厌氧膜生物反应器发展综述课件

1、厌氧膜生物反应器发展综述ReviewRecent developments in anaerobic reactorsDavid C. Stuckey曾智浩1120859002膜生物反应器（膜生物反应器（MBRMBR）与生物膜）与生物膜(biofilm)(biofilm)反应器是两种不同的反应器是两种不同的反应器。反应器。膜生物反应器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。而生物膜反应器是在反应器中添加各种填料以便微生物附着生长使在填料上形成了一层生物构成的类似于膜的结构，这样的反应器才被称为生物膜反应器。水力停留时间（水力停留时间（Hydraulic Retention Tim

2、e）简写作HRT，水处理工艺名词， 水力停留时间:水力停留时间是指待处理污水在反应器内的平均停留时间，也就是污水与生物反应器内微生物作用的平均反应时间。因此，如果反应器的有效容积为V（立方米），则：HRT = V / Q (h) 污泥龄污泥龄(SRT)是指在反应系统内，微生物从其生成到排出系统的平均停留时间，也就是反应系统内的微生物全部更新一次所需的时间。从工程上说，在稳定条件下，就是反应池中工作着的活性污泥总量与每日排放的剩余污泥数量的比c。一般3到10d；污泥龄是活性污泥法处理系统设计和运行的重要参数，能说明活性污泥微生物的状况，世代时间长于污泥龄的微生物在曝气池内不可能繁衍成优势种属。如

3、硝化细菌在20摄氏度时，世代时间为3d，当污泥龄小于3d时，其不可能在曝气池内大量繁殖，不能成为优势种属在曝气池进行硝化反应。厌氧膜生物反应器发展综述1、厌氧膜生物反应器及其应用简介2、运行参数对厌氧膜生物反应器运 行效率的影响3、关于膜表面浓差极化和污泥附着问题4、厌氧膜生物反应器的应用5、结语1、厌氧膜生物反应器及其应用简介从下图可以看出，我国易生化降解的污水与工业废水（各种金属离子、大分子有机污染废水、冷却水等）各占一半。1、厌氧膜生物反应器及其应用简介膜生物反应器（MBR）工艺是膜分离技术与生物技术有机结合的新型废水处理技术。它利用膜分离设备将生化反应池中的活性污泥和大分子有机物质截留

4、住，省掉二沉池。活性污泥浓度因此大大提高，水力停留时间（HRT）和污泥停留时间（SRT）可以分别控制，而难降解的物质在反应器中不断反应、降解。因此，膜生物反应器（MBR）工艺通过膜分离技术（超、微滤膜分离）大大强化了生物反应器的功能。与传统的生物处理方法相比，是目前最有前途的废水处理新技术之一。1、厌氧膜生物反应器及其应用简介系统内微生物种群数量是决定厌氧工艺处理能力的主要因素之一。除了废水组成、操作条件外，反应器类型也影响产甲烷菌种群数量。在厌氧反应器中主要存在两类产甲烷菌：甲烷八叠球菌和甲烷丝状菌属。AnMBR中的微生物种群膜在厌氧反应器中的应用不但可以增加微生物的数量，还可以改变优势种群

5、。InceO等研究AnMBR中微生物种群的变化时发现，从城市污水的消化池中接种污泥，其最具优势的群落为甲烷球菌属，其次分别为甲烷八叠球菌、短杆菌、中杆菌、丝状菌以及长杆菌。而在AnMBR中发现优势种群出现了变化，相应的顺序为：中杆菌、短杆菌、甲烷八叠球菌、长杆菌以及丝状菌。运行14周后，产甲烷菌和非产甲烷菌都相应增加了50%和20%，同时具有活性产甲烷菌急剧增加。自体荧光产甲烷菌与细菌总量的比值在6.7%到8.3%之间变化，具有生物活性的产甲烷菌增加了近20倍。1、厌氧膜生物反应器及其应用简介AnMBR中微生物浓度 由于膜的截留作用，可以维持反应器中高浓度的微生物量，从而提高反应器的容积负荷。

6、在AnMBR运行的前期，由于微生物的积累，污泥增长速率很快，MLVSS的质量浓度可达到数十g/L。同时膜对微生物浓度分布也有影响，ChooKH等发现，在0.5m/s的流速、0.1MPa的压力下，经过20d的运行，反应器内MLVSS的质量浓度从2410mg/L降低到920mg/L，而膜表面附着的微生物的质量浓度增加到20700mg/L，系统中约有16%的微生物转移到了膜表面。2、运行参数对厌氧膜生物 反应器运行效率的影响Sven Lyko通过对MBR 污水厂长达2 a 的在线观测结果得出较低的温度会加速膜污染，并推测其成因主要是温度降低会导致液态黏度升高，另外温度较低时期污水中有机物浓度也较其他

