污水MBR處理總結

1、1. 前言在水質富營養(yǎng)化日益嚴重的今天, 越來越多的國家和地區(qū)制定了嚴格的氮磷排放標準, 因此廢水脫氮除磷工藝的開發(fā)日益受到關注。 膜生物反應器(MBR)工藝是將現(xiàn)代膜分離技術與傳統(tǒng)生物處理技術有機結合起來的一種新型高效污水處理及回用工藝。 與傳統(tǒng)的脫氮除磷工藝相比,MBR 的脫氮除磷工藝是最近才開始研究與發(fā)展的。MBR 可以通過膜的截留作用, 使硝化菌長期停留在好氧池內, 在不增加池容的前提下延長了污泥齡, 滿足了硝化菌的生長, 減少了硝化菌的流失。 同時,在 MBR 中還發(fā)現(xiàn)存在反硝化除磷菌,在脫氮的同時也能有效地去除磷。2. MBR脫氮除磷的原理以及工藝2.1 原理MBR是一種將污水的生

2、物處理和膜過濾技術相結合的高效廢水生物處理 工藝。它把膜分離技術和生物技術結合起來，采用膜組件取代常規(guī)二級生化處理工藝中二沉池、砂濾、消毒等單元；用超微濾膜對曝氣池出水直接進行過濾。2.2 工藝類型MBR工藝一般由膜組件和生物反應器兩部分組成，根據(jù)各個單元自身的多樣性，MBR可分為多種類型。(1) 按照膜組件的位置的不同來劃分可分為分離式MBR和一體式MBR。ü 分離式MBR：最早的MBR發(fā)展形式，也稱為第一代MBR工藝。工藝均采用錯流式膜組件，采用加壓方式，該技術比較成熟，運行穩(wěn)定可靠，但需要較高的循環(huán)水量，造成較大的單位產水能耗。ü 一體式MBR第二代MBR工藝，解決分

3、離式MBR能耗高的問題。在一體式中，膜組件直接置入生物反應器內，曝氣器就放在膜組件的下面，通過相應泵進行抽吸，得到過濾液。由于曝氣形成的剪切力和紊動，使固體難于積聚在膜表面，從而減少膜的堵塞和能耗。這種反應器具有設備簡單、占地空間小、整體性強、操作方便等，但易污染，出水不連續(xù)。ü 膜組件和膜材料常用于MBR處理工藝中的是微濾膜和超濾膜按材質分，膜種類有無機膜和有機膜。無機膜耐污染、壽命長，但生產成本較高，目前國內普遍采用有機膜。目前，超濾膜的制膜材料多為聚礬超濾膜、氟化物、聚礬酞胺及醋酸纖維素等微濾膜多采用硝酸纖維濾膜、醋酸纖維素膜、聚酞胺濾膜、再生纖維濾膜等為制膜材料。(2) 膜生

4、物反應器同步脫氮除磷工藝按照厭氧和好氧是否在同一反應器內，可分為單級A/O程序MBR 脫氮除磷工藝、兩級A/O階段MBR脫氮除磷工藝和兩級A2/O階段MBR脫氮除磷工藝。a. 單一反應器間歇曝氣膜生物反應器工藝：單一反應器間歇曝氣膜生物反應器脫氮工藝包含序批式MBR和間歇曝氣MBR兩種。序批式MBR(MSBR)使用序批式反應器(SBR)的運行方式，通過限制曝氣和半限制曝氣運行方式在時間序列上實現(xiàn)缺氧/好氧的組合并控制每一部分適宜的時間比例,可以得到較好的脫氮效果。將膜組件浸入生物反應器中，構成的一體式裝置沒有混合液的回流，較少了設備需求，降低了運行費用。間歇曝氣MBR與MSBR工藝類似, 但其

5、缺氧好氧間歇運行的時間間隔很短, 而進水是可連續(xù)或間歇的。研究發(fā)現(xiàn), 該工藝硝化反應進行的很快、很徹底, 反硝化是限制速度的步驟，此外，調整周期中缺氧好氧循環(huán)時間以及添加懸浮提案料，可以提高除氮效果。b. 兩級A/O階段MBR脫氮除磷工藝A/O形式的膜反應器工藝類似于傳統(tǒng)的A/ O 工藝，前置反硝化在缺氧條件下運行,含碳有機物的去除、 含氮有機物的氧化和氨氮的硝化在好氧條件下運行，以膜代替重力沉淀池進行固液分離。在設計合理的A/O系統(tǒng)中，好氧池回流污泥中的剩余溶解氧會被很快耗盡，不會破壞缺氧池適宜的環(huán)境條件。但過高的污泥濃度會造成空氣曝氣系統(tǒng)難于滿足微生物的氧需求，造成硝化速率的降低。c. 兩

