（环境科学与工程专业论文）动态膜生物反应器工艺研究.pdf

摘要 对污泥的截留一 i 常有效，在动态膜形成后稳定运行时，出水的浊度可以达到 】 度以 f :对 c o d c r 的去除率在 7 0 - 8 0 %及以 卜 ，对 n h 4 - n的去除率在 8 0 - 9 0 % 及以 i._ ,稳定运卞 1 的时间达到 8 - 1 2小时。 小试规模的研究得出以 卜 结论: 研究表明，以 一 定日 数的金属丝网为基材的d mb r工艺，通过各参数优 化比较 ( 如wh , 基材，通量，冲洗)以及 j 一 艺连续试验，说明其在原理技术 上 是可行的。 0研究表明，同传统 mb r相比，d mb r表现出了如下特点: a ) 动力消耗小， 无需泵抽出 水， 仅以 若一! 高度的水头自 流即可满足出 水动 力要求。 b ) 通量大， 稳定 通量 在0 . 1 5 m 3 / m z -h( 文中m 3 / m z .h 简称为m / h ) 及以f , 远远超过普通的mb r反应器。 c ) 动态膜的污染较特殊， 可以 用混合液冲洗方 式清除生物动态膜， 并 在下 一周期运行中进行再生，重复操作，形成连续的进出水。 d ) 基材金属丝网 价格便宜， 动态膜是在线形成， 整体成本低， 取决于膜组 件的加工。 鉴于本研究的局限性，建议后续研究应着重于以下 几个方面: a ) 进行扩 一大规模的中 试研究。 b ) 膜组件的制作需仔细考虑， 精细加工， 并辅以 相应的自 动控制设施如冲 洗，出水，通量调节等。 c ) 冲洗的 布气系统需要重 新规划和评估， 中 试 研究的 堵塞冲 洗效果需要重 新评估。 关键词:动态膜，动态膜生物反应器，污泥过滤 ab s t r a c t abstract m e m b r a n e b i o - r e a c t o r ( mb r , h e r e a ft e r ) i s a k i n d o f h i g h - e f f i c i e n c y w a t e r t r e a t m e n t p r o c e s s d e v e l o p e d i n r e c e n t y e a r s , w h i c h i s u s e d i n t h e w a t e r t e c h n o l o g y f i e l d w i d e l y . s i m i l a r t o mb r , d y n a m i c me m b r a n e b i o - r e a c t o r ( d mb r , h e r e a ft e r ) , i s a l s o p a i d in t e n t i o n b y s o m e r e s e a r c h e r s . d u r i n g t h e m e m b r a n e f i l t r a t i o n p r o c e s s , t h e f i lt r a t i o n o b j e c t iv e s a r e r e t a i n e d o r a b s o r b e d o n . t h e s u r f a c e o f m e m b r a n e a n d f o r m e d f i lt r a t i o n c a k e , w h i c h w o u l d c a u s e p e n n e a t e d e c r e as i n g a n d t r a n s - m e m b r a n e p r e s s u r e ( t mp , h e r e a ft e r ) i n c r e as i n g , t h i s p h e n o m e n o n i s c a l l e d m e m b r a n e f o u l i n g . i n c o m m o n s e n s e , me m b r a n e s h o u l d b e a v o i d e d o r b e a l l e v i a t e d , h o w e v e r , a lt h o u g h t h e f i l t r a t i o n c a k e c o u l d e n h a n c e e n e r g y c o n s u m in g , i t i n d e e d c o u l d a l s o h e l p t o r e t a i n fi n e r p a r t i c l e s a n d t h u s e n h a n c e t h e f i l t r a t i o n p e r f o r m a n c e o f t h e m e m b r a n e . c o m p a r e d t o c o m m o n m e m b r a n e , t h e d y n a m i c m e m b r a n e i s