绿色污水处理技术

1、文献汇报Chemical Engineering Journal 283 (2016) 582594题目Green technology in wastewater treatment technologies: Integrationof membrane bioreactor with various wastewater treatment systems绿色废水处理技术：膜生物反应器集成各种其他废水系统的处理体系。作者：Chin Hong Neoh, Zainura Zainon Noor， Noor Sabrina Ahmad Mutamim, Chi Kim Lim摘要 世界各地的

2、淡水资源的匮乏成为当今的一项重大难题。 膜生物反应器（MBR）虽然已经在污水处理中得到一定的使用，但是还有很多缺点和局限性。 本文主要讨论如何找到一种MBR联合其他的废水处理技术，开辟一种复合型稳定高效的废水处理途径。 MBR在处理废水的方面有着诸多的优点，如减少污染和有开发新能源的可能性，并且能将环境恢复的程度大大提高。1.引言 近年来，膜生物反应器备受关注，其具有很多优势，比如体积小价格低廉，污泥产量小分离效率高，能保留小分子，通过超滤还可以除去病毒。 全球MBR市场在上升的年复合增长率13.2，预计将达到 627亿美元 。这些说明MBR近年来的市场增长速度快，具有较大的市场贡献。 本文主

3、要在于陈述使用膜生物反应器来进行处理工业废水的技术，其中包含高级氧化技术，沉淀技术，反渗透，MDBR和MBBR-MBR。其副产物同时可以用以生物燃料和产生电能，既经济又环保。2.膜生物反应器与其他技术的复合处理体系 采用复合处理体系的目的：在于提高渗透效率，减轻膜污染，提高膜的稳定性与使得清洗过程变得更方便。2.1 高级氧化技术（AOPs）和电絮凝更适于前处理废水，将废水由生物难降解的化合物转化为易降解的中间体，然后采用生物降解的方法进行净化。Mascolo等人，利用臭氧-MBR的方法处理制药废水，效率高达99%，由此可以看出，两个分离的系统协同处理效果更好Lopez等人研究了太阳能光催化-M

4、BR系统，有着浊度低，不引入碳源的优势。Laera等人研究了MBR集成臭氧以及UV/H2O2，可以有效地去除水中对人体有害的萘啶酸。Lamsal等人研究了硝化生物污染与反硝化作用。数据显示BF-MBR比传统的活性污泥法有着较好的生物活性。但是BF-MBR的膜污染更为严重，相比于MBR的结垢倾向有4倍之高。复合MBR在废水处理中的优缺点高成本，无法使用于对于高TSS废水有效去除难降解的污染物有效去除颜色降低了生产剩余污泥操作简单有效去除颜色高级氧化法/电絮凝膜蒸馏生物膜/生物包埋MBR颗粒MBR使用电絮凝-MBR来进行处理废水Keerthi等人研究了电结合微滤，膜生物反应器，电一体化与MBR等三

5、种不同的体系。其体系具有有效地去除废水中的铬，铜，锌等重金属离子。经过相关的经济技术调查，此研究中表明电絮凝-Fenton系统是其中最好的。相比普通膜生物反应器的0.1g污泥产量，其污泥产量几乎为0,并且在氧化过程中能够减少膜的结垢与延长膜的清洗周期，并且具有操作简单，除磷效果好等优点。几种电絮凝-MBR的工作原理图2.2正渗透膜（FO）和反渗透膜（RO）渗透膜生物反应器（OMBR）具有生产出来的水质良好和耗能低等一系列优势。OMBR能够保留任何微小的污染物与引发半径小于渗透压的分子截留重量，从而显著减少的生物降解难降解的化合物的时间。纳米过滤膜的使用时膜污染的周期很短。FO的优点是低能耗，膜

