膜生物反應(yīng)器在污水處理中的應(yīng)用

 

　　在歐洲大部分國家由于國土面積小，地面水體因徑流距離較短而導(dǎo)致其自凈能力差、生態(tài)系統(tǒng)脆弱、易受污染。MBR由于其占地面積小和出水水質(zhì)優(yōu)良，在歐洲受到了相當(dāng)程度的重視，有許多污水處理廠都運用MBR工藝進行了中試規(guī)模的污水處理研究，并計劃進行工業(yè)規(guī)模的應(yīng)用。
荷蘭在處理能力為240m³/d的中試取得成功以后，正在建造處理能力為18000m³/d的MBR污水處理廠，并計劃從2003年開始建造處理能力為（6～24）×10⁴m³/d的MBR污水處理廠。
德國已經(jīng)建成5家大規(guī)模使用MBR的污水處理廠，累計處理能力為21000m³/d；另有兩家污水廠已在規(guī)劃中，其中一家位于Kaarst的污水處理廠設(shè)計服務(wù)人口為8萬人，使用膜面積總計為88000m²，預(yù)算為4600萬德國馬克，建成后將是世界上zui大的使用MBR的污水處理廠。
美國和加拿大已有許多投入運行的MBR污水處理廠取得了較好的效果。日本對于MBR的使用較為普遍，主要是用于小區(qū)污水的處理與回用及工業(yè)（如食品、飲料制造業(yè)）廢水處理。
荷蘭Xflow公司開發(fā)的MBR在生活污水和食品、林業(yè)、造紙等工業(yè)廢水處理中得到了廣泛的應(yīng)用^［9］，工業(yè)廢水累計處理流量為245m³/h，其中一家規(guī)模zui大的生活污水處理廠的處理能力為1100m3/h。

 

 

2.1 MBR的優(yōu)勢
　　MBR與傳統(tǒng)工藝相比有以下明顯優(yōu)勢^［1］：
　?、?由于取消了二沉池及將污泥濃度提高了2～5倍，減小了占地面積。
　　② 出水水質(zhì)好，可直接回用。出水中SS低于檢測限；耐熱大腸桿菌被*除去，噬菌體數(shù)量比傳統(tǒng)工藝出水低100～1000倍；對于重金屬的去除很明顯（尤其是Cu、Hg、Pb、Zn等），但其去除率取決于金屬離子與污泥吸附的程度；有毒的微污染物（如殺蟲劑、多環(huán)芳烴等）幾乎全部吸附在污泥上，因此可與SS同時被去除。③ 生物處理單元中污泥濃度高、泥齡長，對有機物的去除率高。
?、?對于氮、磷污染物有較高的去除率，出水可滿足TP＜0.15mg/L、TN＜2.2mg/L的環(huán)境zui大容忍限度（Maximum Tolerable Risk，MTR）?！　、?污泥產(chǎn)量少，降低了對剩余污泥處置的費用，但MBR污泥的絮體較小且粘度較高。也有試驗發(fā)現(xiàn)，MBR污泥的濃縮性能和脫水性能與傳統(tǒng)工藝產(chǎn)生的污泥并無大的差異。
2.2 存在的問題及改進措施
　　MBR在顯示出許多傳統(tǒng)工藝*的優(yōu)點時，也暴露出一些尚需改進的地方，這是研究人員關(guān)注的焦點。
2.2.1 預(yù)處理工藝
　　荷蘭的Bentem^［10］等人在進行處理能力為10m³/h的MBR中試研究時，對4種不同的格柵進行了對比試驗，柵孔的尺寸為0.25～0.75mm。試驗發(fā)現(xiàn)，對原水進行預(yù)處理后，原水中的SS可去除30%～60%，這樣可以改變原水成分，從而改善后續(xù)工藝的處理效果，減輕膜污染，減小剩余污泥產(chǎn)量并改善污泥性狀。隨著SS的去除，COD也有10%～15%的去除。通過中試，Bentem等人認為在使用MBR處理污水時，采用格柵進行預(yù)處理是非常必要的。2.2.2 膜污染與清洗
　　膜工藝的一大缺點是膜在運行一段時間以后會因為膜受到污染而導(dǎo)致膜通量的降低，如何減緩膜污染進程從而維持膜通量是應(yīng)用膜工藝時所面臨的一大挑戰(zhàn)。
英國學(xué)者^［11］認為主要有三大因素影響膜污染（見圖1），即膜本身的性質(zhì)、活性污泥的性質(zhì)和MBR的運行條件三者相互影響。膜材質(zhì)決定了膜的親水性和膜孔隙率，膜孔的尺寸則會影響過膜壓差（Transmembrane Pressure，TMP）的大小；反應(yīng)器的構(gòu)造與錯流的速率（Cross Flow Velocity，CFV）將影響到活性污泥中胞外聚合物（Extracellular Polymeric Substances，EPS）的生成、污泥絮體結(jié)構(gòu)和大小以及溶解物的性質(zhì)；MBR中的HRT/SRT則直接影響到污泥的濃度和EPS的形成與生長。

