膜生物反應(yīng)器在污水處理中的應(yīng)用進(jìn)展.doc

膜生物反應(yīng)器在污水處理中的應(yīng)用進(jìn)展1 MBR應(yīng)用情況 目前，越來越多的國家將MBR用于生活污水和工業(yè)廢水的處理。表1中列出了一些發(fā)達(dá)國家近年來MBR的應(yīng)用情況。MBR的應(yīng)用情況國家應(yīng)用單位膜供應(yīng)商處理水量(m3/d)處理對(duì)象荷蘭1Beverwijk污水處理廠240生活污水荷蘭*Varsseveld污水處理廠18 000生活污水英國2Porlock污水處理廠Kubota1900生活污水英國Swanage污水處理廠Kubota13 000生活污水英國Daldowie污水處理廠Kubota10 800生活污水英國Wraxall污水處理廠Kubota290生活污水德國3Buechel污水處理廠Kubota960生活污水德國Markranstadt污水處理廠Zenon6000*生活污水德國Erftverband污水處理廠1500*生活污水德國*Monheim污水處理廠5000*生活污水德國*Kaarst污水處理廠40000*生活污 水愛爾蘭Avonmore公司 Kubota7100工業(yè)廢水愛爾蘭Minchmalt廠Kubota1720工業(yè)廢水比利時(shí)4* Heist污水處理廠30000*生活污水比利時(shí)*Schilde污水處理廠14000*生活污水奧地利5Halbenrain污水處理廠100垃圾滲濾液奧地利Zenon270生活污水瑞士*Zenon5 000生活污水以色列6Jerusalem污水處理廠4 000生活污水美國724座污水處理廠Zenon7500城市污水加拿大9座污水處理廠Zenon城市污水日本8300余座小區(qū)污水回用日本150余座工業(yè)廢水注：*原文中單位為inh，估計(jì)是inhabitants的縮寫 ，其義為人口當(dāng)量，此處按照1 inh=0.5m3/d估算。*污水處理廠仍在設(shè)計(jì)建設(shè)中。*原文中單位為人口當(dāng)量(Population Equivalents，PE)，此處按照1 PE=0.5m3/d估算。在歐洲大部分國家由于國土面積小，地面水體因徑流距離較短而導(dǎo)致其自凈能力差、生態(tài)系統(tǒng)脆弱、易受污染。MBR由于其占地面積小和出水水質(zhì)優(yōu)良，在歐洲受到了相當(dāng)程度的重視，有許多污水處理廠都運(yùn)用MBR工藝進(jìn)行了中試規(guī)模的污水處理研究，并計(jì)劃進(jìn)行工業(yè)規(guī)模的應(yīng)用。荷蘭在處理能力為240m3/d的中試取得成功以后，正在建造處理能力為18000m3/d的MBR污水處理廠，并計(jì)劃從2003年開始建造處理能力為(624)104m3/d的MBR污水處 理廠。德國已經(jīng)建成5家大規(guī)模使用MBR的污水處理廠，累計(jì)處理能力為21000m3/d；另有兩家污水廠已在規(guī)劃中，其中一家位于Kaarst的污水處理廠設(shè)計(jì)服務(wù)人口為8萬人，使用膜面 積總計(jì)為88000m2，預(yù)算為4600萬德國馬克，建成后將是世界上最大的使用MBR的污水處理廠。美國和加拿大已有許多投入運(yùn)行的MBR污水處理廠取得了較好的效果。日本對(duì)于MBR的使用較為普遍，主要是用于小區(qū)污水的處理與回用及工業(yè)(如食品、飲料制造業(yè))廢水處理。荷蘭Xflow公司開發(fā)的MBR在生活污水和食品、林業(yè)、造紙等工業(yè)廢水處理中得到了廣泛的應(yīng)用9，工業(yè)廢水累計(jì)處理流量為245m3/h，其中一家規(guī)模最大的生活污水處理廠的處理能力為1100m3/h。2 MBR的優(yōu)勢(shì)與改進(jìn)2.1 MBR的優(yōu)勢(shì)MBR與傳統(tǒng)工藝相比有以下明顯優(yōu)勢(shì)1： 由于取消了二沉池及將污泥濃度提高了25倍，減小了占地面積。 出水水質(zhì)好，可直接回用。