i n b e tt e r p e r m e a b i l i t y . t h e r e s e a r c h o n d mb r i s j u s t a k i n d o f u s e o f t h i s p h e n o m e n o n i n w a t e r t r e a t m e n t fi e l d . t h e c o m p o n e n t s o f d mb r i n c l u d e t h e b a s e m a t e r i a l , t h e d y n a m i c m e m b r a n e f o r m e d i n l i n e a n d t h e a c t i v e d s l u d g e b i o - r e a c t o r . t h i s d i s s e rt a t i o n s t u d i e d t h e d mb r t e c h n o l o g y in m u n i c ip a l w a s t e w a t e r t r e a t m e n t f i e l d f ro m t h e f o l l o w i n g as p e c t s : t h e s e l e c t i o n o f b a s i c m a t e r i a l s , o p e r a t i o n w a t e r h e a d ( wh , h e r e a ft e r ) , t h e c l e a n i n g s t y l e s a n d e ff e c t s , a n d p r o c e s s c o n t i n u o u s o p e r a t i o n s , s p e c i f i e d as f o l l o w i n g : 1 ) b a s e m a t e r i a l s s e l e c t i o n . t h e c o a r s e p o r e fi l t r a t i o n m a t e r i a l u s e d in t h i s r e s e a r c h i s s t a i n l e s s s t e e l f i b e r s f a b r i c a t i o n w i t h c e r t a i n m e s h e s , w h i c h w as b as e d o n t h e f o l l o w i n g c o n s id e r a t i o n s : g o o d s t r e n g t h , e v e n p o r e s s i z e , d u r a b i l i t y , a c c e p t a n c e i n p r i c e . t h e r e s e a r c h c o n c e rne d t h e a ff e c t o f d i ff e r e n t m e s h e s o f b a s e m a t e r i a l s t o p e r m e a t e fl u x , m e m b r a n e f o u l i n g a n d t h e p r o p e rt ie s o f m e m b r a n e f o r m i n g . i t w a s c o n c l u d e d t h a t a b a s e m a t e r i a l o f 2 0 0 m e s h e s c o u l d m e e t t h e e x p e r i m e n t r e q u i r e m e n t s . 2 ) s e l e c t io n o f o p e r a t i o n wh . t h e w h i s c o n s i d e r e d a s t h e f o r c e s o f p e r m e a t e . i n t h i s p a p e r , d i ff e r e n t wh s a s 1 0 , 2 0 , 3 0 , 4 0 c m w e r e s t u d i e d t o d e t e r m i n e t h e ir a ff e c t t o f i l t r a t i o n p e r f o r m a n c e . i t w a s f o u n d t h a t s o m e c e r ta i n wh i s o f m in o r i n fl u e n c e t o i i i ab s t r a c t d y n a m i c m e m b r a n e c h a r a c t e r i s t i c s , w h i l e , a s u d d e n c h a n g e i n w h w o u l d d e f i n i t e l y a ff e c t t h e p e r m e a t e fl u x ; m e a n w h i l e , t a k e n i n t o a c c o u n t o f t h e fl u c t u a t i o n o f w a t e r l e v e l , wh 3 0 c tn w as s e l e c t e d t o o p e r a t e t h e d mb r . 