MBR技术在我国的研究进展

2012年第26期 0.导语 膜生物反应器（MBR）作为污水处理发展技术过程中典型的处理工 艺之一，一起占地面积小、出水质量高、操作管理简便、运行稳定的特点 在实际运用中发挥了巨大的作用。 不仅适用于生活污水的处理，在工业 废水的处理中也广泛使用。 在MBR反应器中，实现了依靠膜技术，使泥 水分离，配合一些配套工艺共同运行可以使处理成本大大降低。 本文介 绍了MBR目前各方面的研究情况以及其未来发展的前景1。 1.膜生物反应器的简述 在污水处理，水资源再利用领域，是一种由膜分离单元与生物处 理单元相结合的新型水处理技术。其中，使用的膜的种类繁多，按分离 机理进行分类，有反应膜、离子交换膜、渗透膜等；按膜的性质分类，有 天然膜(生物膜)和合成膜(有机膜和无机膜)；按膜的结构型式分类，有 平板型、管型、螺旋型及中空纤维型等。 2.MBR在脱氮除磷中的研究进展 目前MBR在国内外的研究发展很快,但自身脱氮率仅为40% 60%;在除磷方面,效果也不理想,很多都要对膜生物反应器的出水进行 化学处理才能满足相应的污水排放标准。 2.1 MBR脱氮工艺及处理效果 常规的生物脱氮工艺是建立在硝化以及反硝化的过程中来实现的， 通过硝化细菌和反硝化细菌的协同作用， 但是由于脱氮要求较高的停留 时间，在处理较高浓度氨氮废水中，水池的容积偏大，不仅增加了投资，而 且占用了大量土地资源。在MBR工艺中，由于微笑膜孔的截留作用，使得 微生物大量停留在反应器中，不改变容积的情况下，大大增加污泥龄。 国内外对于含氨氮废水的处理方法主要采用生物脱氮处理法。 国 内外对低浓度含氨氮废水的研究已经比较成熟。 对高浓度氨氮废水处 理方面由MBR膜的完全截留作用使得膜生物反应器的水力停留时间 和污泥停留时间可以完全分开，同时反应器维持很高的MLSS使得反应 器里硝化菌的大量积累有了可能，为处理高浓度氨氮废水创造了条件。 袁丽梅2等人设计一种交替式缺氧/厌氧膜生物反应器(AAAM)的 脱氮除磷反应器，试验结果表明:AAAM工艺能够高效去除营养物，对 COD、总氮、总磷的平均去除率分别为93%、67.4%和94.1%。 李春杰等3在利用SMSBR处理焦化废水时发现，在相当长的污泥 龄的条件下，氨氮亚硝化较为全面，而氨氮硝化效果不明显，使NO2- N积累。 进一步研究表明，短程硝化并非由氮的浓度和氮负荷引起,是 由于硝化菌的生长速率明显低于亚硝化菌的生长速率。 2.2 MBR除磷工艺及处理效果 传统MBR反应器中，由于缺乏绝对厌氧的条件，对于释磷过程十 分不利。即使用间歇式曝气MBR反应器，对于磷的去除效果也并不理 想。基于以上缺点，在实际处理过程中，往往加以配套设施，强化除磷。 如添加一部分厌氧或者缺氧的反应装置。 何圣兵等人在传统MBR反应器的基础上，配合厌氧装置，在静态 试验的基础上调整各个阶段的工艺运行参数，进行了为期6个月的连 续性试验。结果如下：对COD、TP、SS、NH3-N和TN的平均去除率分别 为92.50%、84.25%、100%、94.09%和85.33%。 3.MBR存在的主要问题 MBR工艺中存在许多待解决的问题,如投资成本高、能耗大、膜污 染、氮磷去除效果不理想、缺乏成熟的设计规范、优化的运行参数等, 阻碍MBR工艺在实际中的应用。 3.1膜污染 所谓膜污染是指处理物料中的微粒、 胶体颗粒以及溶质大分子由于 与膜存在物理、化学作用或机械作用而引起的在膜表面或膜孔内吸附和沉 积造成膜孔径变小或堵塞，使膜通量及膜的分离特性产生变化的现象。 