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nba火狐体育首页:膜生物反应器_处理_技术_研究

发布时间:2022-08-10 07:15:27 来源:火狐体育棋牌手机 作者:火狐体育最新下载

 

  膜生物反应器是由膜分离与生物处理组合而成的一种新型、高效的污水处理技术。几乎能将所有的微生物截留在生物反应器内,使反应器内的生物浓度提高,理论上污泥泥龄可无限长,出水有机物含量降到最低,有效地去除氨氮。膜分离技术最早应用于微生物发酵工业,随着膜材料和制膜技术的发展,其应用领域不断扩大,已经应用到食品、化工、污水处理等多个领域。正在广泛应用于城市用水的净化及生活污水的处理。

  1969年,美国的Smith首次报道了Dorr-Oliver公司把生活污泥法和超滤工艺结合处理城市污水的方法。引人注目的是用膜分离技术取代常规的生活污泥二沉池,用膜分离技术作为处理单元富集生物的手段,不用回流循环来增加曝气池中的微生物浓度,生活污水处理中取得了较好的效果。Hardt等人在1970年采用10L好氧生物反应器处理合成废水,用死端超膜实现泥水分离,COD去除率大98%。Dorr-Oliver公司还开发了膜处理工艺MST。在该系统中,污水进入悬浮生长的反应器,并通过超滤膜组件的抽吸作用连续,自检为板框式。但当时膜技术发展较落后,膜材料少,价格昂贵,限制了膜技术的发展和使用。

  1970年该公司和日本的Sanki engineering有限公司达成协议,使得该工艺进入日本市场,20世纪80年代以后,膜制造技术的发展、膜分离的完善、膜清洗方法的改进和污水厂出水水质要求的提高,膜技术开始在污水中应用。19899日本政府联合许多大公司开展了为期6年的“90年代水复兴计划”项目,寻求满足中长期水量需求、解决水污染问题并从污染物中得到能量。特别是开发膜技术与生物反应器相结合来处理工业和城市污水,省地省能,出水水质好,适用于中水回用。此后各国进行了不同程度的研究,如英国研制了2套污水处理系统,其概念在南非进一步发展形成了厌氧消化超滤工艺(ADUF),我国的清华大学、天津大学、同济大学等也进行了研究。研究的方向包括探索不同生物处理工艺与膜分离单元的组合形式;扩大MBR的应用范围;影响处理效果与膜污染的因素、机理及数学模型的研究,以寻求合适的操作条件与工艺参数,提高组件的能力,尽可能防止膜污染。

  水资源短缺,制约着社会经济的发展。我国水污染问题日益严重,全国131条流经城市的河流中有近一半受到中度以上的污染,已检测出数以百计的有机化合物。开展污水处理与回用技术研究势在必行,但现有的污水回用技术处理构筑物多,工艺流程复杂,研究高效、经济、自动化程度高的污水处理技术就成为污水回用的关键问题。近年来随着膜材料与膜技术的发展,膜生物反应器(MBR)污水处理与回用技术能较好地克服其他污水回用技术的不足。MBR工艺作为一种新兴的高效废水生物处理技术 同传统生物处理技术相比,去除效率高,出水中没有悬浮物;出水水质稳定;占地面积小 对某些难降解有机物的生物降解十分有利;剩余污泥量少,处置费用低;消化能力强;结构紧凑,易于自动控制和运行管理。特别是它在废水资源化及回用方面更具潜力。研究表明,MBR工艺的出水水质优于膜曝气生物反应器(MABR)和曝气生物滤池(BAF)。

  膜生物反应器是一种正在发展的水处理再生技术, 该技术的研究自20世纪60年代末开始,在80年代中后期发展较快,出现了多种类型的膜生物反应器。在国外,用于水处理的膜生物反应器有的已经进入实用阶段,如日本用其进行生活污水处理;法国有人将其用于给水脱氨处理;美国用其进行含油废水处理。目前,膜生物反应器在生活污水再生回用方面的研究较多,但其所用的膜材料主要是以聚砜类为主。

