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膜生物反应器MBR工艺分类

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学社博客 发表于 2019-9-8 10:48 | 显示全部楼层 打印 上一主题 下一主题
目前在水处理行业中,膜生物反应器投入大规模实际应用,膜生物反应器依据膜组件及原理有不同的分类。下面我们就来了解一下膜生物反应器分类。
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一、按照膜在膜生物反应器中所起作用的不同可分为:分离膜生物反应器、曝气膜生物反应器和萃取膜生物反应器。/ u9 k0 b/ v9 `% G  `, T) d- {2tech.cn

' X1 p! Z0 J& q9 `: p$ w0 U; \a.分离膜生物反应器( Solid/Liquid Separation MembraneBioreactor, SLSMBR, 简称 MBR ):固液分离型膜-生物反应器是在水处理领域中研究得最为广泛深入的一类膜-生物反应器,是一种用膜分离过程取代传统活性污泥法中二次沉淀池的水处理技术。 在传统的废水生物处理技术中,泥水分离是在二沉池中靠重力作用完成的,其分离效率依赖于活性污泥的沉降性能,沉降性越好,泥水分离效率越高。  
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而污泥的沉降性取决于曝气池的运行状况,改善污泥沉降性必须严格控制曝气池的操作条件,这限制了该方法的适用范围。由于