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生物膜-膜生物反應器廢水處理技術進展

生物膜-膜生物反應器廢水處理技術進展

發布日期:2018-07-06 作者: 點擊:

近年來,廢水的處理技術日漸成熟,生物膜法具有運行穩定、較強的抗沖擊負荷能力、更為經濟節能、無污泥膨脹問題、還有一定的硝化反硝化功能等優點,廣泛的運用于生活污水和某些工業廢水的處理。近幾十年,膜生物反應器(MBR)在廢水處理領域受到廣泛的重視,隨著膜材料和制膜技術的發展,其應用領域也不斷的擴大,已經涉及到化工、電子、輕工、紡織、冶金、食品、石油化工等領域[1],但是膜污染問題是限制其廣泛應用的主要瓶頸。生物膜-膜生物反應器是一種將生物膜法和膜分離技術相結合的一種新型高效的廢(污)水處理工藝,該類反應器減少了MBR中懸浮生長微生物,在一定程度上減緩膜的污染;反應器中填料的移動可對膜表面進行有效清洗,減輕了膜污染。


1生物膜-膜生物反應器的概念


1.1生物膜法


生物膜法是利用附著在填料或載體上生長、繁殖的細菌、原生動物、后生動物等微生物形成的生物膜處理廢水。主要有生物濾池、生物轉盤、生物接觸氧化、生物流化床等,目前已經廣泛的應用在各個領域的廢水處理中。


1.2膜生物反應器


膜生物反應器是膜技術和活性污泥法相結合的一種廢水處理技術。在反應器中可以維持高的生物量,實現水力停留時間和污泥停留時間相分離以及產生的污泥量少,處理效率高,出水水質好,設備緊湊,占地面積小等優點。目前對膜生物反應器的研究已經相當成熟,并且已經廣泛應用在各個領域的廢水處理中。


1.3生物膜-膜生物反應器


生物膜-膜生物反應器(BMBR)是將膜分離與生物膜法技術相結合的一種新型廢水處理工藝,是一種既能控制污染又能實現廢水資源化的新興技術[2]。該工藝技術對污染物的去除作用主要是依靠附著在載體上生長的微生物來完成,截留作用主要體現在膜以及膜上面形成的濾餅層的過濾作用上。廢水中的有機污染物的降解主要由三部分組成:一是附著在載體和少量膜組件上的生物膜的降解作用;二是生物反應器內懸浮微生物對有機物的降解作用;三是利用膜對有機大分子的截留作用,這樣有機大分子與微生物接觸反應的時間就更長,更能被有效的降解去除。目前,BMBR還處于實驗研究階段,國內外對此的報道尚不多。


2生物膜-膜生物反應器的原理及特點


2.1工作原理


BMBR是在膜生物反應器內投加填料或培養形成顆粒污泥,微生物在填料表面附著生長形成生物膜,廢水攜帶著污染物和氧氣流過生物膜時,廢水中溶解氧被消耗,有機污染物被生物膜上的微生物吸收降解使廢水得以凈化;微生物不斷生長繁殖,生物膜也不斷增厚,增厚到一定程度時,在生物膜內形成缺氧或厭氧層,為生物脫氮、除磷提供條件;通過在反應器底部曝氣,使生物膜受到水的剪切力不斷脫落更新,處理后的廢水經過膜組件分離后排放[3]。劉琳等[4]曾做過兩段式生物膜-膜生物反應器處理廢水的試驗,結果顯示BMBR運行穩定后出水水質好,COD、氨氮、TP去除效率分別為95%、80%、60%以上。Wang等[5]利用好氧顆粒污泥-MBR處理合成廢水,結果表明,當進水總有機碳為56.8~132.6mg/L,氨氮為28.1~38.4mg/L時,TOC、氨氮、總氮的去除率分別84.7%~91.9%,85.4%~99.7%,41.7%~78.4%。


2.2生物膜-膜生物反應器的優點[6-9]


(1)BMBR綜合了生物膜法和MBR的優點。反應器內由于填料的加入,使得懸浮污泥的濃度降低,改善了膜的通量、降低了膜的阻力、在一定程度上減緩了膜的污染,使膜的運行周期更長,減少了膜的清洗次數,降低處理工藝的動力消耗。


