MBR工藝介紹

　　在污水(shui)處(chu)理，水(shui)資源再利用領域，MBR又稱膜生物反應器(qi)，是(shi)一種由活(huo)性污泥法(fa)與膜分離(li)技術相(xiang)結合的新型(xing)水(shui)處(chu)理技術。

　　在污水(shui)處理，水(shui)資(zi)源(yuan)再利用領域，MBR又稱膜(mo)(mo)(mo)(mo)生物(wu)反(fan)應器(Membrane Bio-Reactor)，是一種(zhong)(zhong)由活性(xing)(xing)污泥(ni)法與MBR膜(mo)(mo)(mo)(mo)圖片膜(mo)(mo)(mo)(mo)分離(li)(li)技(ji)術(shu)相結合的(de)(de)(de)新型(xing)(xing)水(shui)處理技(ji)術(shu)。膜(mo)(mo)(mo)(mo)的(de)(de)(de)種(zhong)(zhong)類(lei)繁多，按(an)分離(li)(li)機理進行(xing)分類(lei)，有反(fan)應膜(mo)(mo)(mo)(mo)、離(li)(li)子交(jiao)換膜(mo)(mo)(mo)(mo)、滲透膜(mo)(mo)(mo)(mo)等;按(an)膜(mo)(mo)(mo)(mo)的(de)(de)(de)性(xing)(xing)質分類(lei)，有天然膜(mo)(mo)(mo)(mo)(生物(wu)膜(mo)(mo)(mo)(mo))和合成膜(mo)(mo)(mo)(mo)(有機膜(mo)(mo)(mo)(mo)和無機膜(mo)(mo)(mo)(mo));按(an)膜(mo)(mo)(mo)(mo)的(de)(de)(de)結構型(xing)(xing)式分類(lei)，有平板型(xing)(xing)、管型(xing)(xing)、螺(luo)旋型(xing)(xing)及中(zhong)空纖維(wei)型(xing)(xing)等。

　　MBR工藝(yi)組成

　　膜(mo)- 生(sheng)(sheng)物(wu)(wu)(wu)反(fan)應(ying)(ying)(ying)器(qi)主要(yao)由膜(mo)分離(li)組件及生(sheng)(sheng)物(wu)(wu)(wu)反(fan)應(ying)(ying)(ying)器(qi)兩部分組成。通常提到的(de)膜(mo) - 生(sheng)(sheng)物(wu)(wu)(wu)反(fan)應(ying)(ying)(ying)器(qi)實際(ji)上是三類(lei)反(fan)應(ying)(ying)(ying)器(qi)的(de)總稱(cheng)： ① 曝氣(qi)膜(mo) - 生(sheng)(sheng)物(wu)(wu)(wu)反(fan)應(ying)(ying)(ying)器(qi)(Aeration Membrane Bioreactor, AMBR) ; ② 萃取(qu)膜(mo) - 生(sheng)(sheng)物(wu)(wu)(wu)反(fan)應(ying)(ying)(ying)器(qi)( ExtractiveMembrane Bioreactor, EMBR ); ③ 固液分離(li)型膜(mo) - 生(sheng)(sheng)物(wu)(wu)(wu)反(fan)應(ying)(ying)(ying)器(qi)( Solid/Liquid SeparationMembrane Bioreactor, SLSMBR, 簡稱(cheng) MBR )。

　　曝(pu)氣(qi)膜(mo)曝(pu)氣(qi)膜(mo) -生物反應器最早見于 Cote.P 等 1988年報道(dao)，采用透氣(qi)性致密膜(mo)(如(ru)硅橡膠膜(mo))或微孔膜(mo)(如(ru)疏(shu)水性聚合膜(mo))，以板式或中空纖維式組(zu)件，在保持氣(qi)體分壓低于泡點( Bubble Point)情(qing)況下，可實現向生物反應器的(de)無泡曝(pu)氣(qi)。該工藝的(de)特點是(shi)提高了接(jie)觸時間(jian)和傳氧效率，有利于曝(pu)氣(qi)工藝的(de)控制，不(bu)受傳統曝(pu)氣(qi)中氣(qi)泡大小(xiao)和停留(liu)時間(jian)的(de)因素的(de)影響。如(ru)圖 [1] 所示(shi)。

