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MBR是指将超、微滤膜分离技术与污水处理中的生物反应器相结合而成的一种新的污水处理装置。这种反应器综合了膜处理技术和生物处理技术带来的优点。超、微滤膜组件作为泥水分离单元,可以完全取代二次沉淀池

一、MBR膜的类型

1、固液分离型膜

固液分离型膜--生物反应器是在水处理领域中研究得最为广泛深入的一类膜生物反应器,是一种用膜分离过程取代传统活性污泥法中二次沉淀池的水处理技术。

其通过膜组件将固体有机物回流至反应器中,再将处理过的有机水排出。膜分离生物反应器的类型可以根据膜组件与生物反应器位置进行分类有一体式膜生物反应器、分置式膜生物反应器、复合式膜生物反应器。

在传统的废水生物处理技术中,二次沉淀池中的泥水分离靠重力作用完成的,其分离效率依赖于活性污泥的沉降性能,沉降性越好,泥水分离效率越高。

而污泥的沉降性取决于曝气池的运行状况,改善污泥沉降性必须严格控制曝气池的操作条件,这限制了该方法的适用范围。

由于二沉池固液分离的要求,曝气池的污泥不能维持较高浓度,一般在 1.5~3.5g/L左右,从而限制了生化反应速率。

水力停留时间(HRT)与污泥龄(SRT)相互依赖,提高容积负荷与降低污泥负荷往往形成矛盾。系统在运行过程中还产生了大量的剩余污泥,其处置费用占污水处理厂运行费用的25% ~40% 。

针对上述问题:

MBR将分离工程中的膜分离技术与传统废水生物处理技术有机结合,大大提高了固液分离效率;

并且由于曝气池中活性污泥浓度的增大和污泥中特效菌(特别是优势菌群)的出现,提高了生化反应速率;

同时,通过降低F/M比减少剩余污泥产生量(甚至为0),从而基本解决了传统活性污泥法存在的许多突出问题。

2、曝气膜

曝气膜--生物反应器(AMBR)采用透气性致密膜(如硅橡胶膜)或微孔膜(如疏水性聚合膜),以板式或中空纤维式组件,在保持气体分压低于泡点( Bubble Point)情况下,可实现向生物反应器的无泡曝气。

该工艺的特点是提高了接触时间和传氧效率,有利于曝气工艺的控制,不受传统曝气中气泡大小和停留时间的因素的影响。

3、萃取膜

萃取膜生物反应器,又称为EMBR(Extractive Membrane Bioreactor)。

因为高酸碱度或对生物有毒物质的存在,某些工业废水不宜采用与微生物直接接触的方法处理;

当废水中含挥发性有毒物质时,若采用传统的好氧生物处理过程,污染物容易随曝气气流挥发,发生气提现象,不仅处理效果很不稳定,还会造成大气污染。

为了解决这些技术难题,英国学者Livingston研究开发了EMB。废水与活性污泥被膜隔开来,废水在膜内流动,而含某种专性细菌的活性污泥在膜外流动,废水与微生物不直接接触,有机污染物可以通过选择性透过膜被另一侧的微生物降解。

由于萃取膜两侧的生物反应器单元和废水循环单元是各自独立,各单元水流相互影响不大,生物反应器中营养物质和微生物生存条件不受废水水质的影响,使水处理效果稳定。

二、MBR工艺集合

根据膜组件和生物反应器的组合方式,可将膜--生物反应器分为分置式、一体式以及复合式三种基本类型。(以下讨论的均为固液分离型膜--生物反应器)

1、分置式

把膜组件和生物反应器分开设置。

生物反应器中的混合液经循环泵增压后打至膜组件的过滤端,在压力作用下混合液中的液体透过膜,成为系统处理水;固形物、大分子物质等则被膜截留,随浓缩液回流到生物反应器内。

2、一体式

把膜组件置于生物反应器内部。进水进入膜--生物反应器,其中的大部分污染物被混合液中的活性污泥去除,再在外压作用下由膜过滤出水。

这种形式的膜--生物反应器由于省去了混合液循环系统,并且靠抽吸出水,能耗相对较低;占地较分置式更为紧凑,近年来在水处理领域受到了特别关注。

但是一般膜通量相对较低,容易发生膜污染,膜污染后不容易清洗和更换。

3、复合式

形式上也属于一体式膜--生物反应器,所不同的是在生物反应器内加装填料,从而形成复合式膜--生物反应器,改变了反应器的某些性状。

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4、组合工艺

为了使废水达到更好的净化效果,常常将生化工艺和MBR工艺组合成新的系统。

1)AO-MBR工艺

在AO-MBR系统中,被隔除了悬浮物和杂物的废水流入调节池,均衡水质水量,然后进入沉淀池进行固液分离。

上流清夜流入MBR处理池,MBR处理池设计为AO系统:在前段,进段的会流水充分混合进行生物反硝化脱氮,在后段进行生物降解和硝化,同时加碱,处理后的废水直接排放。

2)A2O-MBR工艺

在该工艺中设置有两段回流,一段是膜池的混合液回流至缺氧池实现反硝化脱氮,另一段是缺氧池的混合液回流至厌氧池,实现厌氧释磷。传统的生物脱氮工艺通常采用前置反硝化或后置反硝化来实现氮的去除,而设置了厌氧、缺氧和好氧反应器的A2O工艺则可以实现同步除碳和脱氮除磷功能。