3 ) a d j u s t m e n t o f p e n n e a t e fl u x . i t w a s f o u n d t h e p e r m e a t e fl u x h a d a n e s s e n t i a l i n fl u e n c e t o d mb r i n i t s f o r m i n g , s t a b l e o p e r a t i o n a n d f o u l i n g p e r i o d i c i t y . i t w a s p r o v i d e d o f a m e t h o d t o m a i n t a in s t a b l e a n d h i g h p e r m e a t e fl u x b y m e a n s o f a d j u s t m e n t o f i n i t i a l fl u x a n d s t a b l e o p e r a t i o n fl u x p a r a m e t e r s i n t h i s e x p e r i m e n t . 4 ) c l e a n i n g m e t h o d s . i t w a s f o u n d i n t h e e x p e r i m e n t t h a t t h e m o s t e ff e c t iv e c l e a n i n g s t y l e w a s a b i l a t e r a l fl u s h i n g a b o u t 1 0 m i n u t e s w it h w a t e r - g as m i x t u r e f r o m h i g h a e r a t i o n i n t h e r e a c t o r , w h i c h c o u l d r e m o v e t h e b i o - m e m b r a n e f o r m e d o n c o m p o n e n t s u r f a c e , t h e n t h e d y n a m i c m e m b r a n e w as r e g e n e r a t e d a n d a n o t h e r p e r i o d i c o p e r a t i o n s t a r te d . 5 ) p r o c e s s e x p e r i m e n t . u n d e r t h e c o n d i t i o n o f ml s s 2 0 0 0 , 3 5 0 0 , 6 0 0 0 m g 几， t h e o p e r a t i o n a l e ff e c t s w e re s t u d i e d w i t h c o n t i n u o u s fl o w a s p r o c e s s o p e r a t i o n . i t w a s o b s e r v e d t h a t t h e r e t a i n i n g o f s l u d g e b y d mb r w as s u c c e s s f u l , t h e t u r b i d i t y o f o u t f l o w c o u l d b e l o w o n e g r a d e d u r i n g t h e s t a b l e o p e r a t i o n p e r i o d ; t h e r e m o v a l r a t i o o f c o d c r c o u l d a c h i e v e a b o v e 7 0 - - 8 0 %, t h e r e mo v a l r a t i o o f n i 1 4 - n c o u l d a c h i e v e 8 09 0 % a n d t h e s t a b l e o p e r a t i o n a l t i m e c o u l d a c h i e v e 8 - 1 2 h o u r s p e r p e r i o d i c i t y . f r o m t h e l a b - s c a l e e x p e r i m e n t , t h e