　　萃取(qu)膜萃取(qu)膜 - 生物(wu)(wu)(wu)(wu)反(fan)應(ying)(ying)器 又稱(cheng)為 EMBR (Extractive Membrane Bioreactor)。因為高酸堿度或(huo)對生物(wu)(wu)(wu)(wu)有毒物(wu)(wu)(wu)(wu)質(zhi)(zhi)(zhi)的(de)(de)存在(zai)，某些工業廢水(shui)(shui)(shui)不(bu)宜采用與微(wei)生物(wu)(wu)(wu)(wu)直(zhi)接接觸(chu)的(de)(de)方法處理;當(dang)廢水(shui)(shui)(shui)中含揮發(fa)性有毒物(wu)(wu)(wu)(wu)質(zhi)(zhi)(zhi)時(shi)，若采用傳統(tong)的(de)(de)好氧(yang)生物(wu)(wu)(wu)(wu)處理過程(cheng)，污(wu)染(ran)(ran)(ran)物(wu)(wu)(wu)(wu)容易隨曝(pu)氣氣流(liu)(liu)揮發(fa)，發(fa)生氣提現象(xiang)，不(bu)僅處理效果(guo)很不(bu)穩(wen)定，還會造成大氣污(wu)染(ran)(ran)(ran)。為了(le)解(jie)決這些技(ji)術難題，英國(guo)學者 Livingston研究(jiu)開發(fa)了(le) EMB 。廢水(shui)(shui)(shui)與活性污(wu)泥被膜隔開來，廢水(shui)(shui)(shui)在(zai)膜內流(liu)(liu)動(dong)，而含某種專性細菌的(de)(de)活性污(wu)泥在(zai)膜外流(liu)(liu)動(dong)，廢水(shui)(shui)(shui)與微(wei)生物(wu)(wu)(wu)(wu)不(bu)直(zhi)接接觸(chu)，有機污(wu)染(ran)(ran)(ran)物(wu)(wu)(wu)(wu)可以選擇性透過膜被另一側的(de)(de)微(wei)生物(wu)(wu)(wu)(wu)降(jiang)解(jie)。由于萃取(qu)膜兩側的(de)(de)生物(wu)(wu)(wu)(wu)反(fan)應(ying)(ying)器單(dan)(dan)元(yuan)和廢水(shui)(shui)(shui)循(xun)環單(dan)(dan)元(yuan)是各自獨立，各單(dan)(dan)元(yuan)水(shui)(shui)(shui)流(liu)(liu)相互影響不(bu)大，生物(wu)(wu)(wu)(wu)反(fan)應(ying)(ying)器中營養(yang)物(wu)(wu)(wu)(wu)質(zhi)(zhi)(zhi)和微(wei)生物(wu)(wu)(wu)(wu)生存條(tiao)件(jian)不(bu)受廢水(shui)(shui)(shui)水(shui)(shui)(shui)質(zhi)(zhi)(zhi)的(de)(de)影響，使(shi)水(shui)(shui)(shui)處理效果(guo)穩(wen)定。系統(tong)的(de)(de)運(yun)行條(tiao)件(jian)如(ru) HRT 和 SRT 可分別控(kong)制在(zai)最優(you)的(de)(de)范圍，維持最大的(de)(de)污(wu)染(ran)(ran)(ran)物(wu)(wu)(wu)(wu)降(jiang)解(jie)速率。