  膜生物反应器是由污水生物处理技术与膜分离技术结合而成的新型污水处理工艺。它采用膜分离取代传统的重力沉降过程,实现了高效的固液分离效果,不论固体颗粒的沉降性能如何,均可完成固液分离过程,并且可以避免因生物体流失而造成的系统失效。由于膜将绝大部分生物截留在反应器内,因此反应器内可维持较高的污泥质量浓度,有利于世代时间较长的微生物如硝化细菌的截留和生长。膜生物反应器作为一种新型高效污水处理技术在国际上受到了广泛关注。特别是一体式膜生物反应器,具有出水水质好,容积负荷高,占地面积小,剩余污泥产量低,操作管理方便等优点。从目前研究发展的趋势看,中水回用将是 MBR在我国推广应用的主要方向,由于具有出水水质优异,操作运行简单,污泥产率低,占地面积小等特点,膜生物反应器在污水处理的应用范围和规模不断扩大和增加。然而,膜污染和目前高昂的投资费用是影响膜生物反应器进一步推广应用的主要因素。随着材料科学技术的发展,膜材料和膜组件的费用会逐步降低,但今后膜污染却依旧是膜生物反应器推广应用的主要障碍。

  MBR技术在日本、加拿大等许多国家以得到较好的运用。与传统的活性污泥处理工艺相比存在如下优点。

  ①出水水质好,BOD、氮、磷和悬浮物浓度很低,不含细菌、病毒、寄生虫卵等,水质符合三级标准,可直接回收或补充地下水。

  ⑥反应器内的MLSS约为(1.5~3)x10mg/L,容积负荷大,利于传统活性污泥法的改造。

  ⑦在MBR中同时进行硝化与反硝化,效果较好,脱氮能力强。但在高效除磷时,需要往水中加少量的明矾,粒径小于02pm的细小微絮凝状的磷可有效地分离。

  ⑧剩余污泥量比常规活性污泥法少50%~80%,利于处理。 MBR的优点加大了MBR工艺的推广和使用。

  1989年,YMagara等研究发现,膜生物反应器水通量与污泥浓度的对数关系呈线

  模生物反应器是由生物反应器与微滤、超滤、纳滤或反渗透膜系统组成,可分为微滤膜生物反应器、超滤膜生物反应器等。膜生物反应器按膜的组件在反应器的作用不同可分为分离膜生物反应器(membrane separation bioreactor,MSB,截留和分离固体)、无泡膜生物反应器(membrane aeration bioreactor,MAB,无泡曝气,用于高需氧量的废水处理)、萃取膜生物反应器(extractive membrane bioreactor,EMB,用于工业废水中优先污染物的处理)。分离膜生物反应器是传统的一体式与分置式膜生物反应器,膜起着泥水分离的作用。无泡膜生物反应器指的是生物反应器中曝气用透气性膜,目前有两种,透气性致密膜和疏水性微孔膜。氧气透过膜与液相传质的机理不同,氧气透过致密膜时,在气相侧先吸附在高分子聚合物上,再向液相侧扩散,此时气压很高;氧气透过微孔膜时,在气压较低的情况下氧气在膜表面形成气泡,由于表面张力的作用而吸附在膜表面,通过膜孔向液相扩散。氧气在传质中遇到固体膜的阻力和液膜的阻力,与传统的活性污泥法中的氧传质类似。试验结果表明,氧气通量一般由液膜控制。在膜曝气系统中,氧气停留在膜组件中,氧气的停留时间越长,分配到液相中的比例越大,传质效率越高。氧气的传质面积一定时,在传统曝气系统中影响气泡大小和停留时间的因素对其不产生影响,系统供氧更稳定。选择不同的膜表面积和气压,可以满足生物反应器所需要的各种需氧量。无泡供氧可适用于含挥发性有毒有机物或发泡剂的工业废水处理系统,膜曝气系统适用于曝气池活性污泥浓度很高、需氧量大的系统。如果曝气池可在有压工况下工作,曝气器的膜还可以扩散CO2。由于无泡膜生物反应器供氧时不产生气泡,氧气的传质率有时达100%。萃取膜生物反应器是用膜将废水与活性污泥隔离开,废水在膜腔内流动,由于膜具有选择透过性,能萃取废水中的挥发性有机物。这些污染物在膜中扩散溶解,以气态形式离开膜表面后溶解在膜外的混合液中,最终作为专性细菌的底物而被分解成CO2、H2O等无机小分子物质,由于膜的疏水性,废水中的水及其他无机物不能通过膜向活性污泥扩散。

  三类膜生物反应器中,膜分离生物反应器是应用最广泛的一种膜生物反应器类型。膜分离生物反应器按照膜组件的放置方式可分为分体式膜生物反应器和一体式膜生物反应器,按照是否需氧可分为好氧膜生物反应器和厌氧膜生物反应器。