f o l l o w in g c o n c l u s i o n s c o u l d b e d r a w n : . t h e r e s e a r c h s h o w e d t h a t , t h r o u g h t h e o p t i m i z a t i o n o f o p e r a t i o n a l p a r a m e t e r s s u c h as v v h , b as e m a t e r i a l , p e r m e a t e fl u x a n d c l e a n i n g m e t h o d s , d mb r w h i c h u t i l i z e d c e rt a i n s t a i n l e s s s t e e l t o f o r m d y n a m i c m e m b r a n e c o u l d m e e t p r o c e s s r e q u i r e m e n t s , i t s f e as i b l e i n t h e o r y a n d t e c h n o l o g y . i t w as d e m o n s t r a t e d i n t h e e x p e r i m e n t t h a t , c o m p a r e d t o c o m m o n mb r , t h e f o l l o w i n g c h a r a c t e r i s t i c s w e r e s h o w n t h r o u g h d mb r : a ) l e s s e n e r g y c o n s u m in g , n o p u m p w as n e e d e d f o r o u t fl o w , s o m e w a t e r h e a d w a s a c t i n g a s t h e f o r c e o f o u t fl o w . b ) mo r e p e r m e a t e fl u x , t h e s t a b l e p e r m e a t e fl u x c o u l d b e 0 . 1 5 m t h o r a b o v e , w h i c h w a s f a r e x c e e d i n g c o m mo n mb r . c ) d u e t o i t s s p e c i a l m e m b r a n e f o u l i n g , t h e g as - w a t e r m i x t u r e fl u s h i n g m e t h o d 1 v ab s t r a c t w a s u s e d t o c l e a n t h e d y n a m i c m e m b r a n e , a n d t h e n , r e g e n e r a t e d t h e d y n a m i c m e m b r a n e , p e r i o d i c o p e r a t i o n t o g e t c o n t i n u o u s o u t fl o w . d ) t h e b a s e m a t e r i a l w a s c h e a p a n d t h e d y n a m i c m e m b r a n e w a s f o r m e d o n l i n e . wh ic h me a n s t h e w h o l e c o m p o n e n t w a s l o w c o s t e d t h e f o l l o w i n g r e s e a r c h e s a r e n e e d e d f o r f u r th e r w o r k i n g i n a c c o r d a n c e o f t h e r e s u l t s o f t h i s e x p e r i m e n t s : a ) mid d l e - s c a l e e x p e r i m e n t i s n e e d e d b ) t h e m a n u f a c t u r e o f d y n a m i c m e m b r a n e c o m p o n e n t s h o u l d b e r e c o n s i d e r e d , w h i l e s o m e n e w a u t o - c o n t r o l f a c i l i t i e s s h o u l d a l s o b e a d d e d s u c h a s fl u s h i n g , o u t fl o w a n d fl u x a d j u s t m e