6、污染周期长，然而缺点在于水通量减少，SRT也会影响微生物产物与活性。FO膜的生物结垢是可逆的，会被渗透反冲洗。AnMBR能保持更多的微生物生长从而分解膜污垢。 Ogawa等发现，在纳滤和反渗透膜生物反应器在市政废水处理并没有很大的差异，然而纳滤膜的污染要更严重一些。 De Jager等人研究了MBR和超滤（UF）膜结合进行处理纺织工业废水。可以有效地降低COD和浊度，但是去除颜色能力欠佳。然而研究的MBR-反渗透体系对纺织脱色废水的处理，发现其去除污水颜色效果有着极大改善。 Tan等人研究了使用三醋酸纤维素OMBR膜和FO集成来处理市政污水处理和效果，发现OMBR会妨碍氨氮去除，并且微生物无法

7、适应高盐度的环境。 总结：使用OMBR半透膜会导致盐在反应器中积累，盐水环境可能会影响生物系统的性能。建议采用耐盐微生物和较短SRT并且增加处理时间。2.3 膜蒸馏生物反应器（MDBR）MDBR结合了嗜热生物过程与膜蒸馏过程。具有高效去除有机物的特点，污泥产量小，百分之百的脱盐率，低膜污染，设备成本低，操作性能良好。MDBR的优势在于能够一步到位的处理废水，并且具有出水品质高并比膜反应器低温室气体排放的特点。 Wijekoon等评估了MBDR的工艺性能，其采用生物降解，污泥吸附而不是膜蒸馏，然而并不能很好的除去难降解物质，而且在高温条件下会减少原生生物的数量。 Phattaranawik等。利

8、用清洗过的MDBR处理有机废水，一样可以处理出TOC和盐度都非常低的水，说明MDBR的潜力在于废水回收的一步到位，并且具有出水品质高，低温室气体排放量等诸多优点。总结：渗透与MDBR都能够很高效的去除污染物。而且MDBR产生的热能有可能用于能源的潜在应用前景。2.4生物膜膜生物反应器（BF-MBR）和生物截留膜生物反应器（BE-MBR）BF-MBR是通过增加MBR的核？的方法用以减少悬浮物的浓度以减少膜污染，并且比MBR有着更好的微生物活性。Rafiei等通过研究得出结论BE-MBR比BF-MBR能更好的降低COD和氨氮水力停留时间，而且结垢速度缓慢微生物增长迅速。Leyva-Daz等人将反应

9、器分为好氧和厌氧区与单独的BF-MBR仅有好氧区进行对比，结果发现单独MBR的性能比较好。 Rollings-Scattergood等设计了一种多孔的内部结构的BF-MBR，结垢的频率是MBR的四倍以上，然而还是具有很好的氮化合物的除去效果。 总结：BE-MBR与BF-MBR都有着很好的降低TOC和TN的性能，然而还是会有一定的膜结垢和其他生物污染。 Yang等人的研究发现，BF-MBR比常规的MBR对于TOC和TN含量高的废水的处理效果要好，然而BF-MBR的缺点在于丝状菌导致的膜污染较为严重。 2.5 MBR颗粒 好氧颗粒污泥中可以同时实现硝化和反硝化，并且颗粒系统远比单个微生物的工作效率

10、高。 Vijayalayan等的研究表明颗粒污泥能使膜的污染显著减少而且增强了颗粒的稳定性。 Zhao等的研究表明污泥的制取迅速但并不稳定。 Li等的研究表明厌氧氨氧化颗粒具有高活性高抗震性生长速度块污染小的优点，在治理高氨氮废水方面具有很好的前景。3. MBR作为一种可持续发展的废水处理措施由于世界的能源危机与环境恶化，人类最需要的是将废水净化到可以用于农业与工业用途，并且能够生产出能源或其他具有价值的产品，同时解决环境问题。3.1 MBR生物燃料的生产沼气的产生源于活性甲烷菌，是很好的代替化石燃料的可再生能源。然而厌氧生物处理缓慢导致现在仅有很少的行业使用厌氧菌，并且有着工艺复杂，沉降特性

