于膜組件的膜孔徑非常小，可將生物反應(yīng)器內(nèi)全部的懸浮物和污泥都截留下來，其固液分離效果要遠(yuǎn)遠(yuǎn)好于二沉池，MBR對SS的去除率在99%以上；濁度的去除率也在90%以上，出水濁度與自來水相近。
由于膜組件的高效截留作用，將全部的活性污泥都截留在反應(yīng)器內(nèi)，使得反應(yīng)器內(nèi)的污泥濃度可達(dá)到較高水平，zui高可達(dá)40~50g/L。這樣，就大大降低了生物反應(yīng)器內(nèi)的污泥負(fù)荷，提高了MBR對有機(jī)物的去除效率，對生活污水COD的平均去除率在94%以上，BOD的平均去除率在96%以上。
同時，由于膜組件的分離作用，使得生物反應(yīng)器中的水力停留時間(HRT)和污泥停留時間(SRT)是*分開的，這樣就可以使生長緩慢、世代時間較長的微生物(如硝化細(xì)菌)也能在反應(yīng)器中生存下來，保證了MBR除具有高效降解有機(jī)物的作用外，還具有良好的硝化作用。研究表明，MBR在處理生活污水時，對氨氮的去除率平均在98%以上，出水氨氮濃度低于1mg/L。
此外，選擇合適孔徑的膜組件后，MBR對細(xì)菌和病毒也有著較好的去除效果，這樣就可以省去傳統(tǒng)處理工藝中的消毒工藝，大大簡化了工藝流程。
另外，在DO濃度較低時，在菌膠團(tuán)內(nèi)部存在缺氧或厭氧區(qū)，為反硝化創(chuàng)造了條件。僅采用好氧MBR工藝，雖然對TP的去除效率不高，但如果將其與厭氧進(jìn)行組合，則可大大提高TP的去除率。研究表明，采用A/O復(fù)合式MBR工藝，對TP的去除率可達(dá)70%以上。
3.2 具有較大的靈活性和實(shí)用性
在城市污水或工業(yè)廢水處理中，傳統(tǒng)的處理工藝(格柵+沉砂池+初沉池+曝氣池+二沉池+消毒池)流程較長，占地面積大，而出水水質(zhì)又不能保證。而MBR工藝(篩網(wǎng)過濾+MBR)則因流程短、占地面積小、處理水量靈活等特點(diǎn)，而呈現(xiàn)出明顯優(yōu)勢。MBR的出水量根據(jù)實(shí)際情況，只需增減膜組件的片數(shù)就可完成產(chǎn)水量調(diào)整，非常簡單、方便。
對于傳統(tǒng)的活性污泥法工藝中出現(xiàn)的污泥膨脹現(xiàn)象，MBR由于不用二沉池進(jìn)行固液分離，可以輕松解決。這樣，就大大減輕了管理操作的復(fù)雜程度，使優(yōu)質(zhì)、穩(wěn)定的出水成為可能。
同時，MBR工藝非常易于實(shí)現(xiàn)自動控制，提高了污水處理的自動化水平。
3.3 解決了剩余污泥處置難的問題
剩余污泥的處置問題，是污水處理廠運(yùn)行好壞的關(guān)鍵問題之一。MBR工藝中，污泥負(fù)荷非常低，反應(yīng)器內(nèi)營養(yǎng)物質(zhì)相對缺乏，微生物處在內(nèi)源呼吸區(qū)，污泥產(chǎn)率低，因而使得剩余污泥的產(chǎn)生量很少，SRT得到延長，排除的剩余污泥濃度大，可不用進(jìn)行污泥濃縮，而直接進(jìn)行脫水，這就大大節(jié)省了污泥處理的費(fèi)用。有研究得出，在處理生活污水時，MBRzuijia的排泥時間在35d左右。
由上述可知，MBR工藝所具有的*性，是目前其他處理工藝無法bini的#該工藝在城市污水或生活污水處理、高濃度有機(jī)廢水、難降解有機(jī)廢水以及中水回用等方面都具有廣闊的應(yīng)用前景。
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