6、級A2/O階段MBR脫氮除磷工藝兩級A2/O階段MBR脫氮除磷工藝是在兩A/O階段MBR脫氮除磷工藝的基礎上改造得來,即將前置缺氧階段通過一定的方法在時間序列上創(chuàng)造出缺氧階段和厭氧階段?？刂茝暮醚醭鼗亓骰旌弦旱臅r間間隔來創(chuàng)造缺氧條件和厭氧條件, 當有混合液回流時, 前置反應池為缺氧條件, 當沒有混合液回流時則為厭氧條件。d影響因素Ø 溫度對硝化和反硝化影響較大。Ø 反應器內 DO濃度對硝化反應速度及硝化細菌的生長速率均有極大的影響, 但普遍認為 DO >2.0mg/L時, DO濃度對硝化作用的影響可不予考慮。Ø pH 是影響硝化和反硝化作用的重要環(huán)境因素之一

7、。生物除磷合適的pH范圍為中性或微堿性。在此條件下, 硝化和反硝化過程迅速。Ø 廢水中所含碳(BOD5)氮比大于3時, 無須外加碳源即可達到脫氮除磷的目的。Ø 污泥齡對膜生物反應器的硝化作用有很大影響。有人發(fā)現(xiàn), 當污泥齡由10 d 增加為50 d時, 氨氮去除率由80%增加到99%。當污泥齡過長時, 脫氮效率反而降低, 這可能是由于難降解的溶解性高分子物質被膜截留在系統(tǒng)內, 隨著污泥齡的增加而積累, 對硝化菌產生抑制作用。當污泥齡變長, 由于排除的剩余污泥減少, 磷的去除效率也相應的降低。e 多種工藝的比較對于間歇曝氣工藝,將進水時間縮短并集中在缺氧初期有利于反硝化速率的

8、提高。在停曝缺氧段中，膜組件停止出水閑置不用，與處理能力、工藝參數(shù)及膜組件類型相同的A/O工藝相比，盡管可以省卻污泥回流設備和能耗，但膜面積卻增大許多。有研究認為，間歇曝氣促使細菌胞外聚合物的降解速度加快，膜的生物污染得到緩解,提高了膜的使用壽命。對于A/ O形式的膜生物反應器,可采用污泥回流；當MLSS較高時，不同的回流比對氮的去除沒有明顯的影響。在設計合理的A/O系統(tǒng)中，好氧池回流污泥中的剩余溶解氧會被很快耗盡，不會破壞缺氧池適宜的環(huán)境條件。但過高的污泥濃度會造成空氣曝氣系統(tǒng)難于滿足微生物的氧需求，造成硝化速率的降低。(3) 新型MBR工藝l 氣升循環(huán)分體浸沒式MBR氣升循環(huán)分體浸沒式MB

9、R的特點是膜單元與生物反應器分置，便于系統(tǒng)維修和膜清洗，膜清洗時對生物反應器工作狀態(tài)影響很??；生物反應器與膜單元之間的循環(huán)無需循環(huán)泵；膜組件采用浸沒式，保留了浸沒式膜生物器低能耗的特點。l 新型的復合動態(tài)生物MBR新型的復合動態(tài)生物MBR通過投加生物載體，使反應器內同時存在附著相的生物膜和懸浮相的活性污泥，從而提高了生物反應器內的微生物總濃度，出水可達到回用水標準。l 無泡曝氣MBR它采用透氣性致密膜（如硅橡膠膜）或微孔膜（如疏水性聚合膜），以板式或中空纖維式組件，在保持氣體分壓低于泡點（Bubble Point）的情況下，可實現(xiàn)向生物反應器的無泡曝氣。由于傳遞的氣體含在膜系統(tǒng)中，因此提高了接