出水中SS低于檢測(cè)限；耐熱大腸桿菌被完全除去，噬菌體數(shù)量比傳統(tǒng)工藝出水低1001000倍；對(duì)于重金屬的去除很明顯(尤其是Cu、Hg、Pb、Zn等)，但其去除率取決于金屬離子與污泥吸附的程度；有毒的微污染物(如殺蟲劑、多環(huán)芳烴等)幾乎全部吸附在污泥上，因此可與SS同時(shí)被去除。 生物處理單元中污泥濃度高、泥齡長，對(duì)有機(jī)物的去除率高。 對(duì)于氮、磷污染物有較高的去除率，出水可滿足TP0.15mg/L、TN2.2mg/L的環(huán)境最大容忍限度(Maximum Tolerable Risk，MTR)。 污泥產(chǎn)量少，降低了對(duì)剩余污泥處置的費(fèi)用，但MBR污泥的絮體較小且粘度較高。也有試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，MBR污泥的濃縮性能和脫水性能與傳統(tǒng)工藝產(chǎn)生的污泥并無大的差異。2.2 存在的問題及改進(jìn)措施MBR在顯示出許多傳統(tǒng)工藝無法比擬的優(yōu)點(diǎn)時(shí)，也暴露出一些尚需改進(jìn)的地方，這是研究人員關(guān)注的焦點(diǎn)。2.2.1 預(yù)處理工藝荷蘭的Bentem10等人在進(jìn)行處理能力為10m3/h的MBR中試研究時(shí)，對(duì)4種不同的格柵進(jìn)行了對(duì)比試驗(yàn)，柵孔的尺寸為0.250.75mm。試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，對(duì)原水進(jìn)行預(yù)處理后，原水中的SS可去除30%60%，這樣可以改變?cè)煞?，從而改善后續(xù)工藝的處理效果， 減輕膜污染，減小剩余污泥產(chǎn)量并改善污泥性狀。隨著SS的去除，COD也有10%15%的去除。通過中試，Bentem等人認(rèn)為在使用MBR處理污水時(shí)，采用格柵進(jìn)行預(yù)處理是非常必要的。2.2.2 膜污染與清洗膜工藝的一大缺點(diǎn)是膜在運(yùn)行一段時(shí)間以后會(huì)因?yàn)槟な艿轿廴径鴮?dǎo)致膜通量的降低，如何減緩膜污染進(jìn)程從而維持膜通量是應(yīng)用膜工藝時(shí)所面臨的一大挑戰(zhàn)。英國學(xué)者11認(rèn)為主要有三大因素影響膜污染(見圖1)，即膜本身的性質(zhì)、活性污泥的性質(zhì)和MBR的運(yùn)行條件三者相互影響。膜材質(zhì)決定了膜的親水性和膜孔隙率，膜孔的尺寸則會(huì)影響過膜壓差(Transmembrane Pressure，TMP)的大?。环磻?yīng)器的構(gòu)造與錯(cuò)流的速率(Cross Flow Velocity，CFV)將影響到活性污泥中胞外聚合物(Extracellular Polymeric Substances，EPS)的生成、污泥絮體結(jié)構(gòu)和大小以及溶解物的性質(zhì)；MBR中的HRT/SRT則直接影響到污泥的濃度和EPS的形成與生長。荷蘭研究者10在試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，導(dǎo)致膜污染的最重要因素是濾餅層的形成，而原水中的雜質(zhì)、污泥的性質(zhì)、MBR的水力學(xué)特性以及膜清洗等因素都會(huì)影響濾餅層的形成及性質(zhì)。為了防止濾餅層的形成，以下幾點(diǎn)非常重要： 選擇透水量衰減速度低的膜，并且控制膜通量； 減少M(fèi)BR中的短流區(qū)，避免過高的裝填度； 選擇合理的膜工作通量； 使污泥絮體顆粒盡量大，此時(shí)濾餅層有較好的透水性； 保持生物相的良好生長，防止EPS和絲狀菌大量產(chǎn)生。在已經(jīng)出現(xiàn)了較厚的濾餅層后，可通過下列方法加以去除： 保持MBR中流體的高度紊動(dòng)，但注意不要使污泥絮體破碎，否則會(huì)影響膜的透水性； 采用變強(qiáng)度曝氣可使污泥層破碎，高錯(cuò)流速度有助于控制濾餅層； 水力反洗可有效去除濾餅層，但只在反洗頻率高時(shí)才有效； 采用間歇出水方式可有效控制濾餅層的形成。