n t e q u i p m e n t s . c ) t h e l a y o u t o f a e r a t i o n p i p i n g s h o u l d b e r e m o d e l e d a n d e v a l u a t e d , s o s h o u l d t h e f o u l in g - c l e a n i n g e ff e c t s o f m i d d l e - s c a l e e x p e r i m e n t k e y w o r d s : d y n a m i c me m b r a n e , d y n a m i c me m b r a n e b i o - r e a c t o r , s l u d g e f i l t r a t i o n v 同济大学学位论文原创性声明 本人郑重声明: 所呈交的学位论文， 是本人在导师指导下， 进行 研究工作所取得的成果。 除文中已经注明引用的内容外， 本学位论文 的研究成果不包含任何他人创作的、 己公开发表或者没有公开发表的 作品的内容。对本论文所涉及的研究工作做出贡献的其他个人和集 体， 均己 在文中以明确方式标明。 本学位论文原创性声明的法律责任 由本人承担。 签名: 学位论文版权使用授权书 本人完全了解同济大学关于收集、保存、使用学位论文的规定， 同意如下各项内容:按照学校要求提交学位论文的印刷本和电子版 本;学校有权保存学位论文的印刷本和电子版，并采用影印、缩印、 扫描、 数字化或其它手段保存论文; 学校有权提供目 录检索以及提供 本学位论文全文或者部分的阅览服务; 学校有权按有关规定向国家有 关部门或者机构送交论文的复印件和电子版; 在不以赢利为目的的前 提下，学校可以适当复制论文的部分或全部内 容用于学术活动。 学位论文作者签名 卿 于 年3 ,q 0 日 经指导教师同意，本学位论文属于保密，在年解密后适用 本授权书。 指导教师签名:学位论文作者签名: 年月日年月日 第 一 章 .前丫 第一章.前言 1 . 1 .课题背景介绍 膜是一种薄层物质，其表而具有或大或小的孔，在一定的推动压力下，它 能将物质按其物理化学性质将其分离。按其孔径的大小，可以有微滤、超滤、 纳滤之分;而按其分离推动力来分，可以有反渗透、电渗析、渗析、 渗透蒸发、 膜蒸馏等;按膜的材料来分，大体上分为有机膜和无机膜，两者又各自 进行细 分;按其几何形状，商业化的组件有板型、圆管型、螺旋卷型和中空纤维型等 等。 膜分离是近来蓬勃发展的一项新型实用技术， 它在近4 0 年来取得了令世人 瞩日 的发展，先后出现的各形式材料的膜分别应用于石汕、天然气、石化、及 轻工、电子、电力、食品、饮料和水处理工业，在它们的技术革新和成本降低 方面有显著的成就。 膜法水处理技术是一个广泛的定义，指以膜为主体的应用于给水及废水处 理的技术。近三、四年来，膜分离技术得到迅猛的发展，出现了各种类型的有 工业应用价值的膜，如微滤mf 、超滤o f 、纳滤n f 、反渗透r o 、电渗沂等， 在海水淡化，精细过滤，给排水处理，高纯水处理等领域得到了广泛的应用。 特别近年来，膜技术己经深入到废水处理领域，对于高 c o d ,高 s s及难降解 有机废水的处理中 渐渐显示出 优越性川 。 下图1 - 1 表明了 不同 孔径的过滤要求对 应的过滤方式。 在废水处理中， 膜生物反应器( 简称m b r ) 特指用于水处理的，由 膜分离技 术和生物反应器结合在一起形成的高效反应系统。由于其泥水分离的高效性， 使传统的二沉池处于无用地位，污泥的沉淀性无须再考虑，由此导致了生物反 应器内高污泥浓度、高曝气强度，甚至于对传统工艺所不允许出现的丝状菌也 可转化为其优势菌种。它一 出现就引起了研究者的强烈兴趣，带来了污水处理 工艺的革命性发展。总体说来，膜生物反应器 mb r优点在于: i 处理效果好。由于膜反应器孔径均较小，一般小于 1 0 微米，甚至十达到 0 . 1微米，不论其污泥浓度或其沉降性能均不能影响其出水水质，c o d c r及 第 一 章 .前丫 第一章.前言 1 . 1 .课题背景介绍 膜是一种薄层物质，其表而具有或大或小的孔，在一定的推动压力下，它 能将物质按其物理化学性质将其分离。按其孔径的大小，可以有微滤、超滤、 纳滤之分;而按其分离推动力来分，可以有反渗透、电渗析、渗析、 渗透蒸发、 膜蒸馏等;按膜的材料来分，大体上分为有机膜和无机膜，两者又各自 进行细 分;按其几何形状，商业化的组件有板型、圆管型、螺旋卷型和中空纤维型等 等。 膜分离是近来蓬勃发展的一项新型实用技术， 它在近4 0 年来取得了令世人 瞩日 的发展，先后出现的各形式材料的膜分别应用于石汕、天然气、石化、及 轻工、电子、电力、食品、饮料和水处理工业，在它们的技术革新和成本降低 方面有显著的成就。 膜法水处理技术是一个广泛的定义，指以膜为主体的应用于给水及废水处 理的技术。近三、四年来，膜分离技术得到迅猛的发展，出现了各种类型的有 工业应用价值的膜，如微滤mf 、超滤o f 、纳滤n f 、反渗透r o 、电渗沂等， 在海水淡化，精细过滤，给排水处理，高纯水处理等领域得到了广泛的应用。 