污水MBR處理總結(jié)

1、1. 前言在水質(zhì)富營養(yǎng)化日益嚴(yán)重的今天, 越來越多的國家和地區(qū)制定了嚴(yán)格的氮磷排放標(biāo)準(zhǔn), 因此廢水脫氮除磷工藝的開發(fā)日益受到關(guān)注。 膜生物反應(yīng)器(MBR)工藝是將現(xiàn)代膜分離技術(shù)與傳統(tǒng)生物處理技術(shù)有機(jī)結(jié)合起來的一種新型高效污水處理及回用工藝。 與傳統(tǒng)的脫氮除磷工藝相比,MBR 的脫氮除磷工藝是最近才開始研究與發(fā)展的。MBR 可以通過膜的截留作用, 使硝化菌長期停留在好氧池內(nèi), 在不增加池容的前提下延長了污泥齡, 滿足了硝化菌的生長, 減少了硝化菌的流失。 同時(shí),在 MBR 中還發(fā)現(xiàn)存在反硝化除磷菌,在脫氮的同時(shí)也能有效地去除磷。2. MBR脫氮除磷的原理以及工藝2.1 原理MBR是一種將污水的生

2、物處理和膜過濾技術(shù)相結(jié)合的高效廢水生物處理 工藝。它把膜分離技術(shù)和生物技術(shù)結(jié)合起來，采用膜組件取代常規(guī)二級(jí)生化處理工藝中二沉池、砂濾、消毒等單元；用超微濾膜對(duì)曝氣池出水直接進(jìn)行過濾。2.2 工藝類型MBR工藝一般由膜組件和生物反應(yīng)器兩部分組成，根據(jù)各個(gè)單元自身的多樣性，MBR可分為多種類型。(1) 按照膜組件的位置的不同來劃分可分為分離式MBR和一體式MBR。ü 分離式MBR：最早的MBR發(fā)展形式，也稱為第一代MBR工藝。工藝均采用錯(cuò)流式膜組件，采用加壓方式，該技術(shù)比較成熟，運(yùn)行穩(wěn)定可靠，但需要較高的循環(huán)水量，造成較大的單位產(chǎn)水能耗。ü 一體式MBR第二代MBR工藝，解決分

3、離式MBR能耗高的問題。在一體式中，膜組件直接置入生物反應(yīng)器內(nèi)，曝氣器就放在膜組件的下面，通過相應(yīng)泵進(jìn)行抽吸，得到過濾液。由于曝氣形成的剪切力和紊動(dòng)，使固體難于積聚在膜表面，從而減少膜的堵塞和能耗。這種反應(yīng)器具有設(shè)備簡單、占地空間小、整體性強(qiáng)、操作方便等，但易污染，出水不連續(xù)。ü 膜組件和膜材料常用于MBR處理工藝中的是微濾膜和超濾膜按材質(zhì)分，膜種類有無機(jī)膜和有機(jī)膜。無機(jī)膜耐污染、壽命長，但生產(chǎn)成本較高，目前國內(nèi)普遍采用有機(jī)膜。目前，超濾膜的制膜材料多為聚礬超濾膜、氟化物、聚礬酞胺及醋酸纖維素等微濾膜多采用硝酸纖維濾膜、醋酸纖維素膜、聚酞胺濾膜、再生纖維濾膜等為制膜材料。(2) 膜生

4、物反應(yīng)器同步脫氮除磷工藝按照厭氧和好氧是否在同一反應(yīng)器內(nèi)，可分為單級(jí)A/O程序MBR 脫氮除磷工藝、兩級(jí)A/O階段MBR脫氮除磷工藝和兩級(jí)A2/O階段MBR脫氮除磷工藝。a. 單一反應(yīng)器間歇曝氣膜生物反應(yīng)器工藝：單一反應(yīng)器間歇曝氣膜生物反應(yīng)器脫氮工藝包含序批式MBR和間歇曝氣MBR兩種。序批式MBR(MSBR)使用序批式反應(yīng)器(SBR)的運(yùn)行方式，通過限制曝氣和半限制曝氣運(yùn)行方式在時(shí)間序列上實(shí)現(xiàn)缺氧/好氧的組合并控制每一部分適宜的時(shí)間比例,可以得到較好的脫氮效果。將膜組件浸入生物反應(yīng)器中，構(gòu)成的一體式裝置沒有混合液的回流，較少了設(shè)備需求，降低了運(yùn)行費(fèi)用。間歇曝氣MBR與MSBR工藝類似, 但其

