循環(huán)式膜生物反應(yīng)器的運行與運行

循環(huán)式膜生物反應(yīng)器的運行與運行

1新型水處理反應(yīng)器膜生物檢測器（pmr）是一種將超微膜組件與生物處理單元相結(jié)合的新型水處理檢測器系統(tǒng)。它以膜技術(shù)的高效分離作用取代了活性污泥法中的二次沉淀池,達到了原來二次沉淀池所無法比擬的泥水分離和污泥濃縮效果。我國對MBR的研究工作起步比較晚,但發(fā)展十分迅速,并列入“九五”國家科技攻關(guān)課題,已取得階段性發(fā)展。2膜生物反應(yīng)器mbr按膜組件和生物反應(yīng)器的位置,膜分離反應(yīng)器可分為一體化膜反應(yīng)器、分置式膜生物反應(yīng)器。將膜分離裝置置于生物反應(yīng)器之外并用泵進行水循環(huán),稱之為循環(huán)式(分置式)MBR。反應(yīng)之后的泥水混合物經(jīng)泵送入膜組件,透過液作為處理出水,濃縮液再返回反應(yīng)器進一步降解。分置式的特點是運行穩(wěn)定可靠,操作管理容易。易于膜的清洗更換。但分置式膜生物反應(yīng)器最大缺點是能耗大、設(shè)備造價高,一般能耗值為(4～12kWh/m),從而影響其在實際中的應(yīng)用。而且液體在膜組件中的高速剪切流和循環(huán)泵的剪切力可以破壞微生物并直接導(dǎo)致生物反應(yīng)器中的微生物活性降低。一體式膜生物反應(yīng)器是將無外殼的膜組件浸沒在生物反應(yīng)器中,微生物在曝氣池中降解有機物,通過負壓抽吸,混合液中的水由膜表面進入中空纖維而排出反應(yīng)器。膜組件的下方有曝氣裝置,將空氣壓縮機送來的空氣形成上浮的微氣泡;在曝氣的同時,紊動的液流在膜表面產(chǎn)生剪切力,有利于去除膜表面的污染物。浸沒式MBR能耗一般為0.4～0.8kWh/m3。一體式具有結(jié)構(gòu)緊湊、體積小、運行費用低,但在運行穩(wěn)定性、操作管理方面和膜的清洗更換上不如分置式。3污泥濃度和膜通量與循環(huán)式mbr的關(guān)系MBR的重要特征之一就是通過膜組件的高效固液分離作用,將絕大部分固形物都截留在反應(yīng)器中,因而可以維持很高的污泥濃度,降低污泥負荷,提高系統(tǒng)的處理效率。但系統(tǒng)長期不排泥,也會產(chǎn)生一些問題。隨著F/M的降低,胞外聚合物(extracellularpolymericsubstances,EPS)含量增加,SVI增加,EPS也是活性污泥中帶來膜通量下降的重要原因;而且污泥濃度增高導(dǎo)致污泥黏度增加,產(chǎn)生高黏性膨脹使膜通量下降,產(chǎn)水量降低。黃霞等人對循環(huán)式MBR中的污泥濃度和膜通量的關(guān)系進行了研究。膜通量基本上與污泥濃度的對數(shù)值呈直線關(guān)系,隨著污泥濃度的升高而降低。封莉等人對浸沒式MBR的研究也得出了類似的結(jié)論。王志良等人研究認為當MLSS達到20000～30000mg/L時,膜水通量很低,最后接近斷流。4膜污染的特性MBR工藝有眾多優(yōu)點,但也存在較難克服的問題——膜污染,它造成膜阻力的不斷增加,使膜的透水率隨時間下降,成了限制MBR水處理技術(shù)推廣應(yīng)用的主要障礙,也是國內(nèi)外研究者面臨的主要問題。