MBR处理废水技术
1、MBR工艺概述
膜生物反应器是以酶、微生物或动、植物细胞为催化剂，进行化学反应或生物转化，同时凭借超滤分离膜不断的分离出反应产物并截留催化剂而进行连续反应的装置。它最早使用于生物化工行业中的连续发酵工艺，后来被应用在城市生活污水和生物处理的工业废水处理工艺中，既克服了传统活性污泥洁本身的一些不可避免的弊病，同时又具有膜分离占地少、高效和操作方便的优点。
MBR工艺一般由膜分离组件和生物反应器二部分组成。根据膜组件的设置位置不同，分为分置式和一体式二大类。
最先出现的是分置式MBR，生物反应器内的混合液经工艺泵增压后进入膜组件，在压力作用下混合液中的水透过膜成为处理水，其余物质被膜截留并随浓缩液回流到反应器内。总体上讲，分置式MBR具有运行稳定可靠、易于操作管理、膜的清洗更换和增设容易等优点。
一体式MBR工艺是将膜组件直接安置在生物反应器中，通过工艺泵的负压抽吸作用得到膜过滤出水。由于膜浸没在反应器的混合液中，因此也称为浸没式或淹没式MBR。同分置式相比，一体式MBR具有工艺简单和运行费用低的优点，但一体式MBR在运行稳定性、操作管理和膜的清洗更换方面不及分置式。
在生物反应器内放置0.02微米的微/超滤膜，可过滤截留全部胶体污染物质与细菌、大部分病毒，并通过活性污泥消化分解污染物质，膜产水优质稳定，只需较少的消毒剂用量就能消灭剩余的病毒：如排入城市污水处理厂也将显著减轻残余消毒剂对生物处理系统的破坏作用。优越的处理性能使MBR在工程应用中取得了相当大的成绩,但要在应用中进一步提高竞争力和扩大市场份额,仍面临着诸多挑战,主要体现在以下几方面:
① 提升膜材料和膜组件。进一步开发寿命长、强度好、抗污染、价格低的膜材料,对膜组件的研究应朝着处理能力大、能耗低的方向发展。
② 膜污染及其控制策略。利用分子生物学、显微可视化方法等深入研究膜污染机理,探索更为有效、简便的方法以控制和减缓膜污染的发生与发展。
③ MBR 的经济性。与传统工艺相比,MBR费用仍偏高,需进一步降低其能耗以增强MBR的竞争力,因此需加强对MBR经济性的研究(如能耗、清洗费用、劳动力成本等) 。
④ MBR处理规模和应用领域。扩大MBR的处理规模和应用领域,尤其是对高浓度污水和难降解废水的处理,解决MBR用于大规模工程项目中出现的新问题。
⑤ 膜组件的更换与标准化。除新建项目外,已有MBR污水处理项目中膜组件的更换,将进一步拉动MBR 市场的发展。以每年的市场增长率为10% (新建项目) 、膜组件的平均使用寿命为5 年计, 膜组件的更换最终将占到每年膜销售量的40%。为进一步降低膜的成本费用,提高MBR工艺的经济性和竞争力,有必要对MBR的膜组件进行标准化设计。
2、MBR在废水处理中的优势
2．1分离效率高
超滤膜的孔径一般0．19m左右，截留相对分子质量一般为200一2000，在一定的操作压力下，可以让水和低分子溶解物质通过它，实现混合液的泥、水分离，而不用体积庞大的二沉池，使得污水处理构筑物结构紧凑，占地面积小。同时这种膜分离几乎是一种强制的机械拦截作用，优于传统法中二沉池的自由重力沉降作用，不会因为污泥膨胀现象而导致出水水质超标或恶化。
2．2活性污泥浓度高
人们将分离工程中的膜技术应用于废水生物处理，以膜组件代替二沉池，提高了泥水分离率，几乎截留了全部活性污泥，并通过回流使其返回生物反应器，大大提高了活性污泥即微生物的浓度，从而提高了生化反应速率，而这一浓度在活性污泥法中是无法实现的。
2．3可使某些专性细菌维持其原有活性
