废水处理中膜生物反应器的研究进展 14页

废水处理中膜生物反应器的研究进展导读：就爱阅读网友为您分享以下“废水处理中膜生物反应器的研究进展”资讯，希望对您有所帮助，感谢您对92to.com的支持!第２８卷第１期２００８年２月膜科学与技术Ｍ旺ＭＢＲＡＮＥＳＣＩＥＮＣ飘ＡＮＤＴＥ（：ＨＮｏＩ．ｏＧＹＶｄ．２８Ｎｏ．１Ｆｅｂ．２００８文搴编号：１００７—８９２４｛２００８｝０１—００９１一Ｑ６废水处理中膜生物反应器的研究进展白玲１，一，蓝伟光１一，严滨３，万金保１（１。南鼙大学环境科学和工程学院教育部鄱阳潮生态及生物资源利用重点实验室，南邕３３００４７；２．江西农业大学理学院，南昌３３００４５；３．新加坡新达科技集团，新加坡５６９０９５）摘要：膜生物反应器作药一种新型高效的囊物跫理技拳争绿色技禾，在拳处理领域中得到了广泛的应用．综述了膜生物反应嚣在全世界的研究现状，膜生物反应器的构型、好氧膜生物14n反应嚣和厌氧膜生物反应嚣及应用情况，膜污染控制技术。探讨和展望了膜生物反应器的应用黄景，指出了今君的研究方向。关键词：废水处理；膜生物反应器的构型；好氧和厌氧膜生物反应器；膜污染控制中图矜类号：Ｘ７０３．１文献标识码：Ａ通常提到的膜生物反应器，实际是三类反应器的总称，它们分别是：１）膜一充氧生物反应器（Ｍ难撒）；２）萃取膜生物反应器（ＥＭＢＲ）；３）膜分离生物反应器（ＢＳＭＢＲ，简称ＭＢＲ）．目前ＭＡＢＲ和ＥＭＢＲ还处在实验室阶段，尚无实际的工程应用．应用最广泛的是膜分离嫩物反应器．１．１膜生物反应器（ＭｅｍｂｒａｎｅＢｉｏｒｅａｃｔｏｒ，简称ＭＢＲ）技术是一种新型离效的生物处理技术秘绿色技术Ｈｊ，具有许多其他生物处理技术无法比拟的明显优势，其主要优点为：系统处理效率高；高负荷率；占地露积小，节省空闻，因藤得到了人们越来越多的重视泣ｊ，已成为国外如水环境研究基金会（ＷＥＲＦ）和国际水协会（ＩＷＡ）的研究重点之一．ＭＢＲ自开始研究秘应用的近３０年来，已经进化了凡代ＭＢＲ系统，已逐步应用于市政污水、工业废水的处理及回用之中．ＭＢ．Ｒ的构型按膜组件秘生物反应器的相对位霾，ＭＢＲ主要有两种构型：一体式（浸没式）和分置式（旁流式）膜生物反应器．１９８９年，日本学者Ｙａｍａｍｏｔｏ等首先14n开发了一体式ＭＢＲ，主要应穗于市政襁工业废水的处理，其最大特点是运行能耗低，且具有结构紧凑、体积小等优点；但单位膜的处理能力小，膜污染较重，透承率较低。分器式ＭＢＲ的膜组俘形式一般为平板式和管式，目前主要应朋于工业废水的处理，其特点为：运行稳定可靠，操作管理容易，易于膜的清重膜生物反应器工作原理膜生物反应器是常规活性污泥法的进一步发展。它主要由膜维件积生物反应器弼部分组成．大量的微生物（活性污泥）在膜生物反应器内与基质（废水中的可降解有机物等）充分接触，通过氧化分解作耀遴行耨陈代谢以维持自身生长、繁殖，同时使有橇污染物降解．