楊高峰

1 膜生物反應(yīng)器的原理及分類

膜生物反應(yīng)器主要是由膜組件和生物反應(yīng)器兩部分組成。生物反應(yīng)器是污染物降解的主要場所,而膜組件往往會根據(jù)水處理目的而選用不同類型的膜。各種膜生物反應(yīng)器的差異都源于這兩部分的組合類型及方式。根據(jù)膜生物反應(yīng)器中膜組件的作用,膜生物反應(yīng)器一般分為3類[1]:1)膜分離生物反應(yīng)器,主要用于固體的截留與分離;2)無泡曝氣膜生物反應(yīng)器,主要用于高濃度有機(jī)廢水的處理;3)萃取膜生物反應(yīng)器,一般用于處理工業(yè)廢水中的優(yōu)先污染物。其中以膜分離生物反應(yīng)器的應(yīng)用最為廣泛,通常所說的膜生物反應(yīng)器也主要指該技術(shù)[2]。按照膜組件與生物反應(yīng)器的結(jié)合方式,膜生物反應(yīng)器可分為一體式、分離式和隔離式三類。一體式膜生物反應(yīng)器是將膜組件浸沒在生物反應(yīng)器中,有機(jī)污染物在生物反應(yīng)器中進(jìn)行生物降解,水則通過負(fù)壓抽吸從膜組件的外側(cè)進(jìn)入中空纖維再引出;有時(shí)也將膜單元安置在生物池的出水端用來代替二沉池。分離式膜生物反應(yīng)器則是將生物反應(yīng)器與膜單元分開設(shè)置,兩者之間通過泵和管道連接。隔離式膜生物反應(yīng)器是將污水和生物反應(yīng)器通過選擇性膜隔開,只允許目標(biāo)污染物透過該膜進(jìn)入生物反應(yīng)器降解。按照生物反應(yīng)器中微生物生長需氧情況,分為好氧和厭氧兩大類,好氧生物反應(yīng)器可細(xì)分為活性污泥法和生物膜法,厭氧生物反應(yīng)器又可分為流化床法、UASB法、固定床法、接觸氧化法和兩相法等。按照膜組件中膜孔徑的不同,可分別分為納濾(NF)、超濾(UF)和微濾(MF);按膜材料的不同可分為有機(jī)膜與無機(jī)膜;按膜形狀的不同可分為平板膜、管式膜和中空纖維膜。

2 膜生物反應(yīng)器的特點(diǎn)

MBR系統(tǒng)較之傳統(tǒng)的活性污泥系統(tǒng)有以下五個(gè)特點(diǎn):

1)膜組件能夠有效的分離懸浮固體,可以最大限度地將活性污泥截留在生物反應(yīng)器內(nèi)。傳統(tǒng)活性污泥法的MLSS最高在5 g/L左右,而MBR系統(tǒng)的M LSS最高可達(dá)到 20 g/L左右,從而可以帶來比傳統(tǒng)法更高的有機(jī)物去除率。

2)傳統(tǒng)法污泥濃度低,污泥產(chǎn)量高,剩余污泥的處置費(fèi)用占到廢水處理總成本的50%左右[3]。MBR系統(tǒng)在低F/M條件下運(yùn)行,污泥產(chǎn)率遠(yuǎn)低于傳統(tǒng)法,從而使剩余污泥的處置費(fèi)用大幅度降低,進(jìn)而降低廢水的整體處理成本。

3)污泥停留時(shí)間的大幅度延長,可使硝化及亞硝化菌等世代時(shí)間較長的微生物有效的保留在生物反應(yīng)器內(nèi),從而使MBR系統(tǒng)具有比傳統(tǒng)方法更好的脫氮除磷效果[4]。

4)由于膜生物反應(yīng)器所需體積減小且無需設(shè)置二次沉淀池,MBR系統(tǒng)的占地面積較之傳統(tǒng)方法大大縮小,在一些土地緊張的地區(qū)較之傳統(tǒng)方法建設(shè)可行性高。

5)與傳統(tǒng)方法比較,膜污染一直是MBR系統(tǒng)中一個(gè)難以克服的問題。它使膜的阻力增加,透水率逐漸下降,嚴(yán)重影響了MBR系統(tǒng)的處理效果,成為了限制MBR系統(tǒng)廣泛應(yīng)用的一個(gè)主要障礙。