11、低，不容易去除杂质，气体收集困难等缺点。因此，有着良好流出物、低量颗粒与低病原体的AnMBR备受关注。Sheldon等人研究，说明了FO-AnMBR和热泵结合将有可能成为未来温带地区城市废水处理与能源提供的一个新的方式。Youngsukkasem等人研究了反向生物膜反应器（RMBR）用膜包裹微生物快速合成生物甲烷。结果显示，AnMBR能达到一个常规厌氧池的产量。 Pretel等调查了AnMBR的操作成本，发现其能量有35%转化为电，其他的转化为热能，有一部分可以用于加热应用。 然而ANMBR存在两个明显问题：压力太高和还原细菌基底甲烷和硫酸之间具有竞争性。 AnMBR的种类与其甲烷产量Gao等

12、采用综合厌氧流化床MBR和中空纤维膜来处理生活污水，甲烷产量为180L/kgCODWei等采用中温AnMBR和中空纤维PVDF、UF膜来处理模拟城市废水，甲烷产量为300ml/gCODJensen采用AnMBR和浸没式中空纤维膜处理红肉加工废水，甲烷产量为360L/kgCOD3.2产生电能膜反应器的使用限制在于能源消耗太高，整合微生物燃料电池MFC可以降低能耗，并且具有清洁安全静音低排放等优点。Wang.等人进行相关的MBR-MFC的研究，开发了一种MBR-MFC一体化的进程，Li等人研究了一种在阴极安装中空纤维膜的MBR-MFC，相比MBR和AnMBR的COD的降低效果要好。 Wang.等人

13、研究MBR中使用MFV以减轻膜污染，形成电场减少污泥沉积在膜表面，该系统能够很好地去除难闻的气味降低，总COD和浊度。 总结：MBR-MFC在能量消耗和膜污染的清理方面存在诸多优点，可以将其作为快速COD的生物传感器，并且无需外接电源支持。然而如何降低该方法的资本以及运营成本的相关问题正式眼下需要攻克的难题。MFC-MBR示意图以及电场对膜污染的减缓机制每种类型的MFC-MBR系统的正负极，膜与功率Wang使用阳极石墨棒，阴极使用不锈钢网，膜采用不锈钢网，功率为4.35W/m33.3营养与金属回收磷是一种不可再生的资源，对农业至关重要，所以回收磷也是理想的方案。Qiu 和 Ting研究了OMB

14、R城市污水处理，几乎可以回收全部的磷。然而Johir等研究MBR-离子交换混合动力系统，并认为重点应该在于优化厌氧步骤的养分最大化释放。4.MBR的未来发展展望 膜生物反应器的未来趋势在于减少能源消耗和膜污染两个方面。4.1减少能源消耗有两种方法来减少MBR的能耗。一种是通过微生物氧化有机物供电来代替人为供电，这一点MFC可以做到，然而MFC在渗透质量上还具有很多问题。另一方面MFC-MBR的排出物的优化。今后关于MFC的开发将会是以排出物的无害化为主要目的。另一种类型的是综合厌氧型MBR。然而AnMBR的推行收到膜污染与毒性的问题的困扰。总之未来有望出现自行供电的膜生物反应器。第二种方法是减

15、少膜生物反应器的数量使用，RO和FO具有低能耗的优势，然而系统的盐度会抑制生物系统的性能，因此需要我们能找到一种可以抵抗高盐度环境的细菌来维持生物系统的性能。4.2降低膜污染膜污染和能量消耗（曝气）是相通的。有几种降低膜结垢的方法：如HRT和SRT，重点在于用集成系统减轻膜污染，进一步的研究将在SRT或者集成的MBR-HRT方面减轻膜结垢。5.结论 MBR技术具有许多优点所以更加的可靠和有研究价值。在未来的研究中将把重点放在减少能源消耗和减轻膜结垢等方面。膜生物反应器在这方面有着不错的表现，预计在未来有着更为广阔的前景与巨大的潜力。6.问题 1.为何多数设备会选择在电解池的阴极曝气？ 2.Leyva-Daz et al. investigated a BF-MBR containing carriers in the anoxic and aerobic zones of the bioreactor and a BF-MBR which contained carriers only in the aero