  物质通过膜需要一定的驱动力,在膜工艺处理理污水的过程中,存在两种重要的物质传递机制,即对流与扩散。料液流动引起对流,也包括其中的溶解物和悬浮固体,然而流动的液体中都包含扩散传递,所产生的流态取决于流速。 高流速时为紊流,低流速时为层流。单个离子与分子的热运动产生布朗扩散。膜工艺系统的1驱动力通常为压力梯度,萃取膜和气体传质膜通过浓度梯度来进行。应用于水处理的物质基本上是水,截留物被浓缩;而萃取操作中,透过物是溶质,截留物是水,其运行是通过在膜的透过侧透过组分的去除而产生足够大的浓度梯度,使物质通过扩散作用而透过膜;在气体传质膜系统中,浓度梯度通过提高非透过侧的局部压力来获得。

  影响驱动力的因素有膜表面区域截留物质的浓度、膜模表面区域离子浓度的递减、膜表面固体物质的积累、膜表面物质的沉积、膜表面或内部污染染物质的积累

  活性污泥系统中,氧的传质是气泡越小越好,尽量买采用微泡曝气,但小气泡上升得慢而错流要求气泡以大而快的形式在膜的表面形成强烈的打动。

  膜生物反应器是一种由膜分离单元与生物处理单元相结合的新型水处理技术,20世纪80年代以来,该技术愈来愈受到重视,成为水处理技术研究的的一个热点。目前,膜生物反应器已应用于美国、德国、法国、日本和埃及等十多个国家,处理理规模在6000~13000m/d。

  与传统活性污泥相比,膜取代了工艺中的二沉池,活性污泥中体积大于膜的截留分子量的絮体全部被截留。膜的性能决定了污泥的分离过程,微生物分离膜深恶反应器是最常见的形式,其工艺紧凑,出水水质好,可在低水力停留时间(HRT)和长的泥领下操作,膜的截留效果很好。

  膜生物反应器由活性污泥反应池与错流微滤分离单元构成的,活性污泥与膜分离单元不同的组合可形成两种不同结构形式的膜生物反应器。

  外置膜过滤的膜生物反应器,用于分离污泥的膜分离污泥的膜放在活性污泥反应池外部,反应池的污泥与水混合物在膜中分离,膜的高截留率并将浓缩液回流到生物反应器,使其生物浓度很高并保持很长的污泥停留时间。

  分离后的污泥返回到活性污泥反应池中。该工艺的优点是:膜组件与生物反应器分开,便于膜组件的清洗、更换等,易于控制;不同类型的生物反应器与膜组件相互组合,形成各种形式的分置膜生物反应器,组装灵活;泵的工作压力可随膜组件的变化而变化,使其处于高效率区,膜的透水量增大;适用于大规模的工业化系统,不受生物反应器的限制。该工艺的缺点是动力消耗大,单位体积处理水的能耗是传统活性污泥法的10~20倍,因此运行费用高。能耗主要是污泥回流造成的,而且在回流过程中,泵回流产生的剪切力可能影响微生物的生物活性。但也有研究者认为,高膜面流速产生的高剪切作用使污泥絮体的平均尺寸较小,有利于传质过程的进行,为此,通过旋转膜或膜表面区的叶轮来产生混合液的错流,这样不需大量的混合液回流,既节省了泵的费用,也避免了微生物的影响。膜分离器的主要问题是膜的堵塞与膜的费用,膜的堵塞包括通道堵塞及膜面堵塞,前者由于活性污泥中的纤维、杂物缠绕引起的,后者由于大分子物质与无机金属离子反应生成凝胶层沉积在膜面上引起的,通过清洗可恢复。膜的费用主要是膜的清洗、水的横向流动过滤压力、浓缩污泥的回流。因为在高压下运行,实际膜通量要大,较大的压力需要较大的膜表面液体剪切速率来控制膜的污染。厌氧MBR的形式均是外置式,需要水泵进行循环以改善污染状况

  膜过滤装置直接放在活性污泥反应池中,膜组件淹没在反应池中,省去了膜过滤装置中进水和污泥回流的流程,工艺更为简单。曝气器设在膜组件的下方,空气扰动在膜表面产生错流,胶体颗粒在剪切力的作用下离开膜表面,减缓了膜的堵塞。膜出水由真空泵或其他类型的泵来控制,具有体积小、结构紧凑、动力消耗少、无水循环、不堵塞等优点,但因膜面流速小,存在易污染、 出水不连续的问题。在实际应用中。常将膜过滤设置在单独活性污泥反应池中。为保证膜生物反应器的正常运行,应能够为活性污泥提供充足的氧;维持膜过滤所需的足够的压力差;活性污泥处于混合状态;错流运行以防止泥饼的形成,可以保持较长时间的稳定的膜通量而无需化学清洗。