7、时期偏高。因此建议在展开MBR 试验及相关设计时， 应考虑冬季低温季节， 尽量引进热源， 用以保持较高的膜通量和保证污泥混合液中微生物的活性，尽量降低低温条件对膜污染带来的不利影响。温度的变化会加剧膜污染的速率， 但是当微生物适应低温环境时， 膜污染速率会逐渐减缓， 同时由于膜对污染物的截留可以有效补偿低温时微生物降解作用的不足， 低温时MBR的出水水质并没有受到明显的影响。低温会导致污泥中SMP和EPS 释放的增加， 导致其含量增高， 但并没有进一步导致膜污染的加剧。相反地， 低温时污泥粒径较高温时小， 有效减少了污泥颗粒在膜表面的沉积， 因而膜污染速率反而有所降低。温度水力停留时间和污泥龄

8、G. Laera 等对在不同污泥龄下的污泥性状进行了长达4 a 的研究， 得出表观黏度a与污泥浓度之间的关系：a 28.939 （MLSS）（dv/dy）-1 +（0.233 (MLSS） + 1）式中： a：污泥表观黏度， N/m2；dv/dy：污泥剪切速率， s-1。同时指出对于已知确定的污泥龄， MLSS 在很大程度上影响了污泥的表观黏度a， 并得出了使污泥黏度最小的污泥龄为40 d， 也因此对MBR 反应器的运行提供了积极的参考意义。张绍园等针对分置式膜生物反应器的试验研究结果也证实了采用过短的水力停留时间将导致系统内的溶解性有机物积累， 引起膜通量的下降， 并同时从影响水力停留时间的

9、各项因素出发推导出水力停留时间的计算公式如下：HRT 1.1 （1/ - 1）（KS + L）/KS0式中： ：出水与进水有机物浓度比；KS：饱和常数， mg/L；L：出水有机物的质量浓度， mg/L；K：底物最大比降解速度常数，h1；S0：回流污泥的质量浓度（以MLVSS计），mg/L。错流过滤和曝气方式对膜生物反应器而言， 常见的曝气方式主要分两种： 一种为气提模式（Airlift mode）， 即在整个恒压过滤过程中都曝气； 另一种为气喷模式（Airjetmode）， 即在膜过滤过程中间歇曝气。李盈利等采用两个结构相同的一体式膜生物反应器处理生活污水， 考察不同曝气方式对运行效果的影响。

10、结果表明： 采用连续高强度曝气方式运行的MBR与采用间歇高强度曝气方式运行的MBR 在对COD、氨氮和TN 的去除效果方面相差不大； 但间歇高强度的曝气方式减少了混合液中胞外聚合物（EPS）的释放和溶解性微生物产物（SMP）的溶出， 有效缓解了膜污染， 其单位产水能耗约为前者的60。抑阻剂抑阻剂的投加主要在于改善污泥混合液的性质，进而达到减缓膜污染速率的目的。向MBR中投加的抑阻剂通过吸附、絮凝等物理化学作用，实现料液中EPS 或者SMP浓度的降低，进而影响膜污染。用于缓解膜污染的常见的抑阻剂主要是粉末活性炭（PAC）以及聚合铝盐、铁盐等。李耀中等发现膜生物反应器中粉末活性炭的投加可以有效控制

11、膜通量的下降。并且认为其原因是粉末活性炭的投加减少了液相主体中微细胶体和EPS 等的含量，并同时提高了污泥絮粒的抗压缩性， 因而能在膜表面形成一层动态而疏松的、具有较高孔隙率的滤饼层， 使滤饼层阻力及膜过滤总阻力明显降低。外加电场JunPing Chen 等开发了一种在膜两边外加电场的新型反应器， 用以研究外加电场对膜通量的影响。当MBR运行压力为0.1MPa时， 随着外加电场E 从15 V/cm 增加到20 V/cm， 膜通量呈现先增加后稳定的趋势。并且，随着外加电场电势增加，污泥颗粒的电泳效果明显使得膜表面沉积层变薄， 因此降低了膜阻力，提高膜通量。但是外加电场能否有效控制膜污染还需进一步

12、研究。3、关于膜表面浓差极化和污泥附着问题浓差极化：在超滤过程中，由于水透过膜而使膜表面的溶质浓度增加，在浓度梯度作用下，溶质与水以相反方向向本体溶液扩散，在达到平衡状态时，膜表面形成一溶质浓度分布边界层，它对水的透过起着阻碍作用。膜通量和操作压力之问的关系可用Darcy方程表示：J=P/*Rt=P/*(Rm+Rp+Rc+Ri)式中：J： 膜通量，L/(m2h)；P：过膜压差(TMP)，Pa；：渗滤液动力学黏度，Pas；Rt：过滤的总阻力，m-1；Rm：清洁膜(或固有)阻力，m-1；Rp：浓差极化阻力，m-1。；Rc：泥饼层阻力，m-1；Ri： 内部污染阻力，即小于膜孔的物质在膜孔内的堵塞与吸

