MBR工藝的組成與分類

發(fā)布日期：2017-10-11 14:04
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膜生物反應器( Membrance Bioreactor Reactor，簡稱MBR)是膜分離與生物處理技術組合而成的廢水生物處理新工藝, 與傳統(tǒng)的生化處理技術相比，MBR具有以下主要特點：處理效率高、出水水質好；設備緊湊、占地面積小；易實現(xiàn)自動控制、運行管理簡單。


近兩年來，膜生物反應器在我國國內已進入了實用化階段。 MBR系統(tǒng)的處理對象從生活污水擴展到高濃度有機廢水和難降解工業(yè)廢水，如制藥廢水、化工廢水、食品廢水、屠宰廢水、煙草廢水、豆制品廢水、糞便污水、黃泔污水等。從目前的趨勢看，中水回用將是MBR在我國推廣應用的主要方向。MBR對生活污水、高濃度有機廢水與難降解工業(yè)廢水的處理效果良好。


膜-生物反應器主要由膜分離組件及生物反應器兩部分組成。通常提到的膜 - 生物反應器實際上是三類反應器的總稱： 
①曝氣膜 - 生物反應器 (Aeration Membrane Bioreactor, AMBR) ；
②萃取膜 - 生物反應器（ Extractive Membrane Bioreactor, EMBR ）； 
③固液分離型膜 - 生物反應器（ Solid/Liquid Separation MembraneBioreactor, SLSMBR, 簡稱 MBR ）。
 
 
曝氣膜-生物反應器


曝氣膜-生物反應器最早見于 Cote.P 等1988年報道，采用透氣性致密膜（如硅橡膠膜）或微孔膜（如疏水性聚合膜），以板式或中空纖維式組件，在保持氣體分壓低于泡點（ Bubble Point ）情況下，可實現(xiàn)向生物反應器的無泡曝氣。該工藝的特點是提高了接觸時間和傳氧效率，有利于曝氣工藝的控制，不受傳統(tǒng)曝氣中氣泡大小和停留時間的因素的影響。
 
 
萃取膜-生物反應器

萃取膜-生物反應器又稱為 EMBR （ ExtractiveMembrane Bioreactor ）。因為高酸堿度或對生物有毒物質的存在，某些工業(yè)廢水不宜采用與微生物直接接觸的方法處理；當廢水中含揮發(fā)性有毒物質時，若采用傳統(tǒng)的好氧生物處理過程，污染物容易隨曝氣氣流揮發(fā)，發(fā)生氣提現(xiàn)象，不僅處理效果很不穩(wěn)定，還會造成大氣污染。為了解決這些技術難題，英國學者 Livingston 研究開發(fā)了 EMB 。

廢水與活性污泥被膜隔開來，廢水在膜內流動，而含某種專性細菌的活性污泥在膜外流動，廢水與微生物不直接接觸，有機污染物可以選擇性透過膜被另一側的微生物降解。由于萃取膜兩側的生物反應器單元和廢水循環(huán)單元是各自獨立，各單元水流相互影響不大，生物反應器中營養(yǎng)物質和微生物生存條件不受廢水水質的影響，使水處理效果穩(wěn)定。系統(tǒng)的運行條件如 HRT 和 SRT 可分別控制在最優(yōu)的范圍，維持最大的污染物降解速率。
 
 
固液分離型膜-生物反應器


固液分離型膜-生物反應器是在水處理領域中研究得最為廣泛深入的一類膜-生物反應器，是一種用膜分離過程取代傳統(tǒng)活性污泥法中二次沉淀池的水處理技術。
 
在傳統(tǒng)的廢水生物處理技術中，泥水分離是在二沉池中靠重力作用完成的，其分離效率依賴于活性污泥的沉降性能，沉降性越好，泥水分離效率越高。

而污泥的沉降性取決于曝氣池的運行狀況，改善污泥沉降性必須嚴格控制曝氣池的操作條件，這限制了該方法的適用范圍。由于二沉池固液分離的要求，曝氣池的污泥不能維持較高濃度，一般在1.5~3.5g/L 左右，從而限制了生化反應速率。水力停留時間（HRT ）與污泥齡（SRT ）相互依賴，提高容積負荷與降低污泥負荷往往形成矛盾。系統(tǒng)在運行過程中還產生了大量的剩余污泥，其處置費用占污水處理廠運行費用的25% ～40% 。傳統(tǒng)活性污泥處理系統(tǒng)還容易出現(xiàn)污泥膨脹現(xiàn)象，出水中含有懸浮固體，出水水質惡化。

針對上述問題， MBR 將分離工程中的膜分離技術與傳統(tǒng)廢水生物處理技術有機結合，大大提高了固液分離效率，并且由于曝氣池中活性污泥濃度的增大和污泥中特效菌 ( 特別是優(yōu)勢菌群 ) 的出現(xiàn)，提高了生化反應速率。同時，通過降低 F/M 比減少剩余污泥產生量（甚至為零），從而基本解決了傳統(tǒng)活性污泥法存在的許多突出問題。 
 


根據膜組件和生物反應器的組合方式，又可將膜 - 生物反應器分為分置式、一體式以及復合式三種基本類型。以下討論的均為固液分離型膜 - 生物反應器。
 
 
分置式膜-生物反應器


分置式膜-生物反應器把膜組件和生物反應器分開設置，如圖所示。生物反應器中的混合液經循環(huán)泵增壓后打至膜組件的過濾端，在壓力作用下混合液中的液體透過膜，成為系統(tǒng)處理水；固形物、大分子物質等則被膜截留，隨濃縮液回流到生物反應器內。
 
分置式膜 - 生物反應器的特點是運行穩(wěn)定可靠，易于膜的清洗、更換及增設；而且膜通量普遍較大。但一般條件下為減少污染物在膜表面的沉積，延長膜的清洗周期，需要用循環(huán)泵提供較高的膜面錯流流速，水流循環(huán)量大、動力費用高 (Yamamoto,1989) ，并且泵的高速旋轉產生的剪切力會使某些微生物菌體產生失活現(xiàn)象 ( Brockmann andSeyfried, 1997 ) 。
 
 
一體式膜-生物反應器


一體式膜-生物反應器是把膜組件置于生物反應器內部，如圖所示。進水進入膜-生物反應器，其中的大部分污染物被混合液中的活性污泥去除，再在外壓作用下由膜過濾出水。這種形式的膜-生物反應器由于省去了混合液循環(huán)系統(tǒng)，并且靠抽吸出水，能耗相對較低；占地較分置式更為緊湊，近年來在水處理領域受到了特別關注。但是一般膜通量相對較低，容易發(fā)生膜污染，膜污染后不容易清洗和更換。


 
復合式膜-生物反應器


復合式膜-生物反應器在形式上也屬于一體式膜-生物反應器，所不同的是在生物反應器內加裝填料，從而形成復合式膜-生物反應器，改變了反應器的某些性狀，在復合式膜生物反應器中安裝填料的目的有兩個：一是提高處理系統(tǒng)的抗沖擊負荷，保證系統(tǒng)的處理效果。二是降低反應器中懸浮性活性污泥濃度，減小膜污染的程度.保證較高的膜通量。
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