5、缺氧好氧間歇運(yùn)行的時(shí)間間隔很短, 而進(jìn)水是可連續(xù)或間歇的。研究發(fā)現(xiàn), 該工藝硝化反應(yīng)進(jìn)行的很快、很徹底, 反硝化是限制速度的步驟，此外，調(diào)整周期中缺氧好氧循環(huán)時(shí)間以及添加懸浮提案料，可以提高除氮效果。b. 兩級(jí)A/O階段MBR脫氮除磷工藝A/O形式的膜反應(yīng)器工藝類似于傳統(tǒng)的A/ O 工藝，前置反硝化在缺氧條件下運(yùn)行,含碳有機(jī)物的去除、 含氮有機(jī)物的氧化和氨氮的硝化在好氧條件下運(yùn)行，以膜代替重力沉淀池進(jìn)行固液分離。在設(shè)計(jì)合理的A/O系統(tǒng)中，好氧池回流污泥中的剩余溶解氧會(huì)被很快耗盡，不會(huì)破壞缺氧池適宜的環(huán)境條件。但過高的污泥濃度會(huì)造成空氣曝氣系統(tǒng)難于滿足微生物的氧需求，造成硝化速率的降低。c. 兩

6、級(jí)A2/O階段MBR脫氮除磷工藝兩級(jí)A2/O階段MBR脫氮除磷工藝是在兩A/O階段MBR脫氮除磷工藝的基礎(chǔ)上改造得來,即將前置缺氧階段通過一定的方法在時(shí)間序列上創(chuàng)造出缺氧階段和厭氧階段?？刂茝暮醚醭鼗亓骰旌弦旱臅r(shí)間間隔來創(chuàng)造缺氧條件和厭氧條件, 當(dāng)有混合液回流時(shí), 前置反應(yīng)池為缺氧條件, 當(dāng)沒有混合液回流時(shí)則為厭氧條件。d影響因素Ø 溫度對(duì)硝化和反硝化影響較大。Ø 反應(yīng)器內(nèi) DO濃度對(duì)硝化反應(yīng)速度及硝化細(xì)菌的生長速率均有極大的影響, 但普遍認(rèn)為 DO >2.0mg/L時(shí), DO濃度對(duì)硝化作用的影響可不予考慮。Ø pH 是影響硝化和反硝化作用的重要環(huán)境因素之一

7、。生物除磷合適的pH范圍為中性或微堿性。在此條件下, 硝化和反硝化過程迅速。Ø 廢水中所含碳(BOD5)氮比大于3時(shí), 無須外加碳源即可達(dá)到脫氮除磷的目的。Ø 污泥齡對(duì)膜生物反應(yīng)器的硝化作用有很大影響。有人發(fā)現(xiàn), 當(dāng)污泥齡由10 d 增加為50 d時(shí), 氨氮去除率由80%增加到99%。當(dāng)污泥齡過長時(shí), 脫氮效率反而降低, 這可能是由于難降解的溶解性高分子物質(zhì)被膜截留在系統(tǒng)內(nèi), 隨著污泥齡的增加而積累, 對(duì)硝化菌產(chǎn)生抑制作用。當(dāng)污泥齡變長, 由于排除的剩余污泥減少, 磷的去除效率也相應(yīng)的降低。e 多種工藝的比較對(duì)于間歇曝氣工藝,將進(jìn)水時(shí)間縮短并集中在缺氧初期有利于反硝化速率的

