綠色污水處理技術

1、文獻匯報Chemical Engineering Journal 283 (2016) 582594題目Green technology in wastewater treatment technologies: Integrationof membrane bioreactor with various wastewater treatment systems綠色廢水處理技術：膜生物反應器集成各種其他廢水系統(tǒng)的處理體系。作者：Chin Hong Neoh, Zainura Zainon Noor， Noor Sabrina Ahmad Mutamim, Chi Kim Lim摘要 世界各地的

2、淡水資源的匱乏成為當今的一項重大難題。 膜生物反應器（MBR）雖然已經在污水處理中得到一定的使用，但是還有很多缺點和局限性。 本文主要討論如何找到一種MBR聯合其他的廢水處理技術，開辟一種復合型穩(wěn)定高效的廢水處理途徑。 MBR在處理廢水的方面有著諸多的優(yōu)點，如減少污染和有開發(fā)新能源的可能性，并且能將環(huán)境恢復的程度大大提高。1.引言 近年來，膜生物反應器備受關注，其具有很多優(yōu)勢，比如體積小價格低廉，污泥產量小分離效率高，能保留小分子，通過超濾還可以除去病毒。 全球MBR市場在上升的年復合增長率13.2，預計將達到 627億美元 。這些說明MBR近年來的市場增長速度快，具有較大的市場貢獻。 本文主

3、要在于陳述使用膜生物反應器來進行處理工業(yè)廢水的技術，其中包含高級氧化技術，沉淀技術，反滲透，MDBR和MBBR-MBR。其副產物同時可以用以生物燃料和產生電能，既經濟又環(huán)保。2.膜生物反應器與其他技術的復合處理體系 采用復合處理體系的目的：在于提高滲透效率，減輕膜污染，提高膜的穩(wěn)定性與使得清洗過程變得更方便。2.1 高級氧化技術（AOPs）和電絮凝更適于前處理廢水，將廢水由生物難降解的化合物轉化為易降解的中間體，然后采用生物降解的方法進行凈化。Mascolo等人，利用臭氧-MBR的方法處理制藥廢水，效率高達99%，由此可以看出，兩個分離的系統(tǒng)協(xié)同處理效果更好Lopez等人研究了太陽能光催化-M

4、BR系統(tǒng)，有著濁度低，不引入碳源的優(yōu)勢。Laera等人研究了MBR集成臭氧以及UV/H2O2，可以有效地去除水中對人體有害的萘啶酸。Lamsal等人研究了硝化生物污染與反硝化作用。數據顯示BF-MBR比傳統(tǒng)的活性污泥法有著較好的生物活性。但是BF-MBR的膜污染更為嚴重，相比于MBR的結垢傾向有4倍之高。復合MBR在廢水處理中的優(yōu)缺點高成本，無法使用于對于高TSS廢水有效去除難降解的污染物有效去除顏色降低了生產剩余污泥操作簡單有效去除顏色高級氧化法/電絮凝膜蒸餾生物膜/生物包埋MBR顆粒MBR使用電絮凝-MBR來進行處理廢水Keerthi等人研究了電結合微濾，膜生物反應器，電一體化與MBR等三

5、種不同的體系。其體系具有有效地去除廢水中的鉻，銅，鋅等重金屬離子。經過相關的經濟技術調查，此研究中表明電絮凝-Fenton系統(tǒng)是其中最好的。相比普通膜生物反應器的0.1g污泥產量，其污泥產量幾乎為0,并且在氧化過程中能夠減少膜的結垢與延長膜的清洗周期，并且具有操作簡單，除磷效果好等優(yōu)點。幾種電絮凝-MBR的工作原理圖2.2正滲透膜（FO）和反滲透膜（RO）滲透膜生物反應器（OMBR）具有生產出來的水質良好和耗能低等一系列優(yōu)勢。OMBR能夠保留任何微小的污染物與引發(fā)半徑小于滲透壓的分子截留重量，從而顯著減少的生物降解難降解的化合物的時間。納米過濾膜的使用時膜污染的周期很短。FO的優(yōu)點是低能耗，膜