試驗(yàn)中還發(fā)現(xiàn)，化學(xué)清洗可改善生物污染的狀況，但在用NaClO對(duì)膜進(jìn)行化學(xué)清洗時(shí)會(huì)導(dǎo)致出水中可提取的有機(jī)鹵化物（Extractable Organic Halogens，EOX）濃度升高，所以當(dāng)需要頻繁化學(xué)清洗時(shí)應(yīng)引起重視。2.2.3 MBR中的氧傳遞率在用于處理污水的MBR中通常都維持較高的MLSS(812g/L)濃度7，這易導(dǎo)致氧傳遞率的降低，從而使運(yùn)行能耗變大。傳遞層特性、氣泡大小和氣泡在混合液中的平均停留時(shí)間都會(huì)影響到氧傳遞率，而后兩項(xiàng)與混合液的粘性關(guān)系密切，MBR中混合和曝氣的效果以及污泥濃度都會(huì)影響混合液的粘性。活性污泥中EPS的生成會(huì)增加混合液的粘性，并且使活性污泥的憎水性增強(qiáng)?；钚晕勰嘀薪z狀菌的生長導(dǎo)致污泥膨脹從而使混合液粘性增加，此外絲狀菌的新陳代謝還會(huì)產(chǎn)生憎水物質(zhì)，其中可溶性微生物代謝產(chǎn)物(Soluble Microbial Products，SMP)還會(huì)導(dǎo)致膜的污染。要保持較高的氧傳遞率和降低能耗應(yīng)從兩方面出發(fā)：一是合理選擇曝氣及混合裝置，使混合液有較高的紊動(dòng)；二是調(diào)節(jié)運(yùn)行參數(shù)，使生物相保持良好的生長狀態(tài)。2.2.4 污泥濃度的控制由于MBR可徹底地將污泥與出水分離，從而保證了優(yōu)良的出水水質(zhì)與較高的污泥濃度。因污泥濃度較高，而原水性質(zhì)與傳統(tǒng)工藝相比不會(huì)有太大的差異，從而使得MBR中的F/M較低。Renze van Houten等人12認(rèn)為較低的F/M，一方面可以使產(chǎn)生的剩余污泥量減少而降低了處置剩余污泥的費(fèi)用，但另一方面使得污泥齡變長。較長的污泥齡有利于世代期較長的細(xì)菌生長(如硝化菌)，但過長的污泥齡會(huì)使微生物產(chǎn)生出SMP。若大分子的SMP被截留在MBR中一方面會(huì)污染膜，另一方面SMP會(huì)吸附在氣水兩相的界面上導(dǎo)致氧傳遞率的降低，而小分子的SMP則會(huì)穿過膜進(jìn)入出水，導(dǎo)致出水水質(zhì)變差。低F/M還會(huì)使MBR中產(chǎn)生EPS，使混合液的粘度升高，從而導(dǎo)致污泥的脫水性能變差，膜過濾阻力變大。所以，雖然較高的污泥濃度能有效減小MBR的體積，但過高的污泥濃度對(duì)于MBR正常運(yùn)行是不利的，在運(yùn)行MBR時(shí)應(yīng)控制適當(dāng)?shù)奈勰酀舛取? 結(jié)論綜上所述，MBR在污水處理領(lǐng)域已成為倍受矚目的新工藝，并且得到了廣泛的應(yīng)用。在我國的能源、土地資源和水資源日益緊張而水體污染又非常嚴(yán)重的情況下，可以預(yù)計(jì)它將有非常廣闊的開發(fā)和應(yīng)用前景。 膜生物技術(shù)在豬糞廢水處理中的應(yīng)用1 前言 近年來，隨著上海市畜禽養(yǎng)殖業(yè)的發(fā)展和菜籃子工程的實(shí)施，集約化、規(guī)?；笄蒺B(yǎng)殖業(yè)迅速崛起。據(jù)估算1，2，全市畜禽廢棄物年排泄量相當(dāng)于1700萬人口的排泄量之多，若按BOD5估算，全市畜禽BOD5的排泄量相當(dāng)于3000萬人口的排泄規(guī)模。為了減輕市郊水環(huán)境日趨嚴(yán)重的污染問題，畜禽糞便廢水的處理顯然極其必要。畜禽糞便廢水有機(jī)物濃度高、氨氮濃度高、惡臭嚴(yán)重，對(duì)其處理目前尚缺乏成功的經(jīng)驗(yàn)。該類廢水的處理難度較高，常規(guī)的厭氧好氧處理難以實(shí)現(xiàn)氨氮達(dá)標(biāo)排放。本文介紹膜生物技術(shù)處理某養(yǎng)豬場排放廢水，取得了很好的效果。2 處理設(shè)施概況奉賢蘆涇飼養(yǎng)場廢水處理設(shè)施設(shè)計(jì)水量為60m3/h, 經(jīng)實(shí)地取樣分析，進(jìn)水水質(zhì)如表1。