4.1膜污染的類型4.1.1物質(zhì)污染的影響膜的無機污染主要是指碳酸鈣與鈣、鋇、鍶等硫酸鹽及硅酸鹽等結(jié)垢物質(zhì)的污染,其中碳酸鈣和硫酸鈣最常見。碳酸鈣垢主要是由化學(xué)沉降作用引起的。二氧化硅膠體顆粒主要是由膠體富集作用決定。在膜生物反應(yīng)器中保持水的紊流對于降低膜表面的無機污染是很重要的。4.1.2移時,界面向主體液的擴散當溶質(zhì)不透過膜或只有少量透過而溶劑透過膜發(fā)生遷移時,產(chǎn)生了界面與主體液間的濃度梯度,引起溶質(zhì)從界面向主體液的擴散,其結(jié)果會引起滲透壓增加,這就使有限的操作壓力減少,引起膜通量減少。4.1.3微生物的生物施工微生物通過向膜面的傳遞而積累在膜面形成生物膜。當生物膜積累到一定程度引起膜通量的明顯下降時便形成生物污染。幾乎所有的天然和合成高分子材料都易于被細菌吸附,即使是表面自由能很低的憎水性材料也是如此。使得細菌很容易吸附到膜面上形成生物膜,并進一步生長、繁殖形成生物污垢。形成生物膜的細菌由于自身代謝和聚合作用會產(chǎn)生大量的EPS,它們將粘附在膜面上的細胞體包裹起來形成粘度很高的水合凝膠層,進一步增強了污垢與膜的結(jié)合力。5材料、操作及膜的清洗膜污染控制可從全過程來考慮,包括膜材料的選擇及安裝、混合液特性的改善、操作條件的優(yōu)化和膜的清洗等?，F(xiàn)以中空纖維膜為例說明膜污染的全過程控制方法。5.1確定膜的檢查目標1)膜材料選取:已經(jīng)商品化的膜材料有硝化纖維素(CN)、醋酸纖維素(CA)、聚乙烯膜(PE)、聚丙烯膜(PP)、及偏氟乙烯(PVF)等,在選擇膜材料時應(yīng)從材料的強度、熱穩(wěn)定性、化學(xué)穩(wěn)定性、耐污染性能、使用壽命、膜造價等方面進行技術(shù)分析和經(jīng)濟性評價來確定。2)膜孔徑選擇:從理論上講,在確保污染物被截留的情況下,選擇孔徑大的膜可以使水通量提高。但實驗發(fā)現(xiàn),選用較大膜孔徑,反而加速了膜的污染,水通量下降很快。一般膜的切割顆粒尺寸(截留分子量)應(yīng)比要分離的污染物的尺寸小一個數(shù)量級。3)膜表面改性:考慮到廢水中的污染物和活性污泥是有機物質(zhì),為了防止膜污染,應(yīng)降低膜和原水間的界面能,因此應(yīng)采用具有優(yōu)良的抗污染特性的親水性膜;另外,膜材料的電荷與溶質(zhì)的電荷相同的膜也較耐污染。4)膜組件的安裝:為防止膜污染,膜組件在安裝時應(yīng)合理確定膜組件和曝氣池墻體、空氣擴散管、反應(yīng)器液面之間的距離以及空氣護散器和曝氣池底之間的距離,以保證在一定曝氣量下獲得較高的液體上升速率,減少污泥層在膜表面的沉積,減緩膜污染。5.2活性炭吸附法1)改善MLSS的可濾性:在混合液中加入活性炭(PAC)顆粒,利用活性炭的吸附作用來改善活性污泥的可濾性能,以此可降低膜阻力。2)控制反應(yīng)器中MLSS濃度:王寶貞等研究表明,復(fù)合型膜生物反應(yīng)器能維持較低的懸浮MLSS濃度且保證了高生物總量,從而有效地減緩了膜過濾阻力的上升和膜堵塞。5.3膜過濾操作條件1)低水通量過濾:水通量與由膜堵塞和壓力導(dǎo)致的污染物在膜表面的增厚而引起的膜污染有關(guān)。