综述：膜生物反应器在污水处理中的应用 6页

膜生物反应器在污水处理中的应用摘要：膜生物反应器(MBR)由于其具备占地面积小、生物浓度高、处理效率高等优点已经在生活污水、工业废水处理等方面得到了广泛的应用。通过比较几种不同类型的膜生物反应器在污水处理屮的应用，分析了膜生物反应器存在的膜污染等问题及其解决措施，并展望了膜生物反应器的发展前景。关键词：膜生物反应器；污水处理；膜污染ApplicationofMembraneBioreactorinWastewaterTreatmentAbstract：Membranebioreactor(MBR)hasbeenwidelyusedindomesticsewage,industrialwastewatertreatmentforitssmallfootprint,highbio■concentration,handlingandhighefficiency.Throughthecomparisonofseveraldifferenttypesofmembranebioreactorapplicationinwastewatertreatment,analysisofmembranebioreactorexistingproblemssuchasmembranepollutionanditssolvingmeasures,andprospectsthedevelopmentprospectsofmembranebioreactor.Keywords:membranebioreactor:wastewatertreatment:membranepollution膜牛物反应器(MembraneBioreactor,MBR)是将传统活性污泥生物学处理工艺和浸滤式屮空纤维膜物理性过滤工艺相结合，利用膜分离技术与生物反应技术各自的优点，开发出的一种高效水处理系统。膜生物反应器(MBR)融合了微生物对污染物的分解和膜的高效分离两个过程。一•方面，由于膜的截留作用,反应器内得以存有大量高活性的微生物，因此污水屮的有机污染物被微生物吸附、降解，这对污染物的去除起主要作用；另一方面，由于吸附、筛分等过程，膜可以截留人部分微生物絮体、胶体粒子以及人分子有机物，从而提高了出水水质。1・膜生物反应器与传统污水处理方法的比较传统污水处理方法传统活性污泥⑴工艺屮污水经过格栅后通过污水提升泵房一次提升,然后进入曝气沉砂池除砂后流入初沉池以去除大部分的SS。随后进入曝气池进行好氧生化处理，在这里大部分含C有机污染物被去除，最后污水进入二沉池进行泥水分离,尾水达标后排入受纳水体。但污水处理过程屮产生的污泥，由于其量较大，性状粘稠，含有重金属和病原微生物等有害物质，如果处理处置不当，会给环境带来严重的二次污染。传统的污泥处理方法⑵主要包括污泥填埋、污泥堆肥、污泥干化和焚烧。污泥填埋过程产生渗滤液和气体，如果处理不当，渗滤液就会进入地下水层，污染地下水环境。填埋场产生的气体主要是甲烷，若不采取适半措施会引起爆炸和燃烧。另外，填埋的要求越来越高，污泥的承载力要保证填埋场机械能够正常工作；有机物含量要达到一•定的要求，尽量减少温室气体的产生；填埋场产生的废水、废气要及时合理地收集、处理和排放。这使填埋的成本越来越高，另外现在适合污泥填埋的场所因为城山污泥的大量产出而越来越有限，这也限制了该方法\n的进i步发展。1.2膜生物反应器的优点与传统好氧活性污泥法比较，膜生物反应器具有以下优点：处理效率高、出水水质好；工艺设备紧凑、占地面积小；易于实现自动化控制、运行管理简便。MBR可以通过膜的截留作用，使硝化菌长期停留在好氧池内，在不增加池容的前提下延长了污泥龄，满足了硝化菌的生长，减少了硝化菌的流失。同吋，在MBR-P还发现存在反硝化除磷菌，在脱氮的同吋也能有效地去除磷⑶。2.几种不同类型的膜生物反应器2.1动态膜生物反应器2.1.1动态膜生物反应器简介动态膜⑷(DMBR)又可以成为次生膜⑸，是指利用预涂剂或活性污泥在微滤膜超滤膜或大孔径支撑体表面形成的新膜，其功能接近于微滤。