MBR在污水處理與回用工藝中的應(yīng)用

1、sh aron工藝和anam mox工藝即使及節(jié)能的短程硝化-反硝化工藝相 比(見4式和5式,也可減少供氧50%,還不用投加碳源。nh+4+11502-*n0-2+h20+2h+(4 n0-2+015ch30h-* 015n2+015c 02+0h-+ 015h20(5 sh ar0n2anam mox工藝問世僅只幾年時(shí)間，目前只有荷蘭的d okhaven污水廠用之處理其泥區(qū)廢水，規(guī)模為600m3nd,還有2個(gè)使用此工藝 的污水廠也正在籌建中。無論是宏觀方面還是微觀方面,對(duì)它的研究均還不 夠深入。此工藝雖然尚不夠成熟，但因有可持續(xù)性，故有良好的發(fā)展前景。最后需要說明的是過去對(duì)于厭氧和缺氧過程的

2、區(qū)別不嚴(yán)格，常將缺氧歸 入?yún)捬醴懂?，即只要沒有溶解氧存在即認(rèn)為是厭氧。實(shí)際上將anam mox稱為 anoxic am moni um 0x1 dati on或缺氧氨氧化可能更為貼切。因?yàn)殡m然沒 有溶解氧，但有分子結(jié)合態(tài)氧n0-2的存在。參考文獻(xiàn)1 m ike s.m.jetten, t owards a m ore sustainable municipal w astewater t reat2 ment system, w at. sei. t echl997. 5(9:17p180.2 c. hellinga, m odel based design of a n ovel proce

3、ss for nitrogen rem oval from c oncentrated flows, m athematical and c om puter m odelling of dynam i2 cal systems, 1999. 5(4:351371.第一作者 汪慧貞，女，1944年生，1966年畢業(yè)于同濟(jì)大學(xué)，1981年獲碩 士學(xué)位，教授。主要從事水污染控制、污水除磷脫氮、生物處理數(shù)學(xué)模型的 教學(xué)和科研工作。1999-07-08 收稿mbr在污水處理及回用工藝中的應(yīng)用張軍呂偉婭（南京建筑工程學(xué)院城建系，南京210009聶梅生（建設(shè)部住宅產(chǎn)業(yè)化辦公室,北京100835王寶貞（哈爾

4、濱工業(yè)大學(xué)市政環(huán)境工程學(xué)院，哈爾濱150090摘要m br是將生物處理及膜分離技術(shù)相結(jié)合而成的一種高效污水處理 新工藝。國(guó)內(nèi)外m br工藝在城市污水處理、中水回用、高濃度生活污水處 理以及垃圾滲濾液處理等方面的應(yīng)用實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)表明,m br工藝具有常規(guī)污水 處理工藝無法比擬的優(yōu)勢(shì)，其在污水處理及回用事業(yè)中的應(yīng)用前景非常廣 闊。關(guān)鍵詞膜生物反應(yīng)器m br污水處理污水回用1 mbr工藝概述膜生物反應(yīng)器（membrane bio2reactor,簡(jiǎn)稱m br是將生物降解作用及 膜的高效分離技術(shù)結(jié)合而成的一種新型高效的污水處理及回用工藝。m br 工藝一般由膜分離組件和生物反應(yīng)器2部分組成。根據(jù)膜組件的設(shè)

5、置位置不 同,分為分置式（a和一體式（b2大類,其工藝組成如附圖。最先出現(xiàn)的是分置式m br,生物反應(yīng)器內(nèi)的混合液經(jīng)工藝泵增壓后進(jìn)入 膜組件,在壓力作用下混合液中的水透過膜成為處理出水,其余物質(zhì)被膜截留 并隨濃縮液回流到反應(yīng)器內(nèi)。為了減緩膜污染和減少膜更換、清洗次數(shù)，需將混合液用工藝泵以較高的流附圖mbr工藝組成示意圖速（36mlls壓入膜組件，在膜表面形成錯(cuò)流沖刷。因此,分置式m br有 時(shí)也稱為錯(cuò)流式（cross2flow m br。工藝循環(huán)泵的使用導(dǎo)致系統(tǒng)能耗的增加, 根據(jù)9環(huán)境工程2001年10月第19卷第5期3/14膜的孔徑不同,每lm3出水的能耗為210kw hl。有研究者認(rèn)為,在