13、附，m-1。膜污染阻力模型在稳定运行阶段，根据本试验系统的稳定运行的水力学条件和阻力分析结果，整个过滤过程以滤饼层控制为主，膜污染阻力模型符合滤饼层控制模型见式(2)：1/J2=1/J02 +kt又根据式(1)可得式(3)：Rt2=(P/J)2将式(3)代入式(2)并变形后可得式(4)R(t)=(R02+kxPt/)0.5根据式(1)，由I/fl-t作图，并对图形进行线性拟合得式(5)：J-2=1.16x109+2.83x106t式(5)相关系数为0.939 8，由式(5)可知k=2.83x1011，把k值、试验实测的过滤液的黏度(1.Oxl0-3 Pas)、AP(25 kPa)代入式(4)，

14、可得阻力模型式(6)：R(t)=2.73x1012(1+2.38x10-4t)0.5式中：R(t)：t时刻的过滤阻力，m-1；T：运行时间，d。对膜污染的研究方向厌氧膜生物反应器的形式多采用分置式反应器，其膜污染控制手段的研究主要集中于通过提高错流速度来改善膜表面的水动力条件，但动力消耗很高；在组件内部添加障碍物 提高湍流效果；引入临界通量概念优化运行条件；对膜材料进行优选 ，调理混合液等方面的研究也有报道。超声波控制膜污染利用超声控制膜污染的发展，是基于超声在水中的一系列物理、化学效应。对于膜错流过滤过程来说，由于膜的透过流量而引起的浓差极化是膜污染发展的前提，膜污染发生之后，由于颗粒物的沉

15、积，会在膜表面形成致密的凝胶层和滤饼层。把超声引入膜过滤系统，其产生的物理效应和化学效应，首先是超声声波可以在水中产生机械振动，引起膜丝的快速抖动，从而有利于污染物质从膜表面的脱离；其次超声可以在膜表面的固液边界层产生微湍流现象，这种微湍流可以起到很好的混合搅拌作用，控制浓差极化的发展，从而有效控制膜污染的发展；最后超声在水中所产生的最重要的效应是声空化效应，通过声空化效应产生声冲流可以有效冲击膜表面污染层；声空化过程中，空化核的脉动可以松动滤饼层，此外强烈空化作用产生的羟基自由基可以氧化去除致密的凝胶层。5、厌氧膜生物反应器的应用Thamer A Mohammed 等在进水COD 分别为60

16、6、1440、2500 mgL-1 的情况下研究了MBR对模拟城市污水的处理效果，COD、BOD 和氨氮的去除率分别为97.8%99.9%、98.9%99.9% 和91. 0%99.9%。Fan 等采用浸没式MBR 处理盥洗废水并回用，COD、BOD5、氨氮、色度和浊度的平均去除率分别为90%，99%，95%，80% 和99.7%。经济分析表明： 用于处理盥洗废水回用的能耗约为0.320.64 kWhm-3 ，平均操作花费约为0.11 美元/m3。因此MBR广泛应用于城市及生活污水处理的潜力巨大。对工业废水的处理利用膜生物反应器处理制药废水（进水CODCr、BOD5分别为4120 mgL-1、

17、2060 mgL-1，色度为1000 倍时，经处理后，出水CODCr、BOD5的质量浓度分别为100 mgL-1、45 mgL -1，色度小于60倍，去除率分别达97.6%、97.8%和94.4%，）、印染废水（COD、色度、TOC、总磷的去除率分别为94%、99%、85%、97%）、食品酿造废水（CODCr平均去除率为95%）、焦化废水（进水COD 为4001000 mgL-1，氨氮为60130 mgL-1 ，出水时COD 和氨氮分别维持86. 4 mgL-1和1 mgL -1 ）且出水稳定，低于广东省地方标准水污染物排放限值( DB 44 /262001) 中第二时段二级排放标准，有效克服

18、了传统工艺管理困难、出水不稳定的缺点。对垃圾渗滤液的处理垃圾渗滤液中含有多种难降解有机成分，污染物浓度高、毒性强、成分复杂、水质水量波动大，采用传统废水工艺处理很难达到排放要求。Visvanathan 等采用MBR 工艺处理垃圾渗滤液，系统对COD 和氨氮的去除率分别79% 和75%。申欢等采用浸没式膜生物反应器处理垃圾渗滤液。结果表明，COD 的去除率为65% 84.2%，COD 的去除率随水力停留时间的延长而增加。脱氮除磷废水中氮的去除还包括靠微生物的同化作用将氮转化为细胞原生质成分。主要过程如下：氨化作用是有机氮在氨化菌的作用下转化为氨氮。硝化作用是在硝化菌的作用下进一步转化为硝酸盐氮。其中亚硝酸菌和硝酸菌为好氧自养菌，以无机碳化合物为碳源，从 或 的氧化反应中获取能量。其中硝化的最佳温度在纯培养中为25-35 ，在土壤中为30-40 ，最佳pH 值偏碱性。反硝化作用是反硝化菌（大多数是异养型兼性厌氧菌，DO0.5 mg/L）在缺氧的条件下，以硝酸盐氮为电子受体，以有机物为电子供体进行厌氧呼吸，将硝酸盐氮还原，同时降解有机物。建立在传统硝化和反硝化的两级MBR脱氮工艺对TN的去除效率多数在6080%之间；间歇曝气MBR脱氮工艺对TN的去除效率大于80%，说明改进型脱氮工艺的