膜组件通过机械筛分、截留等作用对废水和污泥混合液进行固液分离．生物处理系统和膜组｛譬戆奏枧结合，不仅提高了系统豹出水水覆和运行的稳定性，还延长了大分子物质在生物反应器中的水力停留时间，使之得到最大限度的降解，并加强了系统对难降鳃物屡的去除效果。收稿日期：２００６—０９—１５；修改稿收到日期：２００６一ｌＯ一３０洗、更换及增设；经动力消耗较裹．与分置式相比【３］３，浸没式可用于大规模的废水处理厂．这也是浸没式膜组件得以广泛应用的原因．阏前世界上约有５５％使用浸没式ＭＢＲ。近年出现的新型气升循环分体浸没式ＭＢＲ［４ｆ，14n其特点是膜单元与生物反应器分置，便于系统维修秘膜清洗，膜清洗时对生扬反应器工搀状态影镌很终者簿奔：鑫玲（１９６４一），女，国医省永翻蒜久，搏±垒，蘸教授，藏事废承经理程资嚣化．＜醚ｌ趣７１６＠ｙ幽融ａ雠．鼹》万方数据　14n・９２・膜科学与技术第２８卷小；生物反成器与膜单凭之闷的循嚣无需循环泵；膜组件采用浸没式，保留了浸没式膜生物器低能耗的特点．该工艺可处理浓度较低的化粪池上清液，出水经箍单后处理就露达到建设郝颁裕的生活杂用承回用标准．如Ｆａｎ等１５』采厢带有Ｈ一型循环替管气升循环分体浸激式ＭＢＲ处理盥洗废水并回用，ＣｏＤ，ＢＯＤ５，ＮＦＩａ—Ｎ，色度穗浊度的平均去除率分别为９０％，９９％，９５％，８０％和９９．７％，出水水质低于中国盥洗废水网用的标准要求．用于处理盥洗废水回常好的靛处理过稷，再摄摄水质的类璎，结合好氧ＭＢＲ、纳滤和反渗透进行处理，使出水达标排放．近年来，人们对此领域进行了很多研究．如，利用厌氧工艺与好氧ＭＢＲ结合处理工业废水也获得了良好的去除效果．Ｒｅｎ等１６』６采用两相厌氧ＭＢＲ处理离浓度传统中医药废水，运行了４５２天，ＣＯＤ的去除率为９◇９６－－９９。８％＋Ｓｈｉｎ等【７ｊ利用浸没式ＭＢＲ程厌氧升流床过滤（ＡＩ聊）反应器处理猪场废水，提高了“）Ｄ和氮的去除率，ＣＯＤ和总氮的去除率分别鸯９ｌ％穰６０％。剃超翔等【８】进行毛染废水中试研14n究的结果表明，好氧ＭＢＲ与厌氧酸化预处理的联餍的能耗约为０．３２～Ｏ。秘瓣ｈ尉，平均操俸花费约为０．１１美元／ｍ３．因此ＭＢＲ构型的发展，应朝着经济、高效的方向发展．１．２好氧翻厌氧戮转歉按生物反应器的需氧性又可分为好氧ＭＢＲ和厌氧ＭＢＲ．好氧ＭＢＲ．３２艺的实际商业应用最早出合使用埘进一步掇高系统对ＣＯＤ和色度的去除效果，系统蹬水ＣＯＤ小于２０ｍｇ／Ｌ，无ｓｓ，色度小予４度，水质明显优于接触氧化处理工艺．崔学刚等旧ｊ通过厌氧工艺与ＭＢＲ相结合处理化工废水，结果瑰褒筠世纪７９年式末期酶ｊ艺美，紧接着瑙瑰在鼬年代早期的时本．差不多也在这个时候，厌氧ＭＢＲ工艺在南非和日本进入了工业污水处理市场．而在欧溯好氧ＭＢＲ工艺直鬟８０年代中期才第一次凄现．好氧和厌氧系统比较见表１．