常用的预涂剂主要有粉末活性炭(PAC)高岭土、硅藻土、有机聚电解质等，大孔径支撑体常见的有不锈钢丝网、工业滤布、筛绢、陶瓷管、烧结聚氯乙烯管等。动态膜根据形成方式通常分为两类：预涂动态膜(pre-coateddynamicmembrane)和自生动态膜(self-formingdynamicmembrane)o经过许多学者⑹研究发现，预涂动态膜和自生动态膜都有良好的固液分离效果和污染物去除能力。其小预涂动态膜生物反应器去除有机污染物和氨氮的效果更好，血且预涂膜可以改善滤饼层结构，增强过滤性能，延长运行周期，可使反冲洗简单。2.1.2动态膜的优点(1)能耗低。过滤阻力比超滤微滤小2—3个数量级，在重力作用下可以自流出水；(2)出水通量大。与MBR相比,通量提高几倍甚至十几倍；(3)再生容易。简单的气水反冲洗即可得到百分百的通量恢复；(4)原材料价格低廉。每平方米只需儿十兀，而超滤膜每平方米需要儿百元。另外,筛网的使用寿命长，减少了膜组件的损耗。DMB的以上优点可以解决在污水处理建设发展屮资金不足、能源短缺、用地紧张等问题。2.2柔性板式膜生物反应器2.2.1简介常用的MBR产品主要有两种形式,一为中空纤维膜,另一为板式膜化中空纤维膜MBR填装密度大，可以反冲洗，但废水小的固体和杂质容易对膜丝产生污染和堵塞，膜丝断裂和组件存在曝气死区都是屮空纤维膜组件难以克服的缺点；传统的板式膜组件虽不存在膜丝断裂和曝气死区的缺点，但由于其组件形式决定这种膜组件的填装密度相对较小，而且组件不能反冲洗，所以清洗的吋候比较麻烦。新型的的自支撑结构的柔性板式膜生物反应器克服了这些缺点。\n新型柔性板式膜生物反应器(FMBR)，它的膜片是由两侧两层选择性膜和屮\n间一层透析液收集层组成的，其屮透析液收集层为特殊纺织物。这种新型膜片是柔性自支撑的结构，所以厚度很小，因此这种膜片的填装密度非常高，可以和屮空纤维膜组件相媲美，同吋可以对其进行水下曝气直接冲击抖动柔性膜片防止膜面沉积，而膜片不易断裂，从而使其兼具屮空纤维膜和平板膜组件的优点。2.2.2优点（1）柔性板式膜生物反应器兼具传统小空纤维膜和板式膜的优点，具有处理效率高、装填密度大、不存在曝气死区、膜面不易堵塞、抗冲击能力强、清洗简单、操作方便等特点。（2）反应器单位体积处理能力和处理效率较普通活性法有很大提升。（3）反应器运行一段时间后，具有一个膜通量稳定在10L/h左右，膜面抗污染能力强，长时间连续运行出水效果好。（4）反应器出水水质稳定，处理效果良好。2.3序批式膜生物反应器2.3.1简介序批式膜生物反应器⑹（Sequencingbatchmem-branereactor,SMBR）是SBR工艺与膜分离技术的有机结合，它不仅保留了传统SBR工艺抗冲击负荷能力强、氧转移效率高、工艺简单、微生物活性高等一系列优点，同吋结合MBR系统的高效截流作用可使微牛物完全截留在牛物反应器内，既可大大改善传统SBR工艺固液分离效果不好的弊端，又实现了反应器水力停留吋间（IIRT）和污泥停留时间（SRT）完全分离，使反应器内保持较高的MLSS质量浓度。2.3.2特点序批式膜生物反应器系统对进水pH及COD的变化有较强的承受能力，膜有稳定和改善出水水质的作用。间歇式并控制曝气时的溶解氧浓度有助于反硝化反应的发生，可以达到同吋去除有机物和脱氮的H的。整个系统具有较强的反硝化脱氮能力。在实验小，较高的pH有利于聚磷菌的生长和提高聚磷菌的活性，从而提高了除磷效率。序批式膜生物反应器在间歇曝气、间歇抽吸的方式下运行还能很好的减缓膜污染。膜的截留使世代周期长的硝化细菌⑼在反应器内积累，有很好的脱氮效果。另外利用膜分离可以在反应阶段排水，免去沉淀阶段所需要的时间，缩短SBR运行周期，提高系统出水水质。因此，序批式膜生物反应器在污水处理方面具有很大发展潜质。污染问题3.1膜污染的特性膜污染是阻碍膜生物反应器广泛应用的一个主要因素。