 

 

　　荷蘭研究者^［10］在試驗中發(fā)現(xiàn)，導(dǎo)致膜污染的zui重要因素是濾餅層的形成，而原水中的雜質(zhì)、污泥的性質(zhì)、MBR的水力學(xué)特性以及膜清洗等因素都會影響濾餅層的形成及性質(zhì)。為了防止濾餅層的形成，以下幾點非常重要：
① 選擇透水量衰減速度低的膜，并且控制膜通量；　　
② 減少MBR中的短流區(qū)，避免過高的裝填度；
③ 選擇合理的膜工作通量；　　
④ 使污泥絮體顆粒盡量大，此時濾餅層有較好的透水性；　　
⑤ 保持生物相的良好生長，防止EPS和絲狀菌大量產(chǎn)生。
在已經(jīng)出現(xiàn)了較厚的濾餅層后，可通過下列方法加以去除：
① 保持MBR中流體的高度紊動，但注意不要使污泥絮體破碎，否則會影響膜的透水性；
② 采用變強度曝氣可使污泥層破碎，高錯流速度有助于控制濾餅層；
③ 水力反洗可有效去除濾餅層，但只在反洗頻率高時才有效；
④ 采用間歇出水方式可有效控制濾餅層的形成。
　試驗中還發(fā)現(xiàn)，化學(xué)清洗可改善生物污染的狀況，但在用NaClO對膜進行化學(xué)清洗時會導(dǎo)致出水中可提取的有機鹵化物（Extractable Organic Halogens，EOX）濃度升高，所以當(dāng)需要頻繁化學(xué)清洗時應(yīng)引起重視。
2.2.3 MBR中的氧傳遞率　
　在用于處理污水的MBR中通常都維持較高的MLSS（8～12g/L）濃度^［7］，這易導(dǎo)致氧傳遞率的降低，從而使運行能耗變大。傳遞層特性、氣泡大小和氣泡在混合液中的平均停留時間都會影響到氧傳遞率，而后兩項與混合液的粘性關(guān)系密切，MBR中混合和曝氣的效果以及污泥濃度都會影響混合液的粘性?；钚晕勰嘀蠩PS的生成會增加混合液的粘性，并且使活性污泥的憎水性增強。活性污泥中絲狀菌的生長導(dǎo)致污泥膨脹從而使混合液粘性增加，此外絲狀菌的新陳代謝還會產(chǎn)生憎水物質(zhì)，其中可溶性微生物代謝產(chǎn)物（Soluble Microbial Products，SMP）還會導(dǎo)致膜的污染。
　　要保持較高的氧傳遞率和降低能耗應(yīng)從兩方面出發(fā)：一是合理選擇曝氣及混合裝置，使混合液有較高的紊動；二是調(diào)節(jié)運行參數(shù)，使生物相保持良好的生長狀態(tài)。
2.2.4 污泥濃度的控制　　
由于MBR可*地將污泥與出水分離，從而保證了優(yōu)良的出水水質(zhì)與較高的污泥濃度。因污泥濃度較高，而原水性質(zhì)與傳統(tǒng)工藝相比不會有太大的差異，從而使得MBR中的F/M較低。
　　Renze van Houten等人^［12］認為較低的F/M，一方面可以使產(chǎn)生的剩余污泥量減少而降低了處置剩余污泥的費用，但另一方面使得污泥齡變長。較長的污泥齡有利于世代期較長的細菌生長（如硝化菌），但過長的污泥齡會使微生物產(chǎn)生出SMP。若大分子的SMP被截留在MBR中一方面會污染膜，另一方面SMP會吸附在氣—水兩相的界面上導(dǎo)致氧傳遞率的降低，而小分子的SMP則會穿過膜進入出水，導(dǎo)致出水水質(zhì)變差。
　　低F/M還會使MBR中產(chǎn)生EPS，使混合液的粘度升高，從而導(dǎo)致污泥的脫水性能變差，膜過濾阻力變大。
　　所以，雖然較高的污泥濃度能有效減小MBR的體積，但過高的污泥濃度對于MBR正常運行是不利的，在運行MBR時應(yīng)控制適當(dāng)?shù)奈勰酀舛取?/div>