表１好氧和厌氧系统比较Ｔａｂｌｅ１Ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎｏｆａｅｒｏｂｉｃａｎｄａｎａｅｒｏｂｉｃｓｙｓｔｅｍｓ表明系统舀水水凌稳定，抗冲击负荷簏力强，Ｃ（渺和Ｓｓ的去除率分别大于９５％和９９．５％．Ｋｏｃａｄａｇｉｓ。ｔａｎ等ｆ１０］采用升流式厌氧固定床和外置式悬浮好氧ＭＢＲ结合处理离浓度合成废承，ＣＯＤ静去除率为９４％－－９８．７％，Ｐ０４卜一Ｐ去除率高达９６％～９７％．Ａｈｎ等【“］采用廖擞式缺氧／厌氧ＭＢＲ处理家庭废水，提离了氮和磷的去除率，分别为９３％，６０％。Ｚｈａｎｇ等［１２14nＪ研究在一个反应器内，采用阶段性厌氧秘浸没式好氧ＭＢＲ结合处理蹇Ｎ心＋～Ｎ，ＣＯＤ合成废水，利用厌氧区产生的大量甲烷，在通过好戴区时作为反硝化的碳源，在好氧区发生同时硝化反硝纯反应，大大提嵩了污染物的去除效果，瑟且降低了能耗，其ＣＯＤ的去除率大于９９％，ＮＩ－１４＋一Ｎ去除率为８４％－－９４％，达到了经济高效的网的．２膜生物反应器在废水处理中的研究及应用ＭＢＲ在世界范围悫豹磷究自１９６６年美国的Ｄｏｒｒｏｌｉｖｅｒ公司首先在美国２。１从表１可知，好氧ＭＢＲ出水水质高，出水适于圈用，操作简单和占地黼积小等优点使其得到了广泛的裔韭化廒用．据报道世界主约有９８％１２２上酶工程是膜分离工艺与好氧生物反应器相结合．一般来说，好氧ＭＢＲ负荷率一般在１．２～４．２ｋｇＣＯＤ／ｋｇＣＯＤ／化学会议上发表了ＭＢＲ污水处理工艺的研究结果，鄹ＭＢＲ产生及应用以来，久们进行了大鼍理论和应甩研究．ＭＢＲ早期的研究主要在日本、英国、韩国和法国．目前ＭＢＲ研究翱应用较多的是Ｅｌ本、北美（加拿大、美圈等）、欧洲（英国、蒋兰、法国、德国等），韩国、中国和南非．翳前ＭＢＲ的研究领域主要在膜污染、设计和操俸参数、污泥性质、微生物特性、花费、建摸等方（靠・14nｄ）之间，厌氧ＭＢＲ负荷率在２．９－－５０有机废水，｛纛ｉ用好氧ＭＢＲ是不可替代的．（ｒｎ３・ｄ）之间，因此厌氧ＭＢＲ特别适合处理高浓度厌氧ＭＢＲ可作为特种废水或难降鳃废水的菲万方数据14n　第１期白玲等：废水处理中膜生物反应器的研究进展・９３・面，而在膜寿命、前处理和工厂规模的扩大方面研究较少．大多数研究集中在实验室、中等规模的短期操作，很少有ｑ２ｑｋ规模的长期操作研究．在饮用水和地下水处理中应用很少．我国对ＭＢＲ的研究起步较晚，但发展迅速．自１９９３年中国科学院生态环境研究中心开始膜生物反应器【１３Ｊ的研究工作以来，也进行了大量理论和应用研究．研究内容集中于膜工艺的开发和膜污染的防治等．目前，国内较活跃的ＭＢＲ废水处理研究机构有中科院、清华大学、同济大学、哈尔滨工业大学、华东理工大学等单位．膜污染是限制膜生物反应器更快地商业化的主要因素之一．膜污染导致膜通量下降，减少了生产力，缩短了膜的寿命，增加了膜生物反应器的运行费用．因此必须减轻和控制膜污染，在低能耗的条件下获得较大的膜通量．