膜污染能导致膜孔堵塞，以及在膜的表面会形成一层凝胶层，凝胶层是膜污染的主要组成部分，凝胶层阻力约占了总阻力的80%。在操作床力恒定的条件下,膜通量会随膜污染的形成而逐渐下降。或者说，为了维持恒定的膜通量““，过膜压力在一定条件下会逐渐增加。3.2膜污染的形成机理膜污染的形成机理""包括以下几个方面：（1）溶解性物质或胶体被吸附在\n膜表而或内部；（2）污泥絮体在膜表面的沉积；（3）膜表面凝胶层的形成；（4）主要由于水里剪切作用污染物质的解吸；（5）长期运行过程屮，污染物组分在空间和吋间上的变化（例如细菌群体和凝胶层屮牛物多聚物组分的变化）。也就是说，膜污染是微生物、胶体、溶解性物质和细胞残骸在膜表面和膜孔内部的沉降和积累。2.3处理方法影响膜污染的因素可以分为四类:膜材质、生物特性、进水水质和操作条件。这些因素之间是相互联系、密切相关的。对一个膜生物反应器来说,进水水质和操作条件（比如SRT,IIRT和F/M）会影响污泥混合液小的生物特性，进而影响膜污染。膜污染主要是由一些有机大分子造成的，比如溶解性微生物产物（SMP）、胞外多聚物（EPS）等其他物质,这些物质屮有一些是在细胞裂解过程屮释放出去的,有一些是透过细胞膜进入混合液的，有一些是细胞合成的物质，还有一些是细胞排泄出去的物质。FI前还没有有效的方法去直接控制EPS,因为膜生物反应器屮包含有活性的微生物及它们的代谢产物。膜污染达到一定程度吋，必须对膜组件进行清洗以去除膜表面的污染物，膜组件清洗的主要方法有水力清洗、化学清洗和超声清洗等（⑶。水力清洗能够去除膜表面沉积的活性污泥滤饼层，常用的方法有加高流速水冲洗、海绵球机械擦洗、空气-水混合冲洗法等，但膜通量恢复程度较低。化学清洗是利用酸、碱、盐（如HC1、NaOH.NdClO等）去除膜表面及膜孔径内的胶体、无机盐、生物膜等,是工艺长时间运行后恢复膜通量不可缺少的措施。H前，工程上应用膜清洗方法主要是水力清洗+化学清洗。超声清洗对膜污染具有良好的控制效果，但会引起污泥总活性降低，使平均污泥粒径减小，过滤性能变差，因此每次清洗吋间以5min为宜。通过对膜组件的清洗，恢复了膜通量，延长了膜的使用寿命，从而降低了膜的旧费用及系统的运行成本。因此H前大部分文献研究的都是如何控制运行条件,采用优化设计方法，以改善混合液屮的污泥特性，从而减缓膜污染。4发展前景随着我国经济发展过程屮水资源短缺，水质恶化等问题的口益严重和水质标准的FI益严格，各种水处理新技术新方法成为研究的热点领域IM,,MBRI艺作为其屮的一种，随着膜组件质量的提高及成本的下降，以及其特有的占地面积小、剩余污泥产量少、易于从传统工艺改进等优势，将会在污水处理领域发挥巨大的作用。参考文献【1】甘树应，王争，杨青，等•传统活性污泥法污水处理厂脱氮除磷改造技术研究[J]•给水排水.2010,34：128-132.【2】李雪松，张锋，刘愚•污泥处理处置技术新进展及发展趋势[J].市政公用建设.2009,4：41-43.【3】曹莹，李红艺，徐进，等.MBR膜生物反应器在分散式屮水回用系统屮的应用[J]•探索理念.2010,12：62-64.【4】马延强，曹达文，董秉直，余振勋•动态膜生物反应器技术进展[J]•净水技术，2010,29（4）：11-15,78.\n[5]B.Marrot,A.Barrios-Martinez,P.Moulin,etal.Industrialwastewstertreatmentinamembranebioreactor:areview[J]・EnivromentalProgress,2009,23:59-68.【6】G.T.Seo,B.H.Moon,T.S.Lee,etal.Filtrationcharacteristicsofimmersedcoarseporefi1tersinanactivatedsludgesystemfordomesticwastewsterreclamation[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