8、提高。在停曝缺氧段中，膜組件停止出水閑置不用，與處理能力、工藝參數(shù)及膜組件類型相同的A/O工藝相比，盡管可以省卻污泥回流設(shè)備和能耗，但膜面積卻增大許多。有研究認(rèn)為，間歇曝氣促使細(xì)菌胞外聚合物的降解速度加快，膜的生物污染得到緩解,提高了膜的使用壽命。對(duì)于A/ O形式的膜生物反應(yīng)器,可采用污泥回流；當(dāng)MLSS較高時(shí)，不同的回流比對(duì)氮的去除沒有明顯的影響。在設(shè)計(jì)合理的A/O系統(tǒng)中，好氧池回流污泥中的剩余溶解氧會(huì)被很快耗盡，不會(huì)破壞缺氧池適宜的環(huán)境條件。但過高的污泥濃度會(huì)造成空氣曝氣系統(tǒng)難于滿足微生物的氧需求，造成硝化速率的降低。(3) 新型MBR工藝l 氣升循環(huán)分體浸沒式MBR氣升循環(huán)分體浸沒式MB

9、R的特點(diǎn)是膜單元與生物反應(yīng)器分置，便于系統(tǒng)維修和膜清洗，膜清洗時(shí)對(duì)生物反應(yīng)器工作狀態(tài)影響很小；生物反應(yīng)器與膜單元之間的循環(huán)無需循環(huán)泵；膜組件采用浸沒式，保留了浸沒式膜生物器低能耗的特點(diǎn)。l 新型的復(fù)合動(dòng)態(tài)生物MBR新型的復(fù)合動(dòng)態(tài)生物MBR通過投加生物載體，使反應(yīng)器內(nèi)同時(shí)存在附著相的生物膜和懸浮相的活性污泥，從而提高了生物反應(yīng)器內(nèi)的微生物總濃度，出水可達(dá)到回用水標(biāo)準(zhǔn)。l 無泡曝氣MBR它采用透氣性致密膜（如硅橡膠膜）或微孔膜（如疏水性聚合膜），以板式或中空纖維式組件，在保持氣體分壓低于泡點(diǎn)（Bubble Point）的情況下，可實(shí)現(xiàn)向生物反應(yīng)器的無泡曝氣。由于傳遞的氣體含在膜系統(tǒng)中，因此提高了接

10、觸時(shí)間，極大的提高了傳氧效率。無泡曝氣MBR的O2利用率可接近 100 % ,是傳統(tǒng)曝氣的57 倍。當(dāng)空氣或 O2進(jìn)入傳質(zhì)阻力很小的透氣性膜后，在濃差推動(dòng)力的作用下向膜外的活性污泥擴(kuò)散，由于O2停留在膜組件中的時(shí)間很長，O2的傳質(zhì)效率高，而且因O2的分壓被控制在起泡臨界壓力之下，故沒有氣泡進(jìn)入大氣，這樣使O2的利用率達(dá)到最大值。無泡曝氣MBRl 萃取MBR萃取MBR將廢水與活性污泥用膜組件隔離，膜組件具有選擇性，僅使廢水中的待處理成分透過。污染物透過膜后在生物反應(yīng)器中被微生物吸附降解，濃度不斷下降，在廢水和反應(yīng)器間形成一個(gè)濃度差，這是污染物進(jìn)人生物反應(yīng)器的根本傳質(zhì)推動(dòng)力。3. MBR脫氮除磷的

11、發(fā)展趨勢(shì)3.1 優(yōu)點(diǎn)與常規(guī)生物處理技術(shù)相比較，具有如下顯著特點(diǎn)：(1) 對(duì)污染物的去除率高；抵抗污泥膨脹能力強(qiáng)，出水水質(zhì)穩(wěn)定，出水中沒有懸浮物，而且可去除細(xì)菌病毒， 是一種對(duì)原水處理后不必消毒的工藝 (2) 易于一體化，便于自動(dòng)控制，操作簡便，同時(shí)實(shí)現(xiàn)了SRT和HRT的徹分離 (3) 膜的截流作用避免了微生物的流失，生物反應(yīng)器內(nèi)污泥濃度可達(dá)35g/L，提高體積負(fù)荷，設(shè)備占地省 (4) SPR延長，有利于增殖緩慢的細(xì)菌，如硝化細(xì)菌的截流和生長，從而提高系統(tǒng)的硝化能力，同時(shí)提高難降解有機(jī)物的降解速率 (5) 剩余污泥產(chǎn)生量少，污泥處置費(fèi)用低 (6) 受膜表面速度剪切力的影響，污泥絮體平均尺寸較小，

