循环式膜生物反应器的运行与运行

循环式膜生物反应器的运行与运行

1新型水处理反应器膜生物检测器（pmr）是一种将超微膜组件与生物处理单元相结合的新型水处理检测器系统。它以膜技术的高效分离作用取代了活性污泥法中的二次沉淀池,达到了原来二次沉淀池所无法比拟的泥水分离和污泥浓缩效果。我国对MBR的研究工作起步比较晚,但发展十分迅速,并列入“九五”国家科技攻关课题,已取得阶段性发展。2膜生物反应器mbr按膜组件和生物反应器的位置,膜分离反应器可分为一体化膜反应器、分置式膜生物反应器。将膜分离装置置于生物反应器之外并用泵进行水循环,称之为循环式(分置式)MBR。反应之后的泥水混合物经泵送入膜组件,透过液作为处理出水,浓缩液再返回反应器进一步降解。分置式的特点是运行稳定可靠,操作管理容易。易于膜的清洗更换。但分置式膜生物反应器最大缺点是能耗大、设备造价高,一般能耗值为(4～12kWh/m),从而影响其在实际中的应用。而且液体在膜组件中的高速剪切流和循环泵的剪切力可以破坏微生物并直接导致生物反应器中的微生物活性降低。一体式膜生物反应器是将无外壳的膜组件浸没在生物反应器中,微生物在曝气池中降解有机物,通过负压抽吸,混合液中的水由膜表面进入中空纤维而排出反应器。膜组件的下方有曝气装置,将空气压缩机送来的空气形成上浮的微气泡;在曝气的同时,紊动的液流在膜表面产生剪切力,有利于去除膜表面的污染物。浸没式MBR能耗一般为0.4～0.8kWh/m3。一体式具有结构紧凑、体积小、运行费用低,但在运行稳定性、操作管理方面和膜的清洗更换上不如分置式。3污泥浓度和膜通量与循环式mbr的关系MBR的重要特征之一就是通过膜组件的高效固液分离作用,将绝大部分固形物都截留在反应器中,因而可以维持很高的污泥浓度,降低污泥负荷,提高系统的处理效率。但系统长期不排泥,也会产生一些问题。随着F/M的降低,胞外聚合物(extracellularpolymericsubstances,EPS)含量增加,SVI增加,EPS也是活性污泥中带来膜通量下降的重要原因;而且污泥浓度增高导致污泥黏度增加,产生高黏性膨胀使膜通量下降,产水量降低。黄霞等人对循环式MBR中的污泥浓度和膜通量的关系进行了研究。膜通量基本上与污泥浓度的对数值呈直线关系,随着污泥浓度的升高而降低。封莉等人对浸没式MBR的研究也得出了类似的结论。王志良等人研究认为当MLSS达到20000～30000mg/L时,膜水通量很低,最后接近断流。4膜污染的特性MBR工艺有众多优点,但也存在较难克服的问题——膜污染,它造成膜阻力的不断增加,使膜的透水率随时间下降,成了限制MBR水处理技术推广应用的主要障碍,也是国内外研究者面临的主要问题。4.1膜污染的类型4.1.1物质污染的影响膜的无机污染主要是指碳酸钙与钙、钡、锶等硫酸盐及硅酸盐等结垢物质的污染,其中碳酸钙和硫酸钙最常见。碳酸钙垢主要是由化学沉降作用引起的。二氧化硅胶体颗粒主要是由胶体富集作用决定。在膜生物反应器中保持水的紊流对于降低膜表面的无机污染是很重要的。4.1.2移时,界面向主体液的扩散当溶质不透过膜或只有少量透过而溶剂透过膜发生迁移时,产生了界面与主体液间的浓度梯度,引起溶质从界面向主体液的扩散,其结果会引起渗透压增加,这就使有限的操作压力减少,引起膜通量减少。4.1.3微生物的生物施工微生物通过向膜面的传递而积累在膜面形成生物膜。当生物膜积累到一定程度引起膜通量的明显下降时便形成生物污染。几乎所有的天然和合成高分子材料都易于被细菌吸附,即使是表面自由能很低的憎水性材料也是如此。使得细菌很容易吸附到膜面上形成生物膜,并进一步生长、繁殖形成生物污垢。形成生物膜的细菌由于自身代谢和聚合作用会产生大量的EPS,它们将粘附在膜面上的细胞体包裹起来形成粘度很高的水合凝胶层,进一步增强了污垢与膜的结合力。5材料、操作及膜的清洗膜污染控制可从全过程来考虑,包括膜材料的选择及安装、混合液特性的改善、操作条件的优化和膜的清洗等。现以中空纤维膜为例说明膜污染的全过程控制方法。5.1确定膜的检查目标1)膜材料选取:已经商品化的膜材料有硝化纤维素(CN)、醋酸纤维素(CA)、聚乙烯膜(PE)、聚丙烯膜(PP)、及偏氟乙烯(PVF)等,在选择膜材料时应从材料的强度、热稳定性、化学稳定性、耐污染性能、使用寿命、膜造价等方面进行技术分析和经济性评价来确定。