6、分 置式m br系統(tǒng)中，高膜面流速產(chǎn)生的高剪切力作用使污泥絮體的平均尺寸較 小,有利于傳質(zhì)過程的進(jìn)行。也有研究者認(rèn)為高剪切力會(huì)破壞活性污泥絮體 并會(huì)導(dǎo)致某些微生物菌種失去活性2,從而影響了 m br的生物處理效果。 總體上講,分置式m br具有運(yùn)行穩(wěn)定可靠、易于操作管理、膜的清洗更換和 增設(shè)容易等優(yōu)點(diǎn)。一體式m br工藝是將膜組件直接安置在生物反應(yīng)器中，通過工藝泵的負(fù) 壓抽吸作用得到膜過濾出水。由于膜浸沒在反應(yīng)器的混合液中，因此也稱為 浸沒式（immersed或淹沒式（submerged,簡(jiǎn)稱s m br。一體式m br常用的膜 組件有平板膜和中空纖維超濾膜,主要靠空氣和水流的擾動(dòng)來減緩膜污染

7、。 為了有效地防止膜污染,有時(shí)在反應(yīng)器內(nèi)設(shè)置中空軸，通過中空軸的旋轉(zhuǎn)使安 裝在軸上的膜也隨之轉(zhuǎn)動(dòng)，形成錯(cuò)流過濾。同分置式相比，一體式m br具有 工藝簡(jiǎn)單和運(yùn)行費(fèi)用低的優(yōu)點(diǎn)，出水工藝泵的能耗為012014kw - hnra3l, 僅為分置式的inio。但一體式m br在運(yùn)行穩(wěn)定性、操作管理和膜的清洗 更換方面不及分置式。2 mbr工藝的應(yīng)用m br最先用于微生物發(fā)酵工業(yè),在污水處理領(lǐng)域中的應(yīng)用研究始于60年 代的美國(guó)。進(jìn)入21世紀(jì)，國(guó)內(nèi)外對(duì)膜生物反應(yīng)潛的研究有了較大的進(jìn)展，并 逐漸進(jìn)入中試和生產(chǎn)性應(yīng)用研究階段。m br工藝具有常規(guī)污水生化處理無 法比擬的優(yōu)勢(shì)，因此在城市污水處理及回用、中水回用

8、、生活污水以及高濃 度工業(yè)廢水等處理中得到了廣泛的應(yīng)用。211 m br在城市污水處理中的應(yīng)用法國(guó)的1座900m3nd的小型城市污水處理廠，采用傳統(tǒng)的活性污泥法進(jìn) 行處理。由于出水水質(zhì)不符合新的標(biāo)準(zhǔn)，該污水廠對(duì)原有工藝進(jìn)行改造,采用 s m br工藝，以提高出水水質(zhì)。將容積為320m3的曝氣池改為生物反應(yīng)器，內(nèi)置體積8m3的膜組件,組成s m br工藝。原來的貯泥池改為缺氧池進(jìn)行脫 氮,而二沉池改為剩余污泥池。改建后對(duì)c 0dcr和tk n的去除率分別為96%和95%,糞便大腸菌降低了 6個(gè)數(shù)量級(jí)，出水 水質(zhì)完全滿足新標(biāo)準(zhǔn)的要求。法國(guó)的另外1座450m3nd的城市污水處理廠,將體積8m3的膜組

9、件置于 二沉池中，改建成活性污泥-膜分離組合工藝,其余設(shè)備不動(dòng),在保持相同出水 水質(zhì)的情況下，處理規(guī)模增大了 1倍，為900m3nd。曝氣池中的m lss由原 來的 4gfil 增力口至15ghl, bod5 容積負(fù)荷由 013 增至 016kgnm3 d, frm 由 0107 降至 01004kgn (kg , do212 m br在中水回用系統(tǒng)中的應(yīng)用開發(fā)中水系統(tǒng)的主要目的是將建筑生活污水進(jìn)行適當(dāng)?shù)奶幚砗?，作為沖廁、洗車、空調(diào)冷卻水和綠化等用水加以回 用。由于受使用目的和城市建筑的限制，要求中水回用水的水質(zhì)良好,不會(huì)產(chǎn) 生衛(wèi)生問題，感官性狀佳，同時(shí)還要求處理流程簡(jiǎn)單、占地少、運(yùn)行穩(wěn)定、易

10、 于管理且適應(yīng)性強(qiáng)。m br工藝具備了上述特點(diǎn)，因此80年代后在日本等國(guó) 得到了廣泛應(yīng)用。日本某公司對(duì)m br工藝的污水處理效果進(jìn)行了全面研究, 結(jié)果表明活性污泥-平板膜組合工藝不僅可以高效去除b0d5和c 0dcr，且出水中不含細(xì)菌，可直接作為中水回用3,目前，日本已有近100處 高樓的中水回用系統(tǒng)采用m br處理工藝。表1為口本某大樓的活性污泥-平 板膜m br組合工藝的設(shè)計(jì)參數(shù),表2列出了其處理效果。表1日本的活性污泥-平板膜mbr組合工藝的設(shè)計(jì)參數(shù)膜 分 離曝 氣池膜材質(zhì)聚丙烯月青m lssnmg - l-1600010000截留分子量20000hrt nhll5操作壓力 nmpa 1