6、污染周期長，然而缺點在于水通量減少，SRT也會影響微生物產物與活性。FO膜的生物結垢是可逆的，會被滲透反沖洗。AnMBR能保持更多的微生物生長從而分解膜污垢。 Ogawa等發(fā)現，在納濾和反滲透膜生物反應器在市政廢水處理并沒有很大的差異，然而納濾膜的污染要更嚴重一些。 De Jager等人研究了MBR和超濾（UF）膜結合進行處理紡織工業(yè)廢水?？梢杂行У亟档虲OD和濁度，但是去除顏色能力欠佳。然而研究的MBR-反滲透體系對紡織脫色廢水的處理，發(fā)現其去除污水顏色效果有著極大改善。 Tan等人研究了使用三醋酸纖維素OMBR膜和FO集成來處理市政污水處理和效果，發(fā)現OMBR會妨礙氨氮去除，并且微生物無法

7、適應高鹽度的環(huán)境。 總結：使用OMBR半透膜會導致鹽在反應器中積累，鹽水環(huán)境可能會影響生物系統(tǒng)的性能。建議采用耐鹽微生物和較短SRT并且增加處理時間。2.3 膜蒸餾生物反應器（MDBR）MDBR結合了嗜熱生物過程與膜蒸餾過程。具有高效去除有機物的特點，污泥產量小，百分之百的脫鹽率，低膜污染，設備成本低，操作性能良好。MDBR的優(yōu)勢在于能夠一步到位的處理廢水，并且具有出水品質高并比膜反應器低溫室氣體排放的特點。 Wijekoon等評估了MBDR的工藝性能，其采用生物降解，污泥吸附而不是膜蒸餾，然而并不能很好的除去難降解物質，而且在高溫條件下會減少原生生物的數量。 Phattaranawik等。利

8、用清洗過的MDBR處理有機廢水，一樣可以處理出TOC和鹽度都非常低的水，說明MDBR的潛力在于廢水回收的一步到位，并且具有出水品質高，低溫室氣體排放量等諸多優(yōu)點?？偨Y：滲透與MDBR都能夠很高效的去除污染物。而且MDBR產生的熱能有可能用于能源的潛在應用前景。2.4生物膜膜生物反應器（BF-MBR）和生物截留膜生物反應器（BE-MBR）BF-MBR是通過增加MBR的核？的方法用以減少懸浮物的濃度以減少膜污染，并且比MBR有著更好的微生物活性。Rafiei等通過研究得出結論BE-MBR比BF-MBR能更好的降低COD和氨氮水力停留時間，而且結垢速度緩慢微生物增長迅速。Leyva-Daz等人將反應

9、器分為好氧和厭氧區(qū)與單獨的BF-MBR僅有好氧區(qū)進行對比，結果發(fā)現單獨MBR的性能比較好。 Rollings-Scattergood等設計了一種多孔的內部結構的BF-MBR，結垢的頻率是MBR的四倍以上，然而還是具有很好的氮化合物的除去效果。 總結：BE-MBR與BF-MBR都有著很好的降低TOC和TN的性能，然而還是會有一定的膜結垢和其他生物污染。 Yang等人的研究發(fā)現，BF-MBR比常規(guī)的MBR對于TOC和TN含量高的廢水的處理效果要好，然而BF-MBR的缺點在于絲狀菌導致的膜污染較為嚴重。 2.5 MBR顆粒 好氧顆粒污泥中可以同時實現硝化和反硝化，并且顆粒系統(tǒng)遠比單個微生物的工作效率

10、高。 Vijayalayan等的研究表明顆粒污泥能使膜的污染顯著減少而且增強了顆粒的穩(wěn)定性。 Zhao等的研究表明污泥的制取迅速但并不穩(wěn)定。 Li等的研究表明厭氧氨氧化顆粒具有高活性高抗震性生長速度塊污染小的優(yōu)點，在治理高氨氮廢水方面具有很好的前景。3. MBR作為一種可持續(xù)發(fā)展的廢水處理措施由于世界的能源危機與環(huán)境惡化，人類最需要的是將廢水凈化到可以用于農業(yè)與工業(yè)用途，并且能夠生產出能源或其他具有價值的產品，同時解決環(huán)境問題。3.1 MBR生物燃料的生產沼氣的產生源于活性甲烷菌，是很好的代替化石燃料的可再生能源。然而厭氧生物處理緩慢導致現在僅有很少的行業(yè)使用厭氧菌，并且有著工藝復雜，沉降特性