2)膜孔径选择:从理论上讲,在确保污染物被截留的情况下,选择孔径大的膜可以使水通量提高。但实验发现,选用较大膜孔径,反而加速了膜的污染,水通量下降很快。一般膜的切割颗粒尺寸(截留分子量)应比要分离的污染物的尺寸小一个数量级。3)膜表面改性:考虑到废水中的污染物和活性污泥是有机物质,为了防止膜污染,应降低膜和原水间的界面能,因此应采用具有优良的抗污染特性的亲水性膜;另外,膜材料的电荷与溶质的电荷相同的膜也较耐污染。4)膜组件的安装:为防止膜污染,膜组件在安装时应合理确定膜组件和曝气池墙体、空气扩散管、反应器液面之间的距离以及空气护散器和曝气池底之间的距离,以保证在一定曝气量下获得较高的液体上升速率,减少污泥层在膜表面的沉积,减缓膜污染。5.2活性炭吸附法1)改善MLSS的可滤性:在混合液中加入活性炭(PAC)颗粒,利用活性炭的吸附作用来改善活性污泥的可滤性能,以此可降低膜阻力。2)控制反应器中MLSS浓度:王宝贞等研究表明,复合型膜生物反应器能维持较低的悬浮MLSS浓度且保证了高生物总量,从而有效地减缓了膜过滤阻力的上升和膜堵塞。5.3膜过滤操作条件1)低水通量过滤:水通量与由膜堵塞和压力导致的污染物在膜表面的增厚而引起的膜污染有关。DefranceL等研究活性污泥膜生物反应器发现,当渗透通量低于临界通量时,TMP(跨膜压差)保持稳定,污染是可逆的;相反超过临界通量时,TMP增加迅速且不稳定,此时再降低通量,形成的污染是部分不可逆的。2)间歇操作:采用间歇抽吸操作模式旨在通过定期地停止膜过滤,使以使沉积在膜表面上的污泥在曝气所造成的剪切力的作用下从膜表面脱落下来,使膜的过滤性能得以恢复。一般抽吸时间越长,悬浮固体在膜表面的积累程度越大;间歇时间越长,膜表面沉积污泥脱落越快,膜过滤性能恢复也就越多。3)合理曝气:在MBR中,曝气的目的除了为微生物供氧以外,还使上升的气泡及其产生的紊动水流清洗膜表面和阻止污泥聚集,以保持膜通量稳定,因此曝气量较高。但Shankararaman等研究发现,在进水料液粒径分布相同的情况下,当反应器内剪切力增大时,会导致膜表面沉积的颗粒粒径减小。污泥滤饼层中小粒径颗粒的增多会使滤饼的结构更加致密,从而使其膜过滤阻力增加。因此也并不是曝气量越大越好。6膜清洁6.1空气吹空气反冲可以减缓膜污染,但对膜会造成一定的损害,故对组件的强度要求较高。6.2反冲洗水用处理水对膜进行定期反冲洗,其冲洗强度和水量要比出水的强度高、水量大。水反冲洗对膜性能的要求也较高。6.3冲脱沉积型污泥层空曝气就是在停止进出水时,加大曝气强度并连续曝气,以冲脱沉积在膜表面上的污泥层。空曝气是通过强化水流循环作用的物理清洗方法,因此只有当膜表面附着的污泥层对膜的过滤阻力造成很大的影响时,这种方法的效果才比较显著。6.4化学药剂的选择最有效的方法是根据污染的程度,把膜组件浸在化学清洗剂中2～48h。常用的化学试剂有次氯酸钠、稀碱、稀酸、酶、表面活性剂等。对于不同种类的膜,应选择合适的化学清洗剂,以防止化学清洗剂对膜的损害。酸类清洗剂也可以溶解并除去矿物质及盐类,而NaClO水溶液可有效地去除蛋白质等有机污染物及膜内微生物,一般两者结合使用效果更好。7仿生膜的制备1)开发低成本、高性能的耐污染、高通量膜。膜的成本高、寿命短、易受污染,是影响MBR能否推广应用的重要因素,是MBR应用的“瓶颈”。现在已研制出聚酰胺系列、聚丙酰胺系列等有机膜及耐高温、耐高压的无机膜。近年来的研究表明,仿生膜能很好地解决传统膜许多难以克服的缺点,具有极好的传递性、分离性、选择性和生物兼容性,所以人们开始着手于仿生膜的制备研究。2)结合MBR与传统污水处理技术,开发新型MBR。虽然膜技术的引入是MBR的一大优势,但其生物反应器仍采用传统的活性污泥法,还有改进的必要和潜力。这也将会是今后研究的一个重点。3)确定MBR设计规范和操作参数。目前,MBR的研究发展迅速,但国内外MBR的工艺设计尚未见有较成熟、系统的方法,有必要确立一套合理的设计方法、操作参数以及检测标准。4)研究提高MBR经济可行性。MBR工艺的发展不仅取决于工艺本身,而且很大程度上取决于其经济可行性,有必要对MBR的经济性