10、觸時間，極大的提高了傳氧效率。無泡曝氣MBR的O2利用率可接近 100 % ,是傳統(tǒng)曝氣的57 倍。當空氣或 O2進入傳質阻力很小的透氣性膜后，在濃差推動力的作用下向膜外的活性污泥擴散，由于O2停留在膜組件中的時間很長，O2的傳質效率高，而且因O2的分壓被控制在起泡臨界壓力之下，故沒有氣泡進入大氣，這樣使O2的利用率達到最大值。無泡曝氣MBRl 萃取MBR萃取MBR將廢水與活性污泥用膜組件隔離，膜組件具有選擇性，僅使廢水中的待處理成分透過。污染物透過膜后在生物反應器中被微生物吸附降解，濃度不斷下降，在廢水和反應器間形成一個濃度差，這是污染物進人生物反應器的根本傳質推動力。3. MBR脫氮除磷的

11、發(fā)展趨勢3.1 優(yōu)點與常規(guī)生物處理技術相比較，具有如下顯著特點：(1) 對污染物的去除率高；抵抗污泥膨脹能力強，出水水質穩(wěn)定，出水中沒有懸浮物，而且可去除細菌病毒， 是一種對原水處理后不必消毒的工藝 (2) 易于一體化，便于自動控制，操作簡便，同時實現(xiàn)了SRT和HRT的徹分離 (3) 膜的截流作用避免了微生物的流失，生物反應器內污泥濃度可達35g/L，提高體積負荷，設備占地省 (4) SPR延長，有利于增殖緩慢的細菌，如硝化細菌的截流和生長，從而提高系統(tǒng)的硝化能力，同時提高難降解有機物的降解速率 (5) 剩余污泥產生量少，污泥處置費用低 (6) 受膜表面速度剪切力的影響，污泥絮體平均尺寸較小，

12、污泥傳氧速率提高 ,可達26%60%3.2 存在的問題及解決方法MBR強化了傳統(tǒng)活性 污 泥 的處理能力，與常規(guī)生物處理方法相比，具有較多的技術優(yōu)勢，但來自于膜更換頻率、膜價格和能耗需求三個方面的高消耗將直接限制其在實際工程中的應用。因此，降低膜生產成本、延長膜使用壽命、降低能耗，是推廣MBR處理廢水的關鍵所在。(1) 膜污染膜污染是指處理物料中的微粒、膠體粒子或溶質大分子有機物在膜表面和膜孔內吸附、沉淀造成膜孔徑變小或堵塞、使膜通量下降的現(xiàn)象。多項研究表明，膜污染大致是由懸浮污染物、溶解性有機物、微生物及溶質析出造成濃差極化現(xiàn)象引起的，因此針對上述問題提出如下解決辦法：ü 對混合液

13、進行預處理由于混合液的性質和組成是影響膜污染的重要因素，因此對混合液進行有效預處理，使其達到膜組件的進水要求，是防止膜污染的重要措施之一。通常采用的預處理方法有過濾、化學預絮凝、pH值調節(jié)、消毒、活性炭吸附等。 ü 控制操作條件適當?shù)乜刂撇僮鳁l件，可以很大程度上減輕膜污染。在一定操作壓力下，通過提高進水流速或采用錯流等方法，可改善膜面附近料液的流體力學條件，減少濃差極化，使被截留溶質及時帶走提高料液溫度，加速分子擴散、減少粘度、增大濾速、保持適宜污泥濃度，適時增大曝氣量，有利于減緩懸浮固體和溶解性有機物在膜面的沉積和污染。ü 研發(fā)高性能、耐污染膜及運行新工藝高膜的耐污染及單

14、位面積處理能力，能從根本上改善膜污染。目前，已研制出聚酞胺系列、聚丙酞胺系列等有機膜及耐高溫、高壓的無機膜。近來，人們開始著眼于仿生膜的制備研究。用不同的膜及膜組件與各種好氧和厭氧生物廢水處理技術相結合，通過實踐證明，能提高反應器的耐污染及處理能力。ü 膜的清洗為了消除可逆膜污染，快速恢復部分膜通量，應對膜進行定期清洗。根據(jù)不同膜污染形式，可選用不同的清洗方法，清洗包括物理清洗、化學清洗和其他方法為使正常運行，清洗操作最好在線進行。(4) 膜價格分析發(fā)現(xiàn)，膜組件的費用明顯高于占地和土建，約占固定投資的40%60%，由此可見，膜制造成本高是運行費用高的重要因素。但以目前制膜工業(yè)的發(fā)展看