　　固(gu)(gu)液(ye)分(fen)離(li)(li)型(xing)膜(mo)固(gu)(gu)液(ye)分(fen)離(li)(li)型(xing)膜(mo) - 生(sheng)(sheng)物反應(ying)(ying)器(qi)(qi)是在水(shui)處(chu)(chu)理(li)領域中(zhong)研究得最為廣泛(fan)深入的(de)一類膜(mo) -生(sheng)(sheng)物反應(ying)(ying)器(qi)(qi)，是一種用(yong)膜(mo)分(fen)離(li)(li)過程取(qu)代傳(chuan)統(tong)活(huo)(huo)性(xing)(xing)污(wu)(wu)(wu)(wu)泥(ni)(ni)(ni)法中(zhong)二(er)次(ci)沉淀池(chi)的(de)水(shui)處(chu)(chu)理(li)技術。在傳(chuan)統(tong)的(de)廢水(shui)生(sheng)(sheng)物處(chu)(chu)理(li)技術中(zhong)，泥(ni)(ni)(ni)水(shui)分(fen)離(li)(li)是在二(er)沉池(chi)中(zhong)靠重力(li)作用(yong)完成的(de)，其分(fen)離(li)(li)效(xiao)率(lv)依賴于(yu)活(huo)(huo)性(xing)(xing)污(wu)(wu)(wu)(wu)泥(ni)(ni)(ni)的(de)沉降性(xing)(xing)能(neng)，沉降性(xing)(xing)越(yue)好(hao)，泥(ni)(ni)(ni)水(shui)分(fen)離(li)(li)效(xiao)率(lv)越(yue)高(gao)。而污(wu)(wu)(wu)(wu)泥(ni)(ni)(ni)的(de)沉降性(xing)(xing)取(qu)決于(yu)曝(pu)氣(qi)池(chi)的(de)運(yun)(yun)行(xing)狀況，改善污(wu)(wu)(wu)(wu)泥(ni)(ni)(ni)沉降性(xing)(xing)必須嚴格(ge)控制曝(pu)氣(qi)池(chi)的(de)操(cao)作條件，這限制了(le)該方(fang)法的(de)適(shi)用(yong)范圍(wei)。由于(yu)二(er)沉池(chi)固(gu)(gu)液(ye)分(fen)離(li)(li)的(de)要求，曝(pu)氣(qi)池(chi)的(de)污(wu)(wu)(wu)(wu)泥(ni)(ni)(ni)不能(neng)維(wei)持較高(gao)濃度，一般在 1.5~3.5mg/L左(zuo)右，從(cong)而限制了(le)生(sheng)(sheng)化反應(ying)(ying)速率(lv)。水(shui)力(li)停留時間( HRT )與污(wu)(wu)(wu)(wu)泥(ni)(ni)(ni)齡( SRT)相互依賴，提(ti)高(gao)容積負荷(he)與降低污(wu)(wu)(wu)(wu)泥(ni)(ni)(ni)負荷(he)往往形成矛盾。系(xi)統(tong)在運(yun)(yun)行(xing)過程中(zhong)還產生(sheng)(sheng)了(le)大(da)量的(de)剩余(yu)污(wu)(wu)(wu)(wu)泥(ni)(ni)(ni)，其處(chu)(chu)置費(fei)用(yong)占污(wu)(wu)(wu)(wu)水(shui)處(chu)(chu)理(li)廠運(yun)(yun)行(xing)費(fei)用(yong)的(de) 25% ～40% 。傳(chuan)統(tong)活(huo)(huo)性(xing)(xing)污(wu)(wu)(wu)(wu)泥(ni)(ni)(ni)處(chu)(chu)理(li)系(xi)統(tong)還容易出現污(wu)(wu)(wu)(wu)泥(ni)(ni)(ni)膨脹現象(xiang)，出水(shui)中(zhong)含有(you)懸浮固(gu)(gu)體，出水(shui)水(shui)質(zhi)惡化。針對上述問題， MBR將膜(mo)分(fen)離(li)(li)技術與傳(chuan)統(tong)生(sheng)(sheng)物處(chu)(chu)理(li)技術有(you)機(ji)結合(he)，MBR實現污(wu)(wu)(wu)(wu)泥(ni)(ni)(ni)停留時間和(he)水(shui)力(li)停留時間的(de)分(fen)離(li)(li)，大(da)大(da)提(ti)高(gao)了(le)固(gu)(gu)液(ye)分(fen)離(li)(li)效(xiao)率(lv)，并且由于(yu)曝(pu)氣(qi)池(chi)中(zhong)活(huo)(huo)性(xing)(xing)污(wu)(wu)(wu)(wu)泥(ni)(ni)(ni)濃度的(de)增大(da)和(he)污(wu)(wu)(wu)(wu)泥(ni)(ni)(ni)中(zhong)特(te)效(xiao)菌(jun) (特(te)別是優勢菌(jun)群 ) 的(de)出現，提(ti)高(gao)了(le)生(sheng)(sheng)化反應(ying)(ying)速率(lv)。同時，通過降低 F/M比減少剩余(yu)污(wu)(wu)(wu)(wu)泥(ni)(ni)(ni)產生(sheng)(sheng)量(甚(shen)至(zhi)為零)，從(cong)而基本解決了(le)傳(chuan)統(tong)活(huo)(huo)性(xing)(xing)污(wu)(wu)(wu)(wu)泥(ni)(ni)(ni)法存在的(de)許多突出問題。
 

　　MBR工藝類(lei)型

　　以下討論的(de)均為(wei)固液分(fen)離型膜(mo)(mo) - 生(sheng)物(wu)反應(ying)(ying)器(qi)(qi)(qi)。 根據膜(mo)(mo)組件和生(sheng)物(wu)反應(ying)(ying)器(qi)(qi)(qi)的(de)組合方式，可將 膜(mo)(mo) - 生(sheng)物(wu)反應(ying)(ying)器(qi)(qi)(qi) 分(fen)為(wei)分(fen)置式、一體式以及復合式三種基本類型 。