12、污泥傳氧速率提高 ,可達(dá)26%60%3.2 存在的問題及解決方法MBR強(qiáng)化了傳統(tǒng)活性 污 泥 的處理能力，與常規(guī)生物處理方法相比，具有較多的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，但來自于膜更換頻率、膜價(jià)格和能耗需求三個(gè)方面的高消耗將直接限制其在實(shí)際工程中的應(yīng)用。因此，降低膜生產(chǎn)成本、延長膜使用壽命、降低能耗，是推廣MBR處理廢水的關(guān)鍵所在。(1) 膜污染膜污染是指處理物料中的微粒、膠體粒子或溶質(zhì)大分子有機(jī)物在膜表面和膜孔內(nèi)吸附、沉淀造成膜孔徑變小或堵塞、使膜通量下降的現(xiàn)象。多項(xiàng)研究表明，膜污染大致是由懸浮污染物、溶解性有機(jī)物、微生物及溶質(zhì)析出造成濃差極化現(xiàn)象引起的，因此針對(duì)上述問題提出如下解決辦法：ü 對(duì)混合液

13、進(jìn)行預(yù)處理由于混合液的性質(zhì)和組成是影響膜污染的重要因素，因此對(duì)混合液進(jìn)行有效預(yù)處理，使其達(dá)到膜組件的進(jìn)水要求，是防止膜污染的重要措施之一。通常采用的預(yù)處理方法有過濾、化學(xué)預(yù)絮凝、pH值調(diào)節(jié)、消毒、活性炭吸附等。 ü 控制操作條件適當(dāng)?shù)乜刂撇僮鳁l件，可以很大程度上減輕膜污染。在一定操作壓力下，通過提高進(jìn)水流速或采用錯(cuò)流等方法，可改善膜面附近料液的流體力學(xué)條件，減少濃差極化，使被截留溶質(zhì)及時(shí)帶走提高料液溫度，加速分子擴(kuò)散、減少粘度、增大濾速、保持適宜污泥濃度，適時(shí)增大曝氣量，有利于減緩懸浮固體和溶解性有機(jī)物在膜面的沉積和污染。ü 研發(fā)高性能、耐污染膜及運(yùn)行新工藝高膜的耐污染及單

14、位面積處理能力，能從根本上改善膜污染。目前，已研制出聚酞胺系列、聚丙酞胺系列等有機(jī)膜及耐高溫、高壓的無機(jī)膜。近來，人們開始著眼于仿生膜的制備研究。用不同的膜及膜組件與各種好氧和厭氧生物廢水處理技術(shù)相結(jié)合，通過實(shí)踐證明，能提高反應(yīng)器的耐污染及處理能力。ü 膜的清洗為了消除可逆膜污染，快速恢復(fù)部分膜通量，應(yīng)對(duì)膜進(jìn)行定期清洗。根據(jù)不同膜污染形式，可選用不同的清洗方法，清洗包括物理清洗、化學(xué)清洗和其他方法為使正常運(yùn)行，清洗操作最好在線進(jìn)行。(4) 膜價(jià)格分析發(fā)現(xiàn)，膜組件的費(fèi)用明顯高于占地和土建，約占固定投資的40%60%，由此可見，膜制造成本高是運(yùn)行費(fèi)用高的重要因素。但以目前制膜工業(yè)的發(fā)展看

15、，隨著膜制造技術(shù)的進(jìn)步，膜價(jià)格具有很大的降價(jià)空間，據(jù)估算，在未來一年內(nèi)，膜的價(jià)格完全可以降至目前的50%左右。(5) 膜能耗目前，常規(guī)分離式運(yùn)行能耗為34(kWh/m3),高于活性污泥法的0.30.4(kWh/m3)。但研究表明，通過改進(jìn)膜組件形式和工藝條件可降低能耗，如淹沒式的出現(xiàn)，就為解決能耗問題前進(jìn)了一大步，其運(yùn)行能耗為0.62.0(kWh/m3)3.3 發(fā)展方向(1) 國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀MBR最早于1969應(yīng)用于美國的酶制劑工業(yè)，但發(fā)展較為緩慢，直至20世紀(jì)80年代，MBR才有了新的突破。截止到1987年，日本已有13家公司使用好氧MBR處理大樓廢水，處理量達(dá)50-250m3/d，同時(shí)法國

