第7講 膜生物反應(yīng)器

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1、當(dāng)代水處理新技術(shù)原理與應(yīng)用南開大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院吳立波聯(lián)系方式：蒙民偉樓322電話23503730（O）手機(jī)13820716597E-mail:wulb@nankai.edu.cn第七講膜生物反應(yīng)器原理與設(shè)計(jì)一、概念與形式二、主要MBR簡(jiǎn)介三、MSBR形式四、MSBR膜污染五、MSBR設(shè)計(jì)六、MSBR應(yīng)用與實(shí)例一、概念與形式廣義狹義泥水分離無(wú)泡曝氣污染物萃取泥水分離膜生物反應(yīng)器（membranebio-reactor,MBR）,是由膜分離與生物處理組合而成的一種新型、高效的污水處理技術(shù)。MBR分類MBR是由生物反應(yīng)器與微濾、超濾、納濾或反滲透膜系統(tǒng)組成，可分為微濾膜生物反

2、應(yīng)器和超濾膜生物反應(yīng)器等。MBR按膜的組件在反應(yīng)器的作用不同可分為分離膜生物反應(yīng)器（membraneseparationbioreactor，MSBR，截留和分離固體）、無(wú)泡膜生物反應(yīng)器（membraneaerationbioreactor，MABR，無(wú)泡曝氣，用于高需氧量的廢水處理）、萃取膜生物反應(yīng)器（extractivemembranebioreactor，EMBR，用于工業(yè)廢水中優(yōu)先污染物的處理）。MBR處理廢水機(jī)理示意圖二、主要MBR簡(jiǎn)介2.1MABR2.2EMBR2.3MSBR2.1、MABR工藝原理無(wú)泡曝氣生物反應(yīng)器(MembraneAerationBiofilm

3、Reactor)，簡(jiǎn)稱為MABR，由中空纖維膜填料部分和水流部分組成。由于纖維膜微孔直徑很小，為0.1～0.5μm，曝氣產(chǎn)生肉眼不可見的氣泡，因此稱為無(wú)泡供氧。生物膜所需要的氧氣是通過(guò)纖維束填料供給的，中空纖維膜不僅起著供氧作用，同時(shí)又是固著生物膜的載體。即，純氧或空氣通過(guò)中空纖維膜的微孔為生物膜進(jìn)行無(wú)泡曝氣，在中空纖維膜的外側(cè)形成的生物膜與污水充分接觸，污水中所含的有機(jī)物被生物膜吸附和氧化分解，從而使污水得到凈化。無(wú)泡曝氣膜生物反應(yīng)器處理污水原理圖。無(wú)泡曝氣膜生物反應(yīng)器處理污水原理圖。MABR供氧方式中空纖維膜供氧有貫通式和閉端式兩種方式；貫通式MABR內(nèi)中空纖維膜兩端分別

4、被固定在雙層夾板上，氣體由一端夾板持續(xù)通人膜內(nèi)腔，一部分氣體被生物膜消耗，剩余部分從另一端的夾板排出，由于該方式中有氣體剩余，更適用于空氣供氧。閉端式MABR內(nèi)中空纖維膜一端被固定在雙層夾板上，另一端密封，氣體經(jīng)夾板從纖維膜開口端通入，在壓力作用下全部進(jìn)入反應(yīng)器，所以更適用于純氧曝氣。此外，該方式中纖維束呈流化態(tài)，反應(yīng)器不易堵塞。MABR的特點(diǎn)由于曝氣不產(chǎn)生氣泡，氧直接以分子狀態(tài)擴(kuò)散進(jìn)入生物膜，幾乎百分之百地被吸收，傳質(zhì)效率可高達(dá)100％。由于生物膜生長(zhǎng)在中空纖維膜的外表面，所以在供氧過(guò)程中，生物膜不會(huì)受到氣體摩擦，不易脫落。氧在傳遞到生物膜的過(guò)程中不經(jīng)過(guò)液相邊界層，因此，傳

5、質(zhì)阻力比常規(guī)曝氣法小得多，能耗大大降低。曝氣過(guò)程不產(chǎn)生氣泡，避免了傳統(tǒng)曝氣時(shí)污水中易揮發(fā)性物質(zhì)如甲苯、苯酚隨氣泡進(jìn)入大氣而對(duì)環(huán)境造成的污染；同時(shí)不會(huì)由于表面活性劑的存在而產(chǎn)生泡沫。曝氣過(guò)程中氣液兩相分離，溶液的混合與供氧互不干擾，因此可以各自獨(dú)立設(shè)計(jì)，反應(yīng)器的形式更加靈活多變。中空纖維膜的比表面積可高達(dá)5018m2／m3，為氧的傳遞和生物膜的生長(zhǎng)提供了巨大的表面積，有利于反應(yīng)器向小型化發(fā)展。MABR反應(yīng)器中氣液兩相分離，氣體壓力不受容器內(nèi)混合狀態(tài)的影響，因此，可以通過(guò)調(diào)節(jié)氣體壓力的辦法來(lái)控制氧的供應(yīng)。對(duì)于一般廢水，通過(guò)供氧控制，在保證生物膜生長(zhǎng)需氧的同時(shí)，可以避免因過(guò)量曝氣而

6、使污水中DO濃度過(guò)高，大幅度降低運(yùn)行費(fèi)用。對(duì)于含氮廢水，通過(guò)供氧控制，只使靠近纖維膜的內(nèi)層生物膜獲得氧，從而達(dá)到同時(shí)硝化、反硝化和COD去除的效果。2.2、EMBR隔離式系統(tǒng)采用選擇膜將污水與生物反應(yīng)器隔開，該膜只容許目標(biāo)污染物透過(guò)，進(jìn)入生物反應(yīng)器被降解。而各種對(duì)微生物有害的物理、化學(xué)條件不影響生物反應(yīng)器一側(cè)。萃取MBR示意圖萃取MBR2.3、MSBR常規(guī)的污水處理法膜法污水處理再生系統(tǒng)膜生物反應(yīng)器（ＭＢＲ）和低污染反滲透膜相結(jié)合的污水再生系統(tǒng)傳統(tǒng)活性污泥法局限以活性污泥為代表的傳統(tǒng)好氧生物處理工藝長(zhǎng)期以來(lái)在生活污水以及工業(yè)廢水處理中得到了廣泛應(yīng)用。由于采用重力式沉淀池作為處

7、理水和微生物的固液分離手段，由此帶來(lái)了以下幾方面的問(wèn)題:1由于沉淀池固液分離效率不高，曝氣池內(nèi)的污泥難以維持到較高濃度，致使處理裝置容積負(fù)荷低，占地面積大；2處理出水水質(zhì)不夠理想且不穩(wěn)定3傳氧效率低，能耗高；4剩余污泥產(chǎn)量大；5管理操作復(fù)雜。MSBR工藝特點(diǎn)與傳統(tǒng)的活性污泥處理工藝相比存在如下優(yōu)點(diǎn)：出水水質(zhì)好，BOD、氮、磷和懸浮物濃度很低，不含細(xì)菌、病毒、寄生蟲卵等，水質(zhì)符合三級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，可直接回收或補(bǔ)充地下水。工藝流程短，占地省，省去了二沉池，占地約為生物處理的1/2。利于世代時(shí)間長(zhǎng)的細(xì)菌如硝化菌的繁殖