11、1962194 負(fù)荷 nkg (kg d-1012013膜面流速nra - s-12215b0d5去除率%9599表2 口本的活性污泥-平板膜m br組合工藝的處理效果項(xiàng)目原水出水 項(xiàng)目原水出水c 0d mnnmg lt1302501014ssflmg lt81“310 未檢出 bod5nmg l- 133071015 色度 n 度 244838t nnmg l-14312619m basnmg - lt511911016018 tpnmg l- 1313016大腸桿菌數(shù)fl個(gè) m l-l-未檢出213 m br在高濃度生活污水處 理中的應(yīng)用日本采用m br工藝進(jìn)行糞便污水處理已有十兒年的歷史

12、。糞便污水中有機(jī)物含量很高,bod5常達(dá)loooomgnl,采用常規(guī)生化處理必須先將污水進(jìn)行稀釋。m br工藝 使糞便污水不經(jīng)稀釋直接進(jìn)行處理成為可能,并取得了前所未有的處理效 果。日本開發(fā)了各種應(yīng)用膜分離技術(shù)的糞便污水處理工藝，其核心是超濾膜 組件及高濃度的活性污泥法組合的m br技01環(huán)境工程2001年10月第19卷第5期術(shù)。如口本山梨縣處理規(guī)模為40m3nd的m br糞便污水處理廠，于1989 年元月開始投產(chǎn)運(yùn)行。該廠的主要處理流程為:活性污泥一膜分離組合工藝 一混凝一膜分離組合工藝一活性炭吸附一出水。第一段膜每隔12個(gè)月用 200mgnl的次氯酸鈉沖洗1次,第二段膜每隔2周用500mg

13、nl的澳酸沖洗1 次。膜裝置已運(yùn)行2a沒有換膜，表3為所用膜組件及操作條件。表4為其實(shí) 際運(yùn)行效果。目前,m br糞便污水處理工藝已在口本等國(guó)得到了廣泛應(yīng)用。表3日本某mbr污水廠所用膜組件及操作條件項(xiàng)目第一段膜第二段膜膜型內(nèi)壓管式內(nèi)壓管式膜材質(zhì)聚烯聚颯截留分子量20000100000組件個(gè)數(shù)n個(gè)2412膜面積 nm3551227167/14膜面流速nm - s-1310115入口壓力 npa4020721657845312出口壓力 npa78453121961313溫度 口29392637ssnkg m-319、2658表4 口本某mbr污水廠的運(yùn)行效果處理流程phb0d5iimg l-1c

14、0d mnnmg ltssnmg - ltt nnmg - lttpnmg ltcmmg lt色度n度預(yù)處理出水 71753004700670025002201900-第一段膜濾過水 7112163302290151400-第二段膜濾過水 4161672130112000-活性炭處理水 51011131*1214 m br在其它廢水處理中的應(yīng)用m br在處理垃圾滲濾液和其它高濃度有機(jī)廢水方面已有一些應(yīng)用實(shí)例。 南非的r oss等人利用膜厭氧生物反應(yīng)器對(duì)玉米加工廢水進(jìn)行了 15個(gè)月的 生產(chǎn)性試驗(yàn)，結(jié)果表明c 0dcr的去除率達(dá)97%4 o li等在35條件下進(jìn)行了膜厭氧生物反應(yīng)器處理c 0d c

15、r濃度高達(dá) 25000a，60000mgnl - d的奶酪廢水的生產(chǎn)性試驗(yàn),c 0dcr的去除率達(dá)95k99%日本通產(chǎn)省的uaqua renaissance90m大型m br污水再生利用項(xiàng)目規(guī) 劃6,耗資118億日元,歷時(shí)6a,于1990年底完成。該項(xiàng)目規(guī)劃的主要內(nèi)容 是開發(fā)高效節(jié)能的厭氧m br工藝。1987年開始對(duì)酒精發(fā)酵廢水、淀粉加工 廢水、油脂廢水、蛋白工廠廢水、大規(guī)模城市污水、規(guī)模城市污水及糞便污 水等7種廢水進(jìn)行了小試研究，1988年進(jìn)行了中間評(píng)價(jià),隨后進(jìn)行了處理規(guī) 9/14模為240m3nd的低濃度有機(jī)廢水和50m3fid的高濃度有機(jī)廢水的生產(chǎn)性試 驗(yàn)。3結(jié)語膜分離使污水中的大分