特别近年来，膜技术己经深入到废水处理领域，对于高 c o d ,高 s s及难降解 有机废水的处理中 渐渐显示出 优越性川 。 下图1 - 1 表明了 不同 孔径的过滤要求对 应的过滤方式。 在废水处理中， 膜生物反应器( 简称m b r ) 特指用于水处理的，由 膜分离技 术和生物反应器结合在一起形成的高效反应系统。由于其泥水分离的高效性， 使传统的二沉池处于无用地位，污泥的沉淀性无须再考虑，由此导致了生物反 应器内高污泥浓度、高曝气强度，甚至于对传统工艺所不允许出现的丝状菌也 可转化为其优势菌种。它一 出现就引起了研究者的强烈兴趣，带来了污水处理 工艺的革命性发展。总体说来，膜生物反应器 mb r优点在于: i 处理效果好。由于膜反应器孔径均较小，一般小于 1 0 微米，甚至十达到 0 . 1微米，不论其污泥浓度或其沉降性能均不能影响其出水水质，c o d c r及 第 一 章.前言 n h 3 - n大大低 于 排放标准， s s基本接近于零，对j 几 病菌的去除也具有极高效 率。 其i f , 水可达到生活杂用水水质标准( c j 2 5 .2 - 8 9 ) . 2 . 容积负荷高， 装置紧凑，占地面积小。 传统的生物法的缺点之 一 ， 即在为 使污泥沉淀性能好，曝气池内的污泥浓度不可更高;学者一直在设法提高污泥 浓度，同时保持污泥良好的沉淀性能。膜生物反应器的污泥浓度至少可达 1 0 0 0 0 m 留 l , 高可到3 0 0 0 0 m g / l ， 如此高的污泥浓度， 正是工艺所需要的。 故膜 生物反应器的容积负荷相对于传统生物反应器来说， 高出3 - 1 0 倍， 占地节省很 多。同时，由于 二沉池省略，更减小了反应系统的占地面积。 3 . 剩余污泥量小。mb r的污泥浓度高，在于其生物固体停留时间s r i ， 长， 因此，剩余污泥量相对小，可以节省污泥处理费用。 4 .维护管理。 由于省去二沉池， 及省略了对活性污泥沉降性能的考虑， mb r 反应器省略了某些方面的维护， 但同时增加了对膜的维护， mb r是否易于维护 管理，取决于反应设备的运行状况，运行的优化会减小反应器的维护管理。 : t o g c 孔 径 / m ) 0; 旧，门尸 分 了锦硅 胶 超滤膜 迪纸微 孔 筛 硅藻上油层沙滤层 漆析 颗粒活性炭层 粉 末 活性 炭层 尼龙纤维，金属 滤网 玻璃纤维滤膜 聚碳酸滤膜 深床 过 流 . 合成 聚合 物 涟服 图 1 - 1不同过滤方式对应的孔径分布 第一章.前言 1 . 2 . 膜生物反应器简介 1 9 6 9 年， 美国 的s m it h 2 1首次 报 道了 活 性 污泥 法 和 超滤 结 合 处 理 城 市 污 水 的方法，是膜生物反应器的雏型，该工艺特别引人瞩目的是用膜分离技术代替 常规活性污泥法中的二沉池，将膜分离技术应到污水处理中作为富集生物处理 单元的生物浓度的手段，一改常规的污水生物处理法回流二沉池沉降浓缩活性 污泥来维持曝气池中微生物的浓度。膜的高截留率，使生物反应器内可以维持 很高的生物浓度， 反应器在低的f / m比值下工作， 可以获得有机物的完全氧化， 该研究后来申请了美国专利，但限于膜生产技术，使用的膜寿命短，通量小， 使其实用受到限制。1 9 7 0年英国人 h a r d t 报道了超滤与活性污泥法结合处理 c o d c r 2 3 0 0 0 m g / l 的高浓度废水的 研究，同 样由 于膜的 材料种类少， 使用寿命 短， 价格昂贵， 使该处理工艺处理停滞阶段。 至7 0 年代后期，日 本研究者根据 本国国土狭小， 地价高的特点，重点发展了 膜分离技术在废水处理中的 应用， 使膜生物反应器进入了实用。 进入8 0 年代后， 膜材料的 研究进展带动了 膜生物 反应器的研究发展， 在膜通量，膜使用范围 及其动力消耗，膜的清洗方面取得 了 长 足 进步， 对m b r 的 研究 更 加 全面 深 入 p i， 研 究内 容 主要 分为 几 个 方 面: ( 1 ) 扩大膜生物反应器的 适用范围， 探求合适工作条件和工艺参数; ( 2 ) 设法提高超 滤膜组件的 性能， 并从膜生物反应器的构型上尽可能为膜的稳定工作创造条件， 主要是为减轻膜堵塞程度， 提高膜通量和截留 率; ( 3 ) 降低处理工艺的能 耗， 使 其成为节能型工艺。 早期相关的研究也很多，如日 本在8 0 年代就开始用其于废水的中 水回 用， y a m a m o t 。进行了中空纤维膜浸没于活性污泥反应器内的一体化研究， 获得了 m l s s 3 0 0 0 0 m g / l 的 生 物 反 应 器 i i ， 是 通 常 活 性 污 泥 反 应 器的1 0 倍以 上 。 y u i c h i s u m a 等研究了活性污泥加微滤膜生物反应器脱氮的研究， 美国则建造过处理汽 车制造厂废水的 膜生物反应器。 h .w i n n e n等则研究了膜生物反应器对大分子有 机物的降解，此类研究在国内外是目 前的热点。 膜生物反应器的分类多种多样，按截留分子量来说，有微滤膜，超滤膜和 反渗透膜，常用于 mb r中的是前两者;按材质来分，有机膜和无机膜，其各 有优点和缺点:从构型上分，分为平板式，管式，中空纤维式，螺旋式，毛细 管等。 