  外置式膜过滤的错流常由泵产生,并形成成膜压力差,氧气则在曝气池内单独进行;内置的淹没式生化池中,错流由上升的气泡产生, 曝气装置安装在淹没式膜组件的下部以形成错流并防止形成泥饼,曝气器的流量控制刚好能能产生错流。在池内既要有错流又要使活性污泥处于混合状态,必须有足够的能量来维持。供应的氧量与所消耗的氧量相平衡才会使错流存在并保证生物供氧。渗出液泵在膜过滤侧形成真空以产生压力差。因为通过膜的压力差由泵的抽吸作用而产生,因此,压力差受水的蒸汽压限制。上述两种方式中都可利用剩余压力增加系统的过膜压力差或强化氧的转移。

  影响因素除常规生物动力学参数外还包括膜分离的相关参数、膜的固有性质、滤液性质、操作方式、反应器的水力条件等。生物动力学参数影响处理效果,分离参数影响处理能力。

  (1)有机负荷研究表明,好氧出水受有机负荷和水力停留时间的影响小,厌氧出水受有机负荷和水力停留时间的影响较大。李红兵对MBR处理生活污水的研究表明:冲击负荷对有机物的去除没有显著影响,但氨氮的影响较大,出水的恶化程度与冲击负荷的大小成正比。可能是膜的拦截作用对氨氮的去除没有贡献。

  (2)污泥浓度膜生物反应器的一个重要特征是利用膜分离的高度浓缩性可大大提高生物反应器的污泥浓度,从而提高了有机物的去除率。污泥浓度不仅影响有机物的去除能力,还影响膜通量。研究表明,一定条件下污泥浓度越高,膜通量越低。污泥浓度的提高会增大混合液黏滞度而降低了膜通量。污泥浓度对膜通量的影响程度与曝气强度、膜面循环流速、水力条件等有关。

  (3)膜操作参数在保证水质的前提下,膜通量尽可能大,以减少膜的使用面积,降低基建费用与运行费用。膜通量或操作压力有两种运行方式: 一种是恒定膜通量变操作压力,另一种是恒定操作压力变膜通量。以恒定膜通量变操作压力运行时,膜通量的选择对于膜的长期运行很重要。某一特定的膜生物反应器系统,存在临界膜通量。实际膜通量值大于临界膜通量时,膜污染加剧,膜清洗周期缩短。如果实际的膜通量低于临界膜通量值,提高曝气量可显著地去除污泥层,否则,曝气量的提高基本不影响污泥层的去除。同样,以恒定操作压力变膜通量运行过程中存在临界压力,操作压力低于临界压力时,膜通量随压力的增加而增加,高于临界压力值则导致膜迅速污染,膜通量随压力的的变化不大。临界操作压力随膜孔径的增加而减少。

  (4)膜面错流速度提高表面紊流程度有效减少颗粒物质在膜面的沉积,增大膜表面水流扰动程度。膜面错流速度也存在临界流速,膜面错流速度大于临界值时,进一步增加速度将不会明显改善膜的过滤性能,而且还有可能打碎活性污泥,减少粒径,溶解性物质浓度增加,加剧膜污染。

  (5)温度提高温度可以降低混合液的度,改变膜面上污泥层的厚度和孔径,从而改变了膜的通透性能。Magara和Itoh的试验结果表明温度升高1℃引起膜通量变化2%,主要是由于温度变化引起料液黏度的变化使得膜通量增加。

  (6)操作方式针对一体膜提出的间歇抽吸操作方式。阶段启动利于减缓膜的不可逆污染。

  (1)分离因素分离因素是各种物质透过过膜的速率的比值。该值的大小表示了体系分离

  的难易程度,对被分离体系所能达到的浓度 分离过程的能耗有决定性的影响,对分离设备有相当的影响。

  (2)通量通量是物质透过膜的速率,单单位面积膜上单位时间物质通过的数量,直接决定了分离设备的大小。通过膜时能耗较低,而而且一切物质都不发生相的转化,膜分离过程在室温或常温下就可进行。

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