16、、美國、泰國、加拿大等國家也相繼加大了MBR方面的研究投入。我國的MBR工藝研究起步較晚，目前只有清華、同濟(jì)、天津大學(xué)等高校和中科院等科研院所在開展這方面的研究，但工程實(shí)例報(bào)道較少。(2) MBR技術(shù)的應(yīng)用前景為了使MBR技術(shù)早日得到廣泛應(yīng)用，可從以下幾方面努力：l 大規(guī)模應(yīng)用于中水回用。在應(yīng)用MBR技術(shù)處理市政、生活污水并實(shí)現(xiàn)中水回用時(shí)，還要考慮另外一個(gè)關(guān)鍵因素，即運(yùn)行成本。l 研制、開發(fā)化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定、耐酸堿腐蝕、機(jī)械強(qiáng)度好、單位面積透水量大、能長期在受壓條件下運(yùn)轉(zhuǎn)、價(jià)格低廉的高性能膜材料；l 深度探討膜污染的成因，尋求減少膜污染，快速恢復(fù)通量的對(duì)策；l 探索新的形式，力求工藝靈活多樣，降低

17、動(dòng)力能耗。根據(jù)不同的水質(zhì)及處理要求，用不同的膜及膜組件與各種好氧和厭氧生物廢水處理技術(shù)相結(jié)合，開發(fā)出處理能力更強(qiáng)、耐污染能力更強(qiáng)、運(yùn)行更經(jīng)濟(jì)的新型MBR。4. 工程實(shí)例l 國外一些工程實(shí)例：國家應(yīng)用單位膜供應(yīng)商處理水量/ (m3·d-1)處理水量荷蘭Beverwijk污水處理廠240 生活污水英國Porlock污水處理廠Kubota1 900生活污水德國Buechel污水處理廠Kubota960生活污水愛爾蘭Minchmalt廠Kubota1 720工業(yè)廢水比利時(shí)1)Schilde污水處理廠14 0002)生活污水奧地利Halbenrain污水處理廠100垃圾滲濾液瑞士1)Zenon

18、5 000生活污水美國24座污水處理廠Zenon7 500城市污水日本150余座工業(yè)廢水注: 1)污水處理廠仍在設(shè)計(jì)建設(shè)中；2)原文中單位為人口當(dāng)量(Population Equivalents，PE)，此處按照1 PE=0.5 m3/d估算。l 國內(nèi)應(yīng)用實(shí)例我國MBR的應(yīng)用對(duì)象存在明顯的地域差別，南方地區(qū)，MBR目前主要應(yīng)用于高濃度有機(jī)廢水與難降解工業(yè)廢水的處理；而在天津、大連等嚴(yán)重缺水的北方地區(qū)，MBR主要作為中水回用技術(shù)處理生活污水。1998年，大連大器公司設(shè)計(jì)的200 m3/d的中水回用裝置就己在大連投入運(yùn)行；天津清華德人環(huán)境公司和天津大學(xué)共同研制的MBR已有了一些應(yīng)用實(shí)例。該 產(chǎn)品已經(jīng)應(yīng)用于生活污水處理回用、工業(yè)印染廢水處理回用、垃圾填埋場(chǎng)滲濾液處理等領(lǐng)域，已建立2 0多項(xiàng)示范工程。以處理天津某寫字樓排放的污水為例，該寫字樓的建筑面積約為17000 m2，采用了日處理能力為25m3的裝置，設(shè)備本體占地3.2m2，投資10余萬元，能耗為0.8 kW·h/m3。處理出水可用作沖廁、綠化及洗車等。清華永新雙益環(huán)保有限公司開發(fā)研制的一體化膜生物反應(yīng)器先后在“北京匯聯(lián)食品有限公司食品加工廢水處理工程（2503/d）”，“清華大學(xué)東區(qū)浴池中水回用工程（200 3/d）”中應(yīng)用。國內(nèi)在實(shí)際工程應(yīng)用上發(fā)展很快 上海荏原成套工程有限公司的 P W