早期的研究主要集中在膜污染的原因、特性和模型等方面，近年来主要的研究在更有效和更经济的防止或减轻膜污染的方法．２００６年Ｚｈａｎｇ等¨４Ｊ首次提出并绘制了浸没式ＭＢＲ的污染三阶段机理图，对于进行膜污染控制具有重要的指导意义．目前膜污染控制技术主要分为以下几类：１）在次ｌ艋界通曼下运行，通过控制过滤过程、曝气存膜表面的冲刷、间歇式操作，来减少泥饼层在膜表面的形成．Ｃｈｏ等１１５14nＪ研究Ｊ，厌氧生物反应器错流微滤系统在次临界通量的操作条件下的污染特性．黄圣散等１１６Ｊ研究了平板膜生物反应器在次临界通量运行下的膜污染状况，并结合膜污染模型进一步表征膜表面的污染特性．试验结果表明，该平板膜生物反应器在次临界通量运行的情况下，膜污染可分为膜污染缓慢发展阶段和膜污染迅速发展阶段，可分别用膜孔堵塞模型和泥饼阻力模型表征膜阻力与时间的变化关系，同时，对运行后的膜阻力分布进行分析，表明泥饼阻力和孔道吸附堵塞阻力是膜污染的主要组成部分，分别占到总阻力的７３％和２４％，而膜本身阻力仅占３％．Ｇａｎｄｅｒ等【１７Ｊ研究用好氧浸没式ＭＢＲ处理家庭废水，膜组件在临界通量以下运行可大大延缓膜污染；同时研究了利用汹涌的曝气来冲刷膜表面减少浓差极化来减少膜内在的污染层，完成一个虚拟的错流效果．Ｊｅｉｓｏｎ等ｕ８Ｊ研究在厌氧ＭＢＲ废水处理中，通过评价ＴＭＰ的稳定状态，进行在线泥饼层管理的先进方法．Ｕｅｄａ等［１９］研究用浸没式中空纤维ＭＢＲ处理家庭废水时，曝气强度对泥饼去除的影响．研究表明空气流速的增加可以增加对泥饼去除效果，但有一个临界值存在，在此临界值之上，空气流速的增加对泥饼去除效果没有影响；不增加空气流速而通过加强空气的14n流动可以改进泥饼去除效果．Ｌｏｗ等［２０Ｊ研究利用机械运动的方法（包括横向振动、纵向振动和振动剪切波强化过滤装置（ＶＳＥＰ））来维持ＭＢＲ膜在相对“清洁”的条件下和保持膜通量与清洁的膜相近．研究表明，控制平均０．２ｍ／ｓ的振动频率，对浸没式ＭＢＲ能维持其清洁膜通量的７５％以上，且具有高膜驱动压力的ＶＳＥＰ比浸没式ＭＢＲ具有６．８倍的通量，维持稳定通量达到清洁膜通量的７０％．Ｒｅｎ等【６］研究中试规模的ＭＢＲ处理高浓度医药废水，用ＢＰＡＮＮ优化操作参数，能有效减轻膜污染．但是，即使在次临界通量下运行时也有膜污染发生，ＴＭＰ也会升高，膜通量随时间下降【２１Ｊ．因此，要考虑用其它预防性的方法来维持系统的稳定操作．当采用间歇式操作时，研究表明小规模的ＭＢＲ处理高污染的废水比大规模ＭＢＲ更为经济可行．２）通过投加粉末状活性炭（ＰＡＣ）改善混合液的过滤特性．向生物反应器内投加ＰＡＣ有助于改善污泥混合液的特性，减小过滤的阻力，提高膜的渗透速率，并能提高膜生物反应器的处理效率；此外ＰＡＣ对膜表面的泥饼层具有冲刷作用，可以大为减轻膜污染．Ｙｅ等【２２］研究用ＭＢＲ处理市政废水中，投加ＰＡＣ后形成的动力学膜有一个合适的厚度，能大大减轻膜污染并能提高污染物的处理效率．