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什么是MBR膜生物反應(yīng)器?

文章出處:未知發(fā)表時(shí)間:2021-06-17 14:01:35

 
      膜生物反應(yīng)器(Membrane bio-reactor,簡稱MBR)是將膜分離裝置和生物反應(yīng)器結(jié)合而成的一種污水處理系統(tǒng)。

1、膜生物反應(yīng)器的基本原理與特點(diǎn)
       傳統(tǒng)活性污泥法一般采用重力式沉淀池作為固液分離部分,這就使曝氣池內(nèi)混合液的污泥深度不能太高,限制了活性污泥反應(yīng)的容積負(fù)荷,而且不可避免地會有污泥流失,出水中含有較多懸浮物。膜生物反應(yīng)器中,以膜組件取代傳統(tǒng)生物處理技術(shù)末端二沉池,泥水混合液通過膜設(shè)備,在壓差作用下,清水被分離出來,微生物被截留并回流到反應(yīng)器,反應(yīng)器中保持高活性污泥濃度,提高生物處理有機(jī)負(fù)荷,從而減少污水處理設(shè)施占地面積,并通過保持低污泥負(fù)荷減少剩余污泥量。

膜生物反應(yīng)器的優(yōu)點(diǎn):
        在膜生物反應(yīng)器中,由于用超濾膜組件用途代替?zhèn)鹘y(tǒng)活性污泥工藝中的二沉池,可以進(jìn)行高效的固液分離,克服了傳統(tǒng)活性污泥工藝中出水水質(zhì)不夠穩(wěn)定、污泥容易膨脹等不足,從而具有下列優(yōu)點(diǎn):
        (1)能高效地進(jìn)行固液分離,出水水質(zhì)良好且穩(wěn)定,可以直接回用;
       (2)由于膜的高效截留作用,可使微生物完全截留在生物反應(yīng)器內(nèi),使運(yùn)行控制更加靈活穩(wěn)定;
       (3)生物反應(yīng)器內(nèi)能維持高濃度的微生物量,處理裝置容積負(fù)荷高,占地面積省;
       (4)有利于增殖緩慢的微生物如硝化細(xì)菌的截留和生長,系統(tǒng)硝化效率得以提高。
       (5)膜-生物反應(yīng)器一般都在高容積負(fù)荷、低污泥負(fù)荷下運(yùn)行,剩余污泥產(chǎn)量低,降低了污泥處理費(fèi)用;
       (6)易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制,操作管理方便。
膜生物反應(yīng)器的缺點(diǎn):
         (1)膜堵塞和膜污染問題很難徹底解決是膜生物反應(yīng)器廣泛應(yīng)用的主要障礙?;钚晕勰嘀械睦w維、雜物、一些大分子物質(zhì)、金屬離子、微生物胞外聚合物等都可能造成膜堵塞和膜的污染。目前膜堵塞和膜污染都還沒有辦法徹底解決,只能采用膜清洗的方法來緩解,但不能完全恢復(fù)膜的通量。
          (2)造價(jià)高   膜材料價(jià)格,特別是用于污水處理的抗污染膜的價(jià)格很高,從而導(dǎo)致膜生物反應(yīng)器工藝造價(jià)偏高。
          (3)運(yùn)行成本高   膜生物反應(yīng)器的運(yùn)行成本主要體現(xiàn)在膜維護(hù)和更換的費(fèi)用以及能耗兩方面。為了保持膜的通量,要經(jīng)常對膜進(jìn)行清洗,消耗化學(xué)藥劑,并且由于膜污染和機(jī)械損壞等問題,膜的壽命一般不超過3~5年,甚至更短,造成膜更換頻繁,增加水處理的平均成本;動(dòng)力費(fèi)用主要是為了保證膜表面錯(cuò)流流速和過濾壓力的動(dòng)能消耗、污泥回流以及曝氣設(shè)備的能耗。
 
2、膜生物反應(yīng)器的分類
          膜生物反應(yīng)器主要由膜組件、泵和生物反應(yīng)器三部分組成。生物反應(yīng)器是污染物降解的主要場所,膜組件中的膜根據(jù)膜材料化學(xué)組成的不同可分為有機(jī)膜和無機(jī)膜,根據(jù)膜孔徑大小的不同可分為微濾膜和超濾膜,按膜的形狀的不同可分為平板膜、管式膜和中空纖維膜。泵是系統(tǒng)運(yùn)行的動(dòng)力來源,根據(jù)泵與膜組件的相對位置不同可分為加壓泵和抽吸泵。
       (1)根據(jù)膜組件所起作用分類
       根據(jù)膜組件所起作用不同,通常將MBR分為三種:固液分離MBR、膜曝氣MBR和萃取MBR。研究和應(yīng)用現(xiàn)狀而言,固液分離MBR在污水處理中占絕對優(yōu)勢。
       (2)根據(jù)膜組件和生物反應(yīng)器的組合位置,可將膜生物反應(yīng)器分為一體式和分置式兩大類。
        一體式膜生物反應(yīng)器
        一體式膜生物反應(yīng)器主要用于處理生活污水和糞便污水,其工藝流程如圖1所示,膜組件直接置于生物反應(yīng)器中,膜表面的錯(cuò)流是由空氣攪動(dòng)產(chǎn)生的。曝氣器設(shè)置在膜組件的正下方,混合液的氣流攪動(dòng)在膜表面產(chǎn)生剪切應(yīng)力,在這種剪切應(yīng)用的作用下,膜表面的濃差極化層變薄,積累的膠體顆粒減少,從而減緩膜的堵塞。