膜生物反应器取代二沉池进行固液分离是目 前该反应器应用的最普遍形 第一章.前言 式。 m b r由于其高截留 率， 并将浓缩液回流到生物反应器内， 使生物反应器内 具有很高的 微生 物浓度 及高 污泥停留时间s r t , m l s s 可 达1 0 0 0 0 m 留 l 以 上， 所以其出水水质很好。mb r在低 f / m 比下工作，使有机物大部分得到氧化。 理论上， mb r的s r t可以无限长，但过长的s r t会使ml u s s / ml s s比下降， 污泥的有效生物活性下降， 反应器内的有机物浓度ml u s s 基本上是一个常数， 所以m l s s 加大， 意味此时反应器的无机物愈来愈多， 通常需要定期排泥。 mb r反应器的商业应用已 经在国外进行。 表 1 - 1 列出了一些商业运行的例 子。 表1 - 1 m b r工艺在国 外的 商业运行实例 公司 设备数量处理能力 - r h o n e p o u l e n c - t e c h s e o 4 0 mpc- ubi s 4 0 t h e t f o r s y s t e m s 3 0 ku t o b a 1 0 1 1 0 d e g r e m o n t me mb r a t e k 5 0 0 1 0 0 - -5 0 0 z e n o n e n v i n c1 1 6 g r o n t m ij s i t a / l y o n u a i s e d e s e a u x 国家 法国 日 本 美国 日 本 法国 南非 加拿大 德国 法国 废水类型 生活污水 生活污水 生活污水 生活污水 工业废水 工业废水 工业废水 工业渗滤液 渗滤液 2 0 1 0 5 0 国内的 研究工作起步较晚， 最先由清华大学进行， 清华大学曾 进行了 平板 超滤膜，中空纤维膜与活性污泥一体的 m b r以处理生活污水和模拟的废水的 研究，包括膜通量， 运行方式，工艺参数和膜污染清洗， 走在国内的领先。其 他 单 位 随 之 也 进 行了 相 关 的 工 作 s - r o 1 一般情况下，m b r 的出水量不大，分置式系统的稳定通量达 1 . 6 - 1 . 8 m 3 / m 2 -d ， 而 一 体式膜稳定 通量为0 . 1 m 3 / m 2 - d 13 1 。 经 过许多 学 者的 研究， 膜生物反应器已 经逐渐形成生产能力， m b r是获得高质量出水的最有前景的处 理装置之一，在mb r中，膜过滤出水代替了二沉池的作用。m b r反应器污沉 第一章.前言 浓度最高可达到3 0 0 0 0 m 叭 ， 因 此， m b r的 可承受较高的 进水有机物浓度; 由 于污泥停留时间长，其剩余污泥量也低，在其很好的过滤效果下具有很好的出 水水质。 此外， mb r的占地面积大大节省了， 这一方面因为其高污泥浓度导致 的高容积负荷，另一方面则在于二次沉淀池的省略。 尽管如此，目前的mb r仍有致命缺点，主要在于: 1 ，膜反应器造价昂贵， 尽管随技术进步其成本会降低， 但目 前其造价仍显 昂贵; 2 ，能量消耗大， 膜生物反应器中出 水压力大，泵及风机的能耗较大; 3 ，膜的堵塞及反冲洗， 膜的堵塞一直是微滤膜的重要局限之一， 且堵塞的 机理、 过程和冲洗的方式随膜的种类、 材质、 废水不同而不同， 是极难 解决的问题。 膜的堵塞包括通道堵塞和膜面堵塞， 前者主要是由于活性 ，污泥中的纤维， 杂物折叠缠绕而引 起， 后者主要是由 于一些大分子物质 与无机金属离子反应生成凝胶层沉积于膜表面而引起， 膜的堵塞会使有 效渗水率下降。 由于这些难以克服的缺点，有些学者正在尝试以 其他的途径，既能保持 mb r的大部分优点， 又能部分克服其缺点的改进方案; 尽管困难， 但己 经出 现 了一些新工艺方面的研究，动态膜生物反应器正是由此而产生。 1 . 3 .动态膜生物反应器 传统的 mb r利用超滤或微滤截留污泥，其过滤材料即起到了主要的截留 作用，因此其上的膜孔处于微米级甚至于更小，以 适应出 水水质的要求，其出 水s s 浓度接近于零; 但同时， 这也是其致命缺点之一， 膜孔的减小导致其出水 量比 较小，难以满足大规模应用的要求。 动态膜生物反应器与 mb r不尽相同。在膜滤的过程中，溶液中过滤物在 动力作用下被截留或吸附在膜基材表面， 造成膜通量的下降 及过膜压力( t m p ) 的上升， 这一现象称为膜污染( m e m b r a n e f o u l i n g ) 。 在膜分离工艺过程中， 膜污 染原是避免及减轻的，但有学者发现滤饼层虽然会使能耗增大，但它有助于对 小粒子的截留， 提高过滤分离性能， 而且与相同 孔径的非动态膜相比，它的 渗 透性 也 更 好。 动 态 膜的 开 发 就 是 利用了 这 种 现 象。 m a r c in k o w s k y 等 人 11 1 1 于1 9 6 6 年的 文 章中 首 先 发 现 这 种 现 象并 进 行了 研 究， 后 来s p e n c e r 和t h o m a s 1 2 1将 这 种 第一章.