结果表明，ＣＯＤ的去除率由９４．１６％提高到９７．０９％，14nＮＨ４＋一Ｎ的去除率由７２．５５％提高到７６．１３％；在运行时不需任何化学清洗．３）通过反冲洗、反脉冲和化学清洗去除污染层．反冲洗对膜性能要求较高（目前能进行反冲洗的商业化的膜较少），为避免损伤膜而导致出水恶化，反冲洗应在低压状态下操作．采用反冲洗和反脉冲［２３Ｊ能显著提高膜通量，但反冲洗要消耗一定量净化水，反冲洗周期过短会使出水量下降，过长则膜通量衰减加快，故在膜生物反应器中应寻找最佳反冲洗周期．Ｋａｎｇ等【２４Ｊ对厌氧ＭＢＲ中的有机膜和无机膜的过滤特性进行了比较，研究表明反冲洗和回流方式能有效地减轻膜污染．有机膜用酸性（ｐＨ２．０）反冲洗，膜通量增加两倍；无机膜用碱性反冲洗，提万方数据　14n・９４・膜科学与技术第２８卷高了膜通量；且回流方式能获得更高的膜通量．清洗方法可以是在线和离线清洗．葛元新等【２５Ｊ介绍了膜清洗的几种方法及发展状况，并提出了膜清洗技术的发展方向．张传义等【２６Ｊ研究表明，膜污染存在一个“临界膜污染”水平，当膜污染发展到“临界膜污染”水平，膜污染急增，此时在线清洗对膜污染的去除效果不明显，建议在线清洗最好控制在临界膜污染之前进行．由于生物污染而增加了膜污染的复杂性．随着件）．实际应用最为广泛的板框式和中空纤维膜组件，为浸没式ＭＢＲ构型；管式膜组件主要应用于外置式ＭＢＲ构型．最近，德国Ｍｉｃｒｏｄｙｎ—Ｎａｄｉｒ公司开发了最先进的称为ＢＩＯ—ＣＥｐ的浸没式膜组件，它标志着膜生物反应器技术的一大突破．Ｂ１０一ＣＥｐ通过一个创新的膜组件设计即为夹层式平板膜结构，它集成了中空纤维膜和平板膜ＭＢＲ的优点，使之具有出水水质优良、抗阻塞及污染的能力强、膜面积和通量大、成本低等特点，已应用到ＭＢＲ实际工程中，取得好的处理效果，因此具有广泛应用的前景．ＢＩＯ—ＣＥＬ＠膜与Ｚｅｎｏｎ的中空纤维膜、Ｋｕｂｏｔａ的平板膜的性能比较见表２．表２Ｍｉｃｒｏｄｙｎ—Ｎａｄｉｒ的ＢＩＯ—ＣＥＬ。膜与Ｚｅｎｏｎ．Ｋｕｂｏｔａ膜的性能比较ＴｈｅｃｏｍｐａｒｉｓｏｎｏｆＭｉｃｒｏｄｙｎ—Ｎａｄｉｒ14nａｎｄＺｅｎｏｎ，Ｋｕｂｏｔａ’ｓｍｅｍｂｒａｎｅｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ现代分析仪器的发展，如ＰＣＲ技术，原子力显微镜和扫描电镜等研究微生物群落结构动力学变化与降解功能的关系，生物污染已被广泛地研究和表征【２７Ｊ，但这些仪器价格昂贵，很难普及．因此在这个领域的进展相对要慢．生物污染控制仍是ｌＶＩＢＲ的一大挑战．４）选择合适的膜材料和优化膜组件．通常认为亲水性膜及膜材料电荷与溶质电荷相同的膜较耐污染．人们常用膜表面改性的办法引人亲水基团，或用复合膜复合一层亲水性分离层，或采用阴极喷镀法在膜表面镀一层碳．由亲水百度搜索“就爱阅读”,专业资料,生活学习,尽在就爱阅读网92to.com,您的在线图书馆14