DefranceL等研究活性污泥膜生物反應(yīng)器發(fā)現(xiàn),當滲透通量低于臨界通量時,TMP(跨膜壓差)保持穩(wěn)定,污染是可逆的;相反超過臨界通量時,TMP增加迅速且不穩(wěn)定,此時再降低通量,形成的污染是部分不可逆的。2)間歇操作:采用間歇抽吸操作模式旨在通過定期地停止膜過濾,使以使沉積在膜表面上的污泥在曝氣所造成的剪切力的作用下從膜表面脫落下來,使膜的過濾性能得以恢復(fù)。一般抽吸時間越長,懸浮固體在膜表面的積累程度越大;間歇時間越長,膜表面沉積污泥脫落越快,膜過濾性能恢復(fù)也就越多。3)合理曝氣:在MBR中,曝氣的目的除了為微生物供氧以外,還使上升的氣泡及其產(chǎn)生的紊動水流清洗膜表面和阻止污泥聚集,以保持膜通量穩(wěn)定,因此曝氣量較高。但Shankararaman等研究發(fā)現(xiàn),在進水料液粒徑分布相同的情況下,當反應(yīng)器內(nèi)剪切力增大時,會導(dǎo)致膜表面沉積的顆粒粒徑減小。污泥濾餅層中小粒徑顆粒的增多會使濾餅的結(jié)構(gòu)更加致密,從而使其膜過濾阻力增加。因此也并不是曝氣量越大越好。6膜清潔6.1空氣吹空氣反沖可以減緩膜污染,但對膜會造成一定的損害,故對組件的強度要求較高。6.2反沖洗水用處理水對膜進行定期反沖洗,其沖洗強度和水量要比出水的強度高、水量大。水反沖洗對膜性能的要求也較高。6.3沖脫沉積型污泥層空曝氣就是在停止進出水時,加大曝氣強度并連續(xù)曝氣,以沖脫沉積在膜表面上的污泥層?？掌貧馐峭ㄟ^強化水流循環(huán)作用的物理清洗方法,因此只有當膜表面附著的污泥層對膜的過濾阻力造成很大的影響時,這種方法的效果才比較顯著。6.4化學(xué)藥劑的選擇最有效的方法是根據(jù)污染的程度,把膜組件浸在化學(xué)清洗劑中2～48h。常用的化學(xué)試劑有次氯酸鈉、稀堿、稀酸、酶、表面活性劑等。對于不同種類的膜,應(yīng)選擇合適的化學(xué)清洗劑,以防止化學(xué)清洗劑對膜的損害。酸類清洗劑也可以溶解并除去礦物質(zhì)及鹽類,而NaClO水溶液可有效地去除蛋白質(zhì)等有機污染物及膜內(nèi)微生物,一般兩者結(jié)合使用效果更好。7仿生膜的制備1)開發(fā)低成本、高性能的耐污染、高通量膜。膜的成本高、壽命短、易受污染,是影響MBR能否推廣應(yīng)用的重要因素,是MBR應(yīng)用的“瓶頸”。現(xiàn)在已研制出聚酰胺系列、聚丙酰胺系列等有機膜及耐高溫、耐高壓的無機膜。近年來的研究表明,仿生膜能很好地解決傳統(tǒng)膜許多難以克服的缺點,具有極好的傳遞性、分離性、選擇性和生物兼容性,所以人們開始著手于仿生膜的制備研究。2)結(jié)合MBR與傳統(tǒng)污水處理技術(shù),開發(fā)新型MBR。雖然膜技術(shù)的引入是MBR的一大優(yōu)勢,但其生物反應(yīng)器仍采用傳統(tǒng)的活性污泥法,還有改進的必要和潛力。這也將會是今后研究的一個重點。3)確定MBR設(shè)計規(guī)范和操作參數(shù)。目前,MBR的研究發(fā)展迅速,但國內(nèi)外MBR的工藝設(shè)計尚未見有較成熟、系統(tǒng)的方法,有必要確立一套合理的設(shè)計方法、操作參數(shù)以及檢測標準。4)研究提高MBR經(jīng)濟可行性。MBR工藝的發(fā)展不僅取決于工藝本身,而且很大程度上取決于其經(jīng)濟可行性,有必要對MBR的經(jīng)濟性