表1 奉賢蘆涇飼養(yǎng)場廢水處理設(shè)施進(jìn)水水質(zhì)和排放要求污染物名稱污染物濃度（mg/L）排放標(biāo)準(zhǔn)要求3（mg/L） 化學(xué)耗氧量（CODCr）10000400生化耗氧量(BOD5)5000200固體懸浮物(SS)1000150氨氮（NH3-N）5001003工藝選擇及工藝流程畜禽糞便廢水是一種高COD和高NH3N的廢水，要實(shí)現(xiàn)去除COD和去除NH3N的目的，達(dá)到排放的要求，必須采用具有硝化反硝化功能的生物脫氮系統(tǒng)，理論上來說采用生化厭氧+好氧處理較適合。但以下幾點(diǎn)因素限制了厭氧處理技術(shù)在畜禽糞便廢水處理中的應(yīng)用：1）厭氧處理對(duì)溫度、pH等環(huán)境因素很敏感，對(duì)操作人員要求高，不適用于畜牧場；2）畜禽糞便廢水氨氮濃度高，實(shí)際操作中容易造成系統(tǒng)酸化；3）厭氧處理會(huì)產(chǎn)生一定量的沼氣，由于沼氣收集系統(tǒng)造價(jià)高、操作要求高，若直接排放存在安全隱患。因此，厭氧+好氧處理不是最合適的選擇。而單一的好氧處理對(duì)氨氮沒有很好的處理效果。為了達(dá)到穩(wěn)定脫氮的效果，設(shè)計(jì)采用處理能力大、凈化功能高的膜生物廢水處理技術(shù)。廢水首先經(jīng)過螺旋式固液分離機(jī)預(yù)處理后，清液進(jìn)入調(diào)節(jié)池，均衡水質(zhì)水量后用泵打入處理池，處理后通過膜分離單元的水排放，處理過程產(chǎn)生的污泥排入污泥干化池。該工藝流程如圖1。4工藝原理及特點(diǎn)生物處理池中關(guān)鍵的膜分離單元，以一定間隔放置在池后端，池內(nèi)的活性污泥對(duì)廢水中的有機(jī)物進(jìn)行降解。降解后的水通過中空絲狀膜排放。膜孔孔徑為0.1m,顆粒性物質(zhì)及活性污泥不能通過該膜孔而被分離。細(xì)菌等不會(huì)通過膜孔而流失，而是附著后形成生物膜4，隨著時(shí)間的增加，生物膜上能生長世代時(shí)間較長、增殖速度慢的硝化菌。由于微生物附著生長并使生物膜具有較少的含水率，單位處理池容積內(nèi)的生物量可比普通活性污泥高520倍，因而具有較大的處理能力。又由于硝化菌的生產(chǎn)繁殖，使處理池不僅能有效地去除有機(jī)污染物，且具有一定的硝化脫氮功能。生物處理池采用微孔曝氣器曝氣，部分污泥回流至池前端，回流比最高可達(dá)到9：1。在膜分離裝置前，高濃度活性污泥與廢水充分混合，有機(jī)物在被微生物降解的同時(shí)，NH3N也被亞硝酸菌氧化成NH3-，再回流至池前端利用進(jìn)水的有機(jī)物碳源進(jìn)行反硝化，最終使NH3-還原成為N2，達(dá)到脫氮的作用。在正常運(yùn)轉(zhuǎn)后，處理池中活性污泥濃度可達(dá)800012000mg/L。采用膜生物技術(shù)的處理工藝與普通活性污泥法相比較，膜生物處理池通過膜分離單元將清水直接抽出，不參加回流的部分污泥可直接被分離，不需要再設(shè)置二沉池進(jìn)行固液分離。這樣池內(nèi)的活性污泥及微生物不會(huì)流失，可保持高濃度的微生物菌類，這樣保證了穩(wěn)定的有機(jī)物降解率和NH3N去除率，同時(shí)由于處理池中的活性污泥濃度是普通活性污泥法污泥濃度的34倍，使其占地面積只有普通活性污泥法處理池的1/41/3。5調(diào)試及運(yùn)行狀況該廢水處理站2000年3月開始調(diào)試，取松江張澤養(yǎng)豬場好氧活性污泥進(jìn)行接種、馴化。進(jìn)水量在馴化過程中漸次放大，維持2周后投入使用。分4個(gè)階段進(jìn)行水質(zhì)監(jiān)測(cè)（見表3）。通過表3可以看到，隨著時(shí)間的推移，池中的硝化作用逐漸增強(qiáng)，NH3-N指標(biāo)逐漸達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)，其間有由于NO3-N累積引起CODCr超標(biāo)、最后完全達(dá)標(biāo)的過程。膜生物技術(shù)脫氮作用是通過硝化菌的不斷繁殖實(shí)現(xiàn)的。 根據(jù)各階段調(diào)試的出水水質(zhì)監(jiān)測(cè)（見圖3），2000年8月出水水質(zhì)分析結(jié)果顯示， CODCr=150 mg