11、低，不容易去除雜質，氣體收集困難等缺點。因此，有著良好流出物、低量顆粒與低病原體的AnMBR備受關注。Sheldon等人研究，說明了FO-AnMBR和熱泵結合將有可能成為未來溫帶地區(qū)城市廢水處理與能源提供的一個新的方式。Youngsukkasem等人研究了反向生物膜反應器（RMBR）用膜包裹微生物快速合成生物甲烷。結果顯示，AnMBR能達到一個常規(guī)厭氧池的產量。 Pretel等調查了AnMBR的操作成本，發(fā)現其能量有35%轉化為電，其他的轉化為熱能，有一部分可以用于加熱應用。 然而ANMBR存在兩個明顯問題：壓力太高和還原細菌基底甲烷和硫酸之間具有競爭性。 AnMBR的種類與其甲烷產量Gao等

12、采用綜合厭氧流化床MBR和中空纖維膜來處理生活污水，甲烷產量為180L/kgCODWei等采用中溫AnMBR和中空纖維PVDF、UF膜來處理模擬城市廢水，甲烷產量為300ml/gCODJensen采用AnMBR和浸沒式中空纖維膜處理紅肉加工廢水，甲烷產量為360L/kgCOD3.2產生電能膜反應器的使用限制在于能源消耗太高，整合微生物燃料電池MFC可以降低能耗，并且具有清潔安全靜音低排放等優(yōu)點。Wang.等人進行相關的MBR-MFC的研究，開發(fā)了一種MBR-MFC一體化的進程，Li等人研究了一種在陰極安裝中空纖維膜的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以減輕膜污染，形成電場減少污泥沉積在膜表面，該系統(tǒng)能夠很好地去除難聞的氣味降低，總COD和濁度。 總結：MBR-MFC在能量消耗和膜污染的清理方面存在諸多優(yōu)點，可以將其作為快速COD的生物傳感器，并且無需外接電源支持。然而如何降低該方法的資本以及運營成本的相關問題正式眼下需要攻克的難題。MFC-MBR示意圖以及電場對膜污染的減緩機制每種類型的MFC-MBR系統(tǒng)的正負極，膜與功率Wang使用陽極石墨棒，陰極使用不銹鋼網，膜采用不銹鋼網，功率為4.35W/m33.3營養(yǎng)與金屬回收磷是一種不可再生的資源，對農業(yè)至關重要，所以回收磷也是理想的方案。Qiu 和 Ting研究了OMB

14、R城市污水處理，幾乎可以回收全部的磷。然而Johir等研究MBR-離子交換混合動力系統(tǒng)，并認為重點應該在于優(yōu)化厭氧步驟的養(yǎng)分最大化釋放。4.MBR的未來發(fā)展展望 膜生物反應器的未來趨勢在于減少能源消耗和膜污染兩個方面。4.1減少能源消耗有兩種方法來減少MBR的能耗。一種是通過微生物氧化有機物供電來代替人為供電，這一點MFC可以做到，然而MFC在滲透質量上還具有很多問題。另一方面MFC-MBR的排出物的優(yōu)化。今后關于MFC的開發(fā)將會是以排出物的無害化為主要目的。另一種類型的是綜合厭氧型MBR。然而AnMBR的推行收到膜污染與毒性的問題的困擾。總之未來有望出現自行供電的膜生物反應器。第二種方法是減

15、少膜生物反應器的數量使用，RO和FO具有低能耗的優(yōu)勢，然而系統(tǒng)的鹽度會抑制生物系統(tǒng)的性能，因此需要我們能找到一種可以抵抗高鹽度環(huán)境的細菌來維持生物系統(tǒng)的性能。4.2降低膜污染膜污染和能量消耗（曝氣）是相通的。有幾種降低膜結垢的方法：如HRT和SRT，重點在于用集成系統(tǒng)減輕膜污染，進一步的研究將在SRT或者集成的MBR-HRT方面減輕膜結垢。5.結論 MBR技術具有許多優(yōu)點所以更加的可靠和有研究價值。在未來的研究中將把重點放在減少能源消耗和減輕膜結垢等方面。膜生物反應器在這方面有著不錯的表現，預計在未來有著更為廣闊的前景與巨大的潛力。6.問題 1.為何多數設備會選擇在電解池的陰極曝氣？ 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