16、子難降解成分在體積有限的生物反應(yīng)器內(nèi)有足夠 的停留時(shí)間，從而達(dá)到較高的去除效果。高生物量濃度使m br工藝能以緊湊 的系統(tǒng)獲得較高的有機(jī)物去除率。膜生物反應(yīng)潛(m br有效克服了及污泥沉 降性能有關(guān)的限制，并起到了取代二沉池的作用，同時(shí)還能達(dá)到澄清和除菌的 目的。對(duì)于已建成的污水處理廠,若改用m br工藝，在不增加反應(yīng)器容積的 情況下，可使處理水量大大提高。m br工藝具有出水水質(zhì)優(yōu)、占地少、易于 實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制等許多常規(guī)工藝無法比擬的優(yōu)勢(shì),其在污水處理及回用事業(yè)中 所起的作用也越來越大,并具有非常廣闊的應(yīng)用前景。參考文獻(xiàn)1 c o tcp.et al. immersed membranes a

17、ctivated sludge process applied to the treatment of municipal wastewater. w at sci t ech. 1998. 38(405:437 442.2 sey field c f. and brockman m f. m embranes in wastewater treatment bio2 logical aspect of the separation of biomass with a m icrofiltration unit. t oron2 to, ontario, canada. new and eme

18、rging environmental t echnologies and products for w astewater t reatment and s torm water c ollection,1995. 5: 47.3黃霞等，膜生物反應(yīng)器廢水處理工藝的研究進(jìn)展.環(huán)境科學(xué)研究， 1998. 11 (1:4044.4 r oss w r. et al. practical application of the aduf process to the full2 scale, treatment of a maize2processing effluent w at sci t ech

19、. 1992. 25(10:2739.5 li a y. and c orrado j. proc ind w aste c on f. 1985. 40:399.6 k imura s. japan? s aqua renaissance? 90project. w at sci t ech. 1991.239:15731582.第一作者 張軍，女，1967年5月生。2000年6月畢業(yè)于哈爾濱工業(yè)大 學(xué)市政環(huán)境工程學(xué)院,工學(xué)博士,現(xiàn)在南京建筑工程學(xué)院城建系從事水污染控 制及污水資源化等領(lǐng)域的教學(xué)和研究工作。2001-02-20 收稿11環(huán)境工程2001年10月第19卷第5期a new pro

20、cess of denitrification by sharon 2anamm0x wang huizhen et al (7abstract a new process of denitrification by single reactor for high amm onium rem oval over nitrite 2anaerobic amm o 2nium oxidation (sh aron 2anam mox is introduced in this paper. the mechanism , environmental demands and sustainable

21、significance of the process are als o analysed.11 / 14k eyw ords nitrogen rem oval over nitrite , anaerobic amm onium oxidation and denitrificationpractica l application of mbr i n wastewater treatment and reuse zhang jun et al (9abstractthe membrane bioreactor is a new efficient wastewater treatmen

22、t technology developed recently which com 2bined biological treatment with membrane separation processes.practical applications of m br in municipal wastewater treat 2ment ,building domestic wastewater reuse , high concentration domestic wastewater treatment , and the treatment of s olid waste landf

23、ill leachate both at home and abroad were introduced in this paper.it was proved by many practical experiences that m br process possesses many advantages that the convenional method cannot match. m br process has a broad application prospect for wastewater treatment and reuse.k eyw ords membrane bi

24、oreactor ,m br ,wastewater treatment and wastewater reusestudy on k i netics mode l of si n g le 2st age biolo gica l denitrification with i m 2m0bi lized ce lls cao guomin et al (12abstra ct the nitrifying bacteria and denitrifying bacteria were imm obilized with polyvinyl alcohol (pva by iterative

25、 freezing and thawing. the kinetic m odel of single 2stage biological denitrification by imm obilized cells in a bubble 2column bioreactor was studied. the results showed that the effect ofinternal diffusion on the overall rate could be neglected , and the limiting rate process was chemical reaction

26、. the reaction kinetics of imm obilized cells could be expressed as m onod equation and its kinetics constants , k s and v max , were 303. omg 11l and 0. 096mg 11 (l - s respectively. a g ood agreement was observed between the predicted denitrification rate and the exprerimental one.k eyw ords biode

27、nitrification , imm obilized cell and kinetics m odeltreatment of wastewater of pri nti n g i nkand adhesi ve by coag ulati ve f loa 2t ation 2micr0 e lectrolysis 2sbr process liu lin et al (16abstractan engineering exam pie of treating the wastewater of printing ink and adhesive from the production of pa 2perboard box by coagulative floatation 2microelectrolysis 2s br process is introduced in this paper. the wastewater treated with th