　　分置式(shi)膜(mo)(mo)(mo)(mo)(mo) - 生(sheng)物(wu)反應(ying)(ying)器(qi)把膜(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)組件和生(sheng)物(wu)反應(ying)(ying)器(qi)分開設置，如圖 3所示。生(sheng)物(wu)反應(ying)(ying)器(qi)中的(de)(de)混合液(ye)經循(xun)環(huan)泵(beng)增(zeng)壓后打至(zhi)膜(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)組件的(de)(de)過濾端，在壓力(li)作用下混合液(ye)中的(de)(de)液(ye)體透過膜(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)，成為系統處理水;固(gu)形物(wu)、大(da)分子物(wu)質(zhi)等則被膜(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)截留，隨(sui)濃(nong)縮液(ye)回流(liu)到生(sheng)物(wu)反應(ying)(ying)器(qi)內。分置式(shi)膜(mo)(mo)(mo)(mo)(mo) -生(sheng)物(wu)反應(ying)(ying)器(qi)的(de)(de)特點是(shi)運行穩定可靠，易于膜(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)的(de)(de)清洗(xi)、更(geng)換及增(zeng)設;而(er)且(qie)膜(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)通(tong)量普遍(bian)較大(da)。但一(yi)般條件下為減(jian)少污(wu)染物(wu)在膜(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)表面(mian)的(de)(de)沉積，延長膜(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)的(de)(de)清洗(xi)周(zhou)期，需要(yao)用循(xun)環(huan)泵(beng)提供較高的(de)(de)膜(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)面(mian)錯流(liu)流(liu)速(su)，水流(liu)循(xun)環(huan)量大(da)、動力(li)費用高 (Yamamoto, 1989)，并且(qie)泵(beng)的(de)(de)高速(su)旋轉產生(sheng)的(de)(de)剪切力(li)會使某些(xie)微生(sheng)物(wu)菌體產生(sheng)失活現象 ( Brockmann and Seyfried, 1997 ) 。

　　一體(ti)式(shi)膜(mo)(mo) - 生物(wu)(wu)反(fan)應(ying)器是把膜(mo)(mo)組(zu)件置于生物(wu)(wu)反(fan)應(ying)器內部，如圖 4 所示。進水進入膜(mo)(mo) -生物(wu)(wu)反(fan)應(ying)器，其中的(de)大部分(fen)污(wu)染物(wu)(wu)被(bei)混(hun)合液中的(de)活(huo)性污(wu)泥(ni)去(qu)除，再在(zai)外壓作(zuo)用下由膜(mo)(mo)過濾(lv)出水。這種形(xing)式(shi)的(de)膜(mo)(mo) -生物(wu)(wu)反(fan)應(ying)器由于省去(qu)了混(hun)合液循環系統(tong)，并且(qie)靠抽吸出水，能耗(hao)相對較低;占(zhan)地(di)較分(fen)置式(shi)更(geng)為緊湊，近年來(lai)在(zai)水處理領域受到了特別關注。但是一般膜(mo)(mo)通(tong)量相對較低，容易發生膜(mo)(mo)污(wu)染，膜(mo)(mo)污(wu)染后不容易清洗和更(geng)換。

　　復合式(shi)(shi)膜(mo) - 生物(wu)反應(ying)器在(zai)形(xing)式(shi)(shi)上也屬(shu)于(yu)一(yi)體式(shi)(shi)膜(mo) - 生物(wu)反應(ying)器，所不同(tong)的是在(zai)生物(wu)反應(ying)器內加裝填(tian)料，從(cong)而形(xing)成復合式(shi)(shi)膜(mo) - 生物(wu)反應(ying)器，改變了反應(ying)器的某些(xie)性(xing)狀
 

　　MBR工藝特點

　　與許多(duo)傳統的生(sheng)物(wu)水處理工藝相比(bi)， MBR 具有以下主要特(te)點：

　　一、出(chu)水水質(zhi)優(you)質(zhi)穩(wen)定由于(yu)(yu)膜的(de)高(gao)效分(fen)(fen)離作用(yong)(yong)，分(fen)(fen)離效果遠好于(yu)(yu)傳統沉(chen)淀池，處(chu)理出(chu)水極其清澈， 懸浮(fu)物和濁度(du)(du)接(jie)(jie)近于(yu)(yu)零，細菌和病(bing)毒被(bei)大幅去除(chu) ，出(chu)水水質(zhi)優(you)于(yu)(yu)建設部(bu)頒發(fa)的(de)生活(huo)雜用(yong)(yong)水水質(zhi)標準( CJ25.1-89 )，可以(yi)直接(jie)(jie)作為非飲用(yong)(yong)市(shi)政雜用(yong)(yong)水進(jin)行(xing)回用(yong)(yong)。同時，膜分(fen)(fen)離也使 微生物被(bei)完全被(bei)截(jie)流(liu)在(zai)生物反(fan)應器內， 使得系統內能(neng)夠(gou)維持較高(gao)的(de)微生物濃度(du)(du)，不但提高(gao)了反(fan)應裝置對污染物的(de)整(zheng)體去除(chu)效率，保證了良好的(de)出(chu)水水質(zhi)，同時反(fan)應器對進(jin)水負荷(he)(水質(zhi)及水量(liang))的(de)各種變化(hua)具有很(hen)好的(de)適應性，耐沖擊(ji)負荷(he)，能(neng)夠(gou)穩(wen)定獲得優(you)質(zhi)的(de)出(chu)水水質(zhi)。