A2O-MBR工艺中高浓度的MLSS、独立控制的水力停留时间和污泥停留时间、回流比及污泥负荷率等都会产生与传统A2O工艺不同的影响,具有较好的脱氮除磷效率。由A2O工艺与膜分离技术结合而成的具有同步脱氮除磷功能的A2O-MBR工艺,可进一步拓展MBR的应用范畴。

3)A2O/A-MBR工艺

A2O/A-MBR工艺是一种强化内源反硝化的新型工艺,该工艺利用MBR内高浓度活性污泥和生物多样性来强化脱氮除磷效果,工艺流程依次为厌氧、缺氧、好氧、缺氧和膜池。A2O/A-MBR工艺是针对进水碳源不足,而同时又有较高脱氮要求的污水处理项目所开发,也是强化脱氮的MBR脱氮处磷工艺。

该工艺在普通A2O工艺后再设一级缺氧池,在利用进水快速碳源完成生物除磷和脱氮后,再利用第二缺氧池进行内源反硝化,进一步去除TN,之后,再利用膜池的好氧曝气作用保障出水。

4)3A-MBR工艺

该工艺的内部流程依次是第一缺氧池、厌氧池、第二缺氧池、好氧池和膜池,膜池混合液分别回流至第一缺氧池和第二缺氧池。3A-MBR工艺合理地组合了有机物降解和脱氮除磷等各处理单元,协调了各种生物降解功能的发挥,达到了同步去除各污染指标的目的,具有较高的推广应用价值。

3A-MBR是依据生物脱氮除磷机理,结合膜生物反应器技术特点而形成的具有高效脱氮除磷性能的新型污水处理工艺。其基本原理是,膜生物反应器内的高浓度硝化液和高浓度活性污泥经过回流系统形成良好的缺氧、厌氧条件,实现系统的高效脱氮除磷。

第一缺氧池利用进水碳源和回流硝化液进行快速反硝化,接着混合液进入厌氧池进行厌氧释磷,减少了硝酸盐对释磷的影响,第二缺氧池再利用污水中剩余的碳源和回流的硝化液进一步反硝化脱氮,好氧池内同步发生有机物降解、好氧释磷和好氧硝化等多种反应,彻底去除污水中的污染物,混合液再a经膜过滤出水,实现了对污水中有机物和氮磷的去除。

5)A(2A)O-MBR工艺

生物脱氮所用碳源一般有3类:原水碳源、外加碳源和内源碳源。利用原水碳源的前置反硝化工艺一般总氮去除率不高,如果要进一步提高脱氮效率,则需要外加碳源进行反硝化。

A(2A)OMBR工艺生物池两段缺氧的设计正是借鉴了这个原理。生物反硝化需要有机碳源作为电子供体,用于产能和细胞合成。有关研究发现污泥中含有的碳水化合物(50.2%)、蛋白质(26.7%)、脂肪(20.0%)均属于慢速可生物降解碳源,如果将这些物质转化为易生物降解碳源用于脱氮系统。

A(2A)O-MBR工艺是两段缺氧A2O工艺与MBR工艺的结合,其特点是在传统的A2O工艺中设置了两段缺氧区(缺氧区Ⅰ和缺氧区Ⅱ),在第一缺氧区内从好氧区回流的NO3-完全被还原,实现完全反硝化;而在第二缺氧区内实现内源反硝化,节省外加碳源的投加,则可大大提高污水的生物脱氮效率,同时避免了外加碳源,节约运行费用,因此具有很高的价值。

6)SBR-MBR工艺

该工艺集进水、厌氧、好氧、沉淀于一池,不但可以为实现生物脱氮除磷提供条件,还可以灵活变换运行方式以适应不同类型污水的处理要求,便于自动控制等。

此外,SBR式的工作方式为除磷菌的生长创造了条件,同时也满足了脱氮的需要,使得单一反应器内实现同时高效去除氮磷及有机物成为可能。与传统SBR系统相比,SBR-MBR在反应阶段利用膜分离排水,可以减少传统SBR的循环时间。

将SBR与MBR相结合形成的SBR-MBR工艺,除了具有一般MBR的优点外,对于膜组件本身和SBR工艺两种程序运行都互有帮助。

序批式反应器(SBR)作为一种改良型的活性污泥处理工艺,利用时间上的推流代替空间上的推流,即以时间换空间的概念。

由于膜组件的截留过滤作用,反应中的微生物能最大限度地增长,利于世代时间较长的硝化及亚硝化细菌的生长繁殖,因此,污泥的生物活性高,吸附和降解有机物的能力较强,同时也具有较好的硝化能力。同时,序批式的运行方式可以延缓膜污染。


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