当废水酸碱度高、盐浓度高或含难降解有机物时，因为它们对微生物有毒害作用，所以不宜用废水与微生物直接接触的方法处理，需要进行预处理或稀释。特别是当废水中含有挥发性有毒物质时，在传统的好氧生物处理中容易随曝气气流挥发，发生气提现象，处理效果不稳定。在萃取膜生物反应器中，废水与活性污泥被膜隔离开来，废水在膜腔内流动，与进水槽和出水槽相连，而含有某种专性细菌的活性污泥在膜外流动，废水与微生物不直接接触。这样可获得理想的处理效果。
2．4有利于生物反应器内硝化细菌的滞留生长
膜的分离截留作用使生长缓慢的硝化细菌大量滞留在反应器内，使膜生物反应器对NH3一N具有很高的去除效果。膜生物反应器具有超过90％的m—N去除能力，在进水m—N为20—30mg／L时，出水NH3一N含量基本都在2mg／L以下。较长的污泥龄为硝化细菌的生长繁衍提供了条件，膜对细菌的拦截作用使硝化细菌在曝气池内累积，但膜的拦截作用本身对NH3一N去除并无贡献。因m—N在水中是以水和氨离子存在，属无机小分子，可自由穿过膜的微孔。另外，污泥可提供较多的厌氧环境，有利于反硝化过程的进行。
2．5可提高系统的传氧效率
在膜生物反应器中，曝气系统所采用的膜是一种透气性膜，传质阻力小，可以在高压下运行。在该系统中，由于氧气停留在膜组件中，气体停留时间越长，分配到液相中的氧气比例越大，氧的传质效率越高；又由于氧气传质面积一定，在传统曝气系统中影响气泡大小和停留时间的因素对其没有影响，系统供氧更稳定；选择不同的膜表面积和气压，能满足生物反应器的各种需氧量。
3、影响处理效果的几个因素
3．1膜截留分子量的影响
不同膜截留分子量条件下好氧分置式膜生物工艺研究结果表明：
(1)当其它条件相同时，超滤膜截留分子量大，虽然清水通量和短期运行时膜水通量也大，但在长期运行条件下，膜表面更易出现浓差极化现象，清洗周期缩短，截留分子量对超滤膜水通量的影响逐渐减少；
(2)截留分子量高低对系统有机物去除性能影响较小；
(3)膜截留分子量不同，生物反应器内的MISS浓度也会明显不同，该现象的确切原则有待于试验研究进一步确定。
3．2溶解氧的影响
(1)膜生物反应器中，在DO为6mg／L左右，MISS为8000mg／L一9000mg／L，温度24℃，进水COD、NH3一N分别为523．700mg／L和17．24—24mg／L的条件下，对COD、NH3一N、"IN的去除率分别为98％、99％、65％，说明此时对COD、NH3一N的去除率都非常高，但对TN的去除率不是很高。
(2)DO为3 mg／L左右时，对COD、NH3一N、TN的去除率分别为96．5％、98％、75％，说明此时对COD、NH3—N的去除率仍很高。由于DO的下降，IN的去除率略有上升。
(3)DO为1 mg／L左右时，对COD、NH3一N、TN的去除率分别为96％、95％、92％，说明此时对COD、NH3一N、TN的去除率都很高，同步硝化反硝化在反应器中起到了很好的作用，这一条件为最佳条件。
(4)DO为0．5 mg／L左右时，对COD、NH3—N、TN的去除率分别为90％、70％、60％，并且对COD、NH3一N、TN的去除率很不稳定。
4、结束语
膜生物反应器在处理废水中具有独特的技术优势，特别是在废水需回用和占地有限制的场合下更是一项极具潜力的技术。膜污染是膜过程中不可避免的，但采用新型抗污染膜或采取适宜的操作方法可以减少其影响；膜劣化则是膜过程中必须避免的，采用各种新型耐酸、耐碱、耐溶剂的分离膜，严格遵守操作规范可以有效地延长膜的寿命、较大程度地避免膜的劣化现象的发生。由于受膜材料的价格、膜污染及膜组件的性能等问题的影响，要使其得到实际应用，还需做大量的工作。
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