　　二、剩余污泥產量少該(gai)工藝(yi)可(ke)以在高(gao)容積(ji)負荷(he)、低(di)污泥負荷(he)下運行，剩余污泥產量低(di)(理論上可(ke)以實現(xian)零污泥排(pai)放)，降低(di)了污泥處理費用。

　　三(san)、占(zhan)地(di)面(mian)積小，不受設(she)(she)置場合(he)(he)限制生(sheng)(sheng)物(wu)反應器內能(neng)維持(chi)高濃(nong)度的微生(sheng)(sheng)物(wu)量，處理(li)裝置容積負(fu)荷高，占(zhan)地(di)面(mian)積大大節省; 該工(gong)藝流程簡單、結(jie)構緊湊、占(zhan)地(di)面(mian)積省，不受設(she)(she)置場所限制，適(shi)合(he)(he)于任何場合(he)(he)，可做成地(di)面(mian)式、半地(di)下(xia)式和(he)地(di)下(xia)式。

　　四、可去除(chu)氨氮及難(nan)降解有(you)機(ji)物(wu)由于微(wei)生物(wu)被完全截流在(zai)生物(wu)反(fan)應(ying)器內，從而(er)有(you)利于增殖緩慢的微(wei)生物(wu)如硝(xiao)化細菌的截留(liu)生長(chang)，系統(tong)硝(xiao)化效率得以提高(gao)。同時，可增長(chang)一些(xie)難(nan)降解的有(you)機(ji)物(wu)在(zai)系統(tong)中的水力停留(liu)時間，有(you)利于難(nan)降解有(you)機(ji)物(wu)降解效率的提高(gao)。

　　五、操作(zuo)管(guan)理(li)方(fang)便(bian)，易于(yu)實(shi)現(xian)自動控制(zhi)該工藝(yi)實(shi)現(xian)了水力停留時間( HRT )與污泥(ni)停留時間( SRT )的完全分離(li)，運行控制(zhi)更加靈(ling)活穩定，是污水處理(li)中容易實(shi)現(xian)裝(zhuang)備化的新(xin)技(ji)術，可實(shi)現(xian)微機自動控制(zhi)，從(cong)而使(shi)操作(zuo)管(guan)理(li)更為方(fang)便(bian)。

　　六、易于從傳(chuan)統工(gong)藝(yi)進行改造該工(gong)藝(yi)可以作為傳(chuan)統污水(shui)處(chu)理工(gong)藝(yi)的深度處(chu)理單元，在(zai)城(cheng)市二級污水(shui)處(chu)理廠(chang)出(chu)水(shui)深度處(chu)理(從而實現(xian)城(cheng)市污水(shui)的大量回用(yong))等領(ling)域有著廣闊的應用(yong)前景。

　　膜(mo) - 生(sheng)物反(fan)應器也存在(zai)一些不(bu)足。主要表現在(zai)以(yi)下幾個(ge)方(fang)面(mian)：

　　o 膜造價高(gao)，使(shi)膜 - 生物反應(ying)器的基建(jian)投資高(gao)于傳統污水處理工(gong)藝;

　　o 膜污(wu)染(ran)容易(yi)出現(xian)，給操作管(guan)理帶來不便;

　　o 能耗高(gao)：首先 MBR 泥水(shui)分(fen)離過程必(bi)須保持(chi)一(yi)定(ding)的(de)膜驅動壓(ya)力，其次是 MBR 池中 MLSS 濃度非(fei)常高(gao)，要保持(chi)足夠的(de)傳氧速率，必(bi)須加大曝(pu)氣強(qiang)度，還有為了加大膜通量(liang)、減輕膜污(wu)染，必(bi)須增大流速，沖刷膜表面，造成(cheng) MBR 的(de)能耗要比傳統的(de)生(sheng)物處理(li)工藝高(gao)。
 

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