3 膜生物反應(yīng)器在生活污水處理領(lǐng)域的應(yīng)用

1967年,美國的Dorroliver公司第一個(gè)將MBR運(yùn)用于城市污水處理的實(shí)際運(yùn)用中,處理水量為14 m3/d;1977年,日本在一幢高層建筑中建成了中水回用的MBR污水處理系統(tǒng),1980年日本又建成了兩座處理能力分別為10m3/d和50m3/d的MBR污水處理廠。并且有100多處的高樓采用了MBR將污水處理后回用于中水道,這些系統(tǒng)的出水已達(dá)到深度處理的標(biāo)準(zhǔn),并且系統(tǒng)占地面積小、管理方便、剩余污泥少。20世紀(jì)90年代中期,日本有39座MBR處理廠在運(yùn)行,最大的處理能力為500m3/d,MBR技術(shù)在日本的糞便污水處理中也得到了廣泛的運(yùn)用,日本琦玉縣越谷市在1985年采用MBR工藝處理糞便污水,經(jīng)處理后,出水中不含固形物,COD和色度可大幅度降低,反應(yīng)器內(nèi)的污泥濃度可達(dá)15000m/L～18000m/L左右,且系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定;至1994年,日本已有1200多套MBR系統(tǒng)用于處理400多萬人的糞便污水。關(guān)于膜生物反應(yīng)器的研究在我國起步較晚,始于20世紀(jì)90年代初。目前國內(nèi)比較活躍的膜生物反應(yīng)器廢水處理研究機(jī)構(gòu)有中科院、清華大學(xué)、同濟(jì)大學(xué)、哈爾濱工業(yè)大學(xué)、華東理工大學(xué)等單位。大多數(shù)研究集中在城市生活污水處理與回用方面。顧平等采用國產(chǎn)中空纖維膜對生活污水作了中試的膜生物反應(yīng)器研究,結(jié)果表明:MBR工藝出水懸浮物為零,細(xì)菌總數(shù)優(yōu)于飲用水標(biāo)準(zhǔn),COD和氨氮去除率都高于95%,出水可直接回用。

目前,在一些土地狹小、水資源緊張或排水水質(zhì)要求嚴(yán)格的國家和地區(qū),膜生物反應(yīng)器已經(jīng)得到了應(yīng)用并取得了良好的效果。國內(nèi)外對MBR污水處理工藝的研究非?；钴S,說明這一技術(shù)具有強(qiáng)大的生命力。隨著膜制造技術(shù)的進(jìn)步,膜質(zhì)量的提高和成本的降低,膜生物反應(yīng)器的應(yīng)用將越來越廣泛。

4 結(jié)語

膜分離使污水中的大分子難降解成分在體積有限的生物反應(yīng)器內(nèi)有足夠的停留時(shí)間,從而達(dá)到較高的去除效果。高生物量濃度使MBR工藝能以緊湊的系統(tǒng)獲得較高的有機(jī)物去除率。膜生物反應(yīng)器(MBR)有效克服了與污泥沉降性能有關(guān)的限制,并起到了取代二沉池的作用,同時(shí)還能達(dá)到澄清和除菌的目的。對于已建成的污水處理廠,若改用MBR工藝在不增加反應(yīng)器容積的情況下,可使處理水量大大提高。MBR工藝具有出水水質(zhì)優(yōu)、占地少、易于實(shí)現(xiàn)自動控制等許多常規(guī)工藝無法比擬的優(yōu)勢,其在污水處理與回用事業(yè)中所起的作用也越來越大,并具有非常廣闊的應(yīng)用前景。

[1]Stephenson T,Judd S,Jefferson B,et al.Membrane bioreactors for wastewater treatment[M].IWAQPublishing,London,2000:35-39.

[2]趙建偉.膜生物反應(yīng)器及膜污染的研究進(jìn)展[J].中國給水排水,2003,19(5):31-34.

[3]Defrance L,Jaffrin M Y.Comparison between filtrations at fixed transmembrane pressure and fixed permeate flux:application to a membrane bioreactor used for wastewater treatment[J].Journal of Membrane Science,1999(152):203-210.

[4]劉錦霞,顧 平.膜生物反應(yīng)器脫氮除磷工藝的進(jìn)展[J].城市環(huán)境與城市生態(tài),2001,14(2):27-29.

[5]王翠萍.污水處理原理和技術(shù)[J].山西建筑,2009,35(13):163-164.