15、，隨著膜制造技術的進步，膜價格具有很大的降價空間，據(jù)估算，在未來一年內，膜的價格完全可以降至目前的50%左右。(5) 膜能耗目前，常規(guī)分離式運行能耗為34(kWh/m3),高于活性污泥法的0.30.4(kWh/m3)。但研究表明，通過改進膜組件形式和工藝條件可降低能耗，如淹沒式的出現(xiàn)，就為解決能耗問題前進了一大步，其運行能耗為0.62.0(kWh/m3)3.3 發(fā)展方向(1) 國內外發(fā)展現(xiàn)狀MBR最早于1969應用于美國的酶制劑工業(yè)，但發(fā)展較為緩慢，直至20世紀80年代，MBR才有了新的突破。截止到1987年，日本已有13家公司使用好氧MBR處理大樓廢水，處理量達50-250m3/d，同時法國

16、、美國、泰國、加拿大等國家也相繼加大了MBR方面的研究投入。我國的MBR工藝研究起步較晚，目前只有清華、同濟、天津大學等高校和中科院等科研院所在開展這方面的研究，但工程實例報道較少。(2) MBR技術的應用前景為了使MBR技術早日得到廣泛應用，可從以下幾方面努力：l 大規(guī)模應用于中水回用。在應用MBR技術處理市政、生活污水并實現(xiàn)中水回用時，還要考慮另外一個關鍵因素，即運行成本。l 研制、開發(fā)化學性質穩(wěn)定、耐酸堿腐蝕、機械強度好、單位面積透水量大、能長期在受壓條件下運轉、價格低廉的高性能膜材料；l 深度探討膜污染的成因，尋求減少膜污染，快速恢復通量的對策；l 探索新的形式，力求工藝靈活多樣，降低

17、動力能耗。根據(jù)不同的水質及處理要求，用不同的膜及膜組件與各種好氧和厭氧生物廢水處理技術相結合，開發(fā)出處理能力更強、耐污染能力更強、運行更經濟的新型MBR。4. 工程實例l 國外一些工程實例：國家應用單位膜供應商處理水量/ (m3·d-1)處理水量荷蘭Beverwijk污水處理廠240 生活污水英國Porlock污水處理廠Kubota1 900生活污水德國Buechel污水處理廠Kubota960生活污水愛爾蘭Minchmalt廠Kubota1 720工業(yè)廢水比利時1)Schilde污水處理廠14 0002)生活污水奧地利Halbenrain污水處理廠100垃圾滲濾液瑞士1)Zenon

18、5 000生活污水美國24座污水處理廠Zenon7 500城市污水日本150余座工業(yè)廢水注: 1)污水處理廠仍在設計建設中；2)原文中單位為人口當量(Population Equivalents，PE)，此處按照1 PE=0.5 m3/d估算。l 國內應用實例我國MBR的應用對象存在明顯的地域差別，南方地區(qū)，MBR目前主要應用于高濃度有機廢水與難降解工業(yè)廢水的處理；而在天津、大連等嚴重缺水的北方地區(qū)，MBR主要作為中水回用技術處理生活污水。1998年，大連大器公司設計的200 m3/d的中水回用裝置就己在大連投入運行；天津清華德人環(huán)境公司和天津大學共同研制的MBR已有了一些應用實例。該 產品已經應用于生活污水處理回用、工業(yè)印染廢水處理回用、垃圾填埋場滲濾液處理等領域，已建立2 0多項示范工程。以處理天津某寫字樓排放的污水為例，該寫字樓的建筑面積約為17000 m2，采用了日處理能力為25m3的裝置，設備本體占地3.2m2，投資10余萬元，能耗為0.8 kW·h/m3。處理出水可用作沖廁、綠化及洗車等。清華永新雙益環(huán)保有限公司開發(fā)研制的一體化膜生物反應器先后在“北京匯聯(lián)食品有限公司食品加工廢水處理工程（2503/d）”，“清華大學東區(qū)浴池中水回用工程（200 3/d）”中應用。國內在實際工程應用上發(fā)展很快 上海荏原成套工程有限公司的 P W