 
圖1  一體式膜生物反應(yīng)器工藝流程
 

       一體式膜生物反應(yīng)器的優(yōu)點(diǎn):
       a.  結(jié)構(gòu)緊湊,體積??;
      b.  設(shè)備簡單,只需要水泵、曝氣器,不需要混合液回流泵;
      c.  運(yùn)行成本低   節(jié)省了液體循環(huán)至膜分離以及截留的固體返回到生物反應(yīng)器的費(fèi)用;
      d.  過膜壓力小,沿著纖維長度方面基本分布均勻,堵塞率低;
      e.  一體式膜生物反應(yīng)器的膜通量低于分置式的膜通量。
       一體式膜生物反應(yīng)器的缺點(diǎn):由于膜表面的流速小,因而膜污染相對嚴(yán)重,膜清洗頻率高,更換周期短成為一體式膜生物反應(yīng)器的最大問題。
 
       分置式膜生物反應(yīng)器
           分置式膜生物反應(yīng)器是指膜組件與生物反應(yīng)器分開設(shè)置,兩者通過泵與管線連接構(gòu)成。在反應(yīng)器內(nèi)設(shè)有循環(huán)管路,混合液經(jīng)泵增壓后進(jìn)入膜組件,在壓力作用下混合液中的液體透過膜,成為系統(tǒng)處理水排出系統(tǒng),而包括活性污泥在內(nèi)的懸浮物、大分子物質(zhì)等被膜截留,隨濃縮液回流到生物反應(yīng)器內(nèi),其工藝流程如圖2所示。

圖2  分置式膜生物反應(yīng)器工藝流程
 
      分置式膜生物反應(yīng)器具有以下特點(diǎn):
     a.  膜組件與生物反應(yīng)器分開設(shè)置,相對獨(dú)立運(yùn)行,易于調(diào)節(jié)控制;
     b.  膜組件置于反應(yīng)器外,易于膜的清洗、更換及增設(shè);
      c. 為了減輕懸浮物在膜面的沉積,采取高速錯(cuò)流過濾,動(dòng)力消耗較高;
      d. 分置式MBR比較適合處理難生物降解、高有機(jī)濃度以及有毒的污水,在工業(yè)廢水處理中應(yīng)用較多。
 
      (3)按需氧方式分類
       根據(jù)生物反應(yīng)器中微生物生長需氧情況的不同分為好氧和厭氧兩大類。好氧MBR主要是針對城市污水和生活污水的處理;厭氧MBR主要是針對高濃度有機(jī)廢水的處理。厭氧過程可提高高濃度有機(jī)廢水的可生化性,改變難降解有機(jī)物的分子結(jié)構(gòu),利于后續(xù)好氧MBR處理,顯著提高有機(jī)物去除率。
 
3、膜生物反應(yīng)器的控制條件
      (1MLSS濃度
       膜生物反應(yīng)器最主要的特征之一就是在高污泥濃度下運(yùn)行,高污泥濃度對容積負(fù)荷、處理效果、污泥產(chǎn)率都有有利影響,但是過高的污泥濃度會加速膜污染,增大混合液黏度,進(jìn)而降低膜通量。MLSS對通量的影響很復(fù)雜,同時(shí)受到操作壓力、曝氣強(qiáng)度、溫度等眾多因素的影響。
       (2)曝氣強(qiáng)度
        在一般的好氧生物反應(yīng)器中,曝氣的主要目的是為了反應(yīng)器內(nèi)的微生物的生命活動(dòng)提供充分的氧,在一體式膜生物反應(yīng)器中曝氣強(qiáng)度與膜通量有著密切關(guān)系:當(dāng)曝氣強(qiáng)度足夠大時(shí),MLSS由10g/L變化到35g/L時(shí),MLSS與膜通量沒有明顯的相關(guān)性,但如果降低曝氣強(qiáng)度,MLSS對膜通量產(chǎn)生一定的影響,因此增加曝氣強(qiáng)度有利于減緩膜污染。
       (3)操作壓力
         操作壓力和膜通量是膜組件在一定條件下的固有特性,也是膜分離系統(tǒng)的重要運(yùn)行參數(shù)。操作壓力對膜通量和膜污染都有影響,當(dāng)操作壓力低于臨界壓力值時(shí),膜通量隨壓力的增大而增加,高于此值則會引起膜表面污染加劇,而且膜能量隨壓力的變化并不明顯。不同的膜具有不同的臨界壓力值,且隨膜孔徑的增大而減小。
 
4、膜生物反應(yīng)器的應(yīng)用范圍
     (1)工業(yè)廢水處理
       各類飲料工廠、酒廠、食品廠、畜牧、屠宰廢水處理、 染整、皮革、紙漿廠、制藥業(yè)、石油化工、高濃度有機(jī)等廢水處理、舊有污水廠制程改善、反滲透系統(tǒng)之前處理。
      (2)污水回收
        大型市政廢水處理及再利用、生活中水回用、百貨、辦公大樓中水回用、餐廳或風(fēng)景區(qū)廢水處理及再利用、地表水凈化處理、洗車廠船舶污水回收再利用。

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