艾翠玲4在水力停留时间(HRT)为5h、溶解氧浓度(DO)为3mg/L、 抽吸/停止时间为12min/6min、污泥浓度为5g/L、温度20条件下发现, 当操作压力达到0.13MPa以前,废水的膜通量随操作压力的增加而增 加,之后,随着操作压力的增加,膜通量增幅很小。 李艳芬5等人将膜生物反应器采用序批式的方式运行来处理模拟 生活污水,控制其他条件不变，改变厌氧好养的时间,考察了各类膜污 染控制方法的效果。 结果表明,采用空曝气的清洗方法,可以使膜压差 下降8.4kPa;采用空曝气加0.5%的NaClO溶液在线药洗的方法可以使 膜压差下降14.18-19.19kPa;先用自来水冲洗,再用0.8%的NaClO浸 泡的清洗方法可以使膜压差下降31.99kPa。 3.2脱氮除磷效果差 由于MBR反应器在泥水分离方面效果很好， 所以很有效的保持 了反应器内的生物量以及延长了硝化菌的停留时间，所以在对于氨氮 的处理方面效果很好。 但是，由于反硝化需要缺氧环境，所以在MBR 反应器中，由于曝气作用，对于反硝化有很大影响。 所以，未配套有厌 氧或缺氧装置的MBR反应器反硝化的效果并不理想， 所以对于总氮 的处理效果也不尽如人意。 张捍民等在将序批式膜生物反应器与传统膜生物反应器的处理 效果进行对比后指出,进水COD/TN为18.3-32.2时, SBMBR对氨氮和 总氮的平均去除率分别为92.2%和91.5%,硝化和反硝化效果都很好; 而CMBR对总氮平均去除率为30.5%,反硝化效果较差,但此时的氨氮 平均去除率为93.3%,说明CMBR脱氮的限制性步骤是反硝化。 李进等人通过对于产生污泥膨胀对MBR反应器脱氮除磷的影响 中发现，由于丝状菌对有机物、氮、磷的亲和能力均强于絮状菌,在有氧 的条件下,丝状菌的同化作用和硝化细菌的异化作用竞争有限的基质, 使氨氮的去除效果得以提高。 但对于TN的去除中，TN的去除率下降。 3.3污泥活性降低 膜生物反应器的SRT一般在30天以上,较长的SRT可以获得较 高的污泥浓度MLSS,进而降低污泥产率并减小反应器体积。然而,污泥 龄过长,可能会引起污泥的菌体细胞活性降低, Shin和Kang等报道了 以合成污水为处理对象,在污泥停留时间为15天和44天的运行条件 下,活细胞的比例分别为55%和32%。 4.MBR的发展展望 对于MBR膜工艺，在实际应用当中，应该注重膜质量的提升和成 本的降低， 努力开发新型制造工艺， 继而使MBR工艺更为广泛的应 用。 其次，在脱氮除磷方面，筛选高效菌种、研发配套工艺都是未来的 发展目标，以实现高效脱氮除磷。 在控制膜污染问题上，一方面可以着 手开发高性能、抗污染的各类型膜；另一方面，可从操作条件方面着 手,如投加凝聚剂等改善活性污泥的聚集状态,投加填料、定期排泥以 维持系统内悬浮污泥浓度,采用恒通量过滤、适宜曝气强度、高膜面流 速等延缓污染,再配合物理清洗、化学清洗恢复通量,延长膜寿命。 科 【参考文献】 1于水利，赵方波.膜生物反应器技术发展沿革与展望J工业用水与废水， 2006，37(2)：1-6 2袁丽梅,张传义,张雁秋,奚旦立.交替式缺氧/厌氧膜生物反应器的脱氮除磷效 能J.中国给排水，2006,22:14-17. 3李春杰.焦化废水的一体化膜-序批式生物反应器处理研究J.上海环境科 学,2001,20(1):24-27. 4艾翠玲.一体式膜生物反应器膜污染机理及处理生活污水稳定运行特性研究 D.西安:西安理工大学,2004. 5李艳芬,张传义,邓霞,马法赫,张雁秋.M-SBR中膜污染情况的研究J.环保科 技,2008,(3)：10-16. MBR 技术在我国的研究进展 刘海玥金迪 （中国矿业大学环测学院江苏徐州 221116） 【摘