(2)SS的去除率較好。生物膜法中如果厭氧層過厚,生物膜脫落后會產生大量的非活性的細小懸浮物分散于水中,使出水的澄清度降低,而BMBR由于膜分離設備的截留作用可以有效解決這個問題。


(3)有較好的脫氮、除磷效果。硝化菌是化能自氧菌,在混合培養的活性污泥中無法與異養菌競爭,所以在MBR中脫氮效果并不是很好,而投加了填料的BMBR可以承載大量的生物量,有利于世代時間較長的硝化菌生長,而且由于BMBR中形成了厭氧環境,脫氮效果會有所提高。


(4)由于生物膜上的微生物種類豐富,載體的添加可以給微型動物提供了相對穩定的生長環境,存在相當數量的原生動物和后生動物,組成較長的食物鏈,所以生物膜膜生物反應器產生的污泥量少。


2.3生物膜-膜生物反應器的缺點


BMBR和MBR一樣同樣具有以下2個缺點:(1)膜污染問題,沒有有效的清洗技術。膜污染速率隨著溫度的下降而呈現加劇趨勢。(2)膜的制造成本高。


3生物膜-膜生物反應器的研究進展


1996年,美國的Dorr-Oliver公司首先將MBR用于廢水處理的研究以后,許多學者相繼對MBR進行了大量的實驗研究并開發了多種MBR的變形新工藝,如分離式MBR、厭氧式MBR、一體式MBR等。20世紀90年代以后,MBR得到了最迅猛的發展,1995年以后MBR在國外尤其是在美國、日本、加拿大等國進入了實際應用階段。隨著MBR在實際運行中膜污染的問題出現,有的學者在研究此問題時指出,在MBR中,由于膜組件與活性污泥混合液的直接接觸,在膜組件表面生長出生物膜是不可避免的,也就是說膜污染的問題是不可避免的,膜污染在導致膜通量下降的同時也使出水水質變差,但是當時都未對此進行深入的探討,直至后來BMBR的提出。一些學者認為將膜分離技術和生物膜法相結合,將會有更大的優勢。BMBR工藝最早是日本科研人員針對低濃度氨氮廢水處理提出的新工藝。澳大利亞新南威爾士大學膜與分離中心的FaneAG曾采用生物濾池與分離式膜分離設備相結合處理生活廢水,取得了很好的處理效果[10]。在膜分離技術與生物膜相結合的BMBR方面,國內哈爾濱工業大學較早做此方面的工藝研究[11]。


3.1生物填料-MBR


在MBR中投加填料,微生物附著在填料表面生長、繁殖形成生物膜。相較于傳統的MBR而言,填料上微生物種類更加豐富,提高了反應器對有機物的去除率,具有更強的適應性和穩定性以及較強的抗沖擊負荷能力,同時也減少了懸浮的微生物,而且有些填料對胞外聚合物和某些溶解性產物等容易引起膜污染類的物質有吸附作用,這樣有利于減少膜污染,減緩膜通量的下降速度。


朱友兵等[12]在研究改良性聚丙烯懸浮載體-MBR處理廢水時發現懸浮載體-MBR的去除效果較好,COD,NH3-N的去除效果都在90%以上,甚至達100%,出水的濁度接近零。生物填料-MBR處理工業廢水也具有較好的效果。黃健盛等[13]用投加多孔性聚合物填料的一體式MBR處理化工廢水,結果表明,反應器穩定運行后,COD、NH3-N、TP的去除率分別為80.25%~87.15%、73.32%~99.78%和87.09%~93.82%。


YangQiqiong等[14]在研究一些多孔、軟性懸浮載體對膜污染的影響時發現,在MBR中投加懸浮填料可以減緩膜污染的形成,膜的臨界通量提高了大約20%,濾餅阻力減少了86%,膜污染的程度明顯低于未投加填料的MBR。鄭力菲等[15]研究發現,投加最適量(800mg/L)的粉煤灰,膜通量的衰減量最小,反應器的除磷效果明顯增高,從原來的60%提高到90%。


填料MBR中,填料和膜是反應器的核心,在填料的選擇上應該謹慎,如果填料的選擇不當,不但沒有優勢,反而會損壞膜組件。


轉自:北極星環保網


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