前言 浓度最高可达到3 0 0 0 0 m 叭 ， 因 此， m b r的 可承受较高的 进水有机物浓度; 由 于污泥停留时间长，其剩余污泥量也低，在其很好的过滤效果下具有很好的出 水水质。 此外， mb r的占地面积大大节省了， 这一方面因为其高污泥浓度导致 的高容积负荷，另一方面则在于二次沉淀池的省略。 尽管如此，目前的mb r仍有致命缺点，主要在于: 1 ，膜反应器造价昂贵， 尽管随技术进步其成本会降低， 但目 前其造价仍显 昂贵; 2 ，能量消耗大， 膜生物反应器中出 水压力大，泵及风机的能耗较大; 3 ，膜的堵塞及反冲洗， 膜的堵塞一直是微滤膜的重要局限之一， 且堵塞的 机理、 过程和冲洗的方式随膜的种类、 材质、 废水不同而不同， 是极难 解决的问题。 膜的堵塞包括通道堵塞和膜面堵塞， 前者主要是由于活性 ，污泥中的纤维， 杂物折叠缠绕而引 起， 后者主要是由 于一些大分子物质 与无机金属离子反应生成凝胶层沉积于膜表面而引起， 膜的堵塞会使有 效渗水率下降。 由于这些难以克服的缺点，有些学者正在尝试以 其他的途径，既能保持 mb r的大部分优点， 又能部分克服其缺点的改进方案; 尽管困难， 但己 经出 现 了一些新工艺方面的研究，动态膜生物反应器正是由此而产生。 1 . 3 .动态膜生物反应器 传统的 mb r利用超滤或微滤截留污泥，其过滤材料即起到了主要的截留 作用，因此其上的膜孔处于微米级甚至于更小，以 适应出 水水质的要求，其出 水s s 浓度接近于零; 但同时， 这也是其致命缺点之一， 膜孔的减小导致其出水 量比 较小，难以满足大规模应用的要求。 动态膜生物反应器与 mb r不尽相同。在膜滤的过程中，溶液中过滤物在 动力作用下被截留或吸附在膜基材表面， 造成膜通量的下降 及过膜压力( t m p ) 的上升， 这一现象称为膜污染( m e m b r a n e f o u l i n g ) 。 在膜分离工艺过程中， 膜污 染原是避免及减轻的，但有学者发现滤饼层虽然会使能耗增大，但它有助于对 小粒子的截留， 提高过滤分离性能， 而且与相同 孔径的非动态膜相比，它的 渗 透性 也 更 好。 动 态 膜的 开 发 就 是 利用了 这 种 现 象。 m a r c in k o w s k y 等 人 11 1 1 于1 9 6 6 年的 文 章中 首 先 发 现 这 种 现 象并 进 行了 研 究， 后 来s p e n c e r 和t h o m a s 1 2 1将 这 种 第一章.前言 膜的形成称为 f i p膜( f o r m e d - in - p l a c e ) ，但目前广泛接受的名称是动态膜 ( d y n a m i c m e m b r a n e ) 。 动态膜的 应用首先是在反渗透中的 脱盐， 后来扩展到用 超滤膜回收蛋白质，果汁澄清及废水的生物处理。膜生物反应器的处理效果取 决于溶液的浓度、类型、粒子的形状和分子量等多种因素，不可一概而论。 文献认为形成动态膜的条件有: 1 )有效保持动态膜的载体。 2 )错流分离方式的组件，保证动态膜的制备运行。 3 ) 悬浮液的 浓度建议保持在1 - 2 0 g / l . 如果这些条件都能满足，动态膜就可在几分钟内形成，然后系统进入变化 缓慢， 几 乎 稳定的 状态 1 1 3 1 。 动 态膜生 物反 应器 应用于 污 水处理的 研究主要在日 本，我国 清华大学的学者也正对其机理和应用方面做小试的研究，目 前的研究 不足以 形成生产规模， 主要在于膜基材的选择， 冲洗的方式及d mb r的连续运 行能力方面的研究尚 未有很大进展，无法保证其稳定有效地运行。 第二章.动态膜生物反应器研究进展 第二章.动态膜生物反应器研究进展 2 . 1 概述 在膜滤的过程中， 膜污染溶液中过滤物在动力作用下被截留 或吸附 在膜表 面， 造成膜通量的下降及t m p的上升。 在膜分离工艺过程中， 膜污染原是避免 及减轻的，但有学者发现滤饼层虽然会使能耗增大，但它有助于对小粒子的截 留， 提高过滤分离性能， 而且与相同孔径的非动态膜相比， 它的渗透性也更好。 动 态 膜的 开 发 就 是 利 用了 这 种 现 象。 m a r c in k o w s k y 等 人fi l l 于1 9 6 6 年的 文 章中 首 先发 现 这 种 现 象 并 进 行了 研究， 后 来s p e n c e r 和t h o m a s 11 2 1将这 种 膜的 形 成 称 为 f i p膜( f o r m e d - i n - p l a c e ) ，但目前广泛接受的名称是动态膜( d y n a m i c m e m b r a n e ) 。 动态膜的应用首先是在反渗透中的脱盐，后来扩展到用超滤膜回 收蛋白 质， 果汁澄清及废水的生物处理。如k i s h i h a r a 在 1 9 8 4 年用多孔陶瓷管 上形成的动态膜澄清糖甘蔗汁，结果显示动态膜的渗透流量高于传统的超滤膜 1 1 4 1 ; t s a i u k 研究了 溶胶形成的动态膜对不同分子量的 聚乙二醇的 截留 作用， 发 现截留 系 数均 增 加p 5 1 : a l - m a l a c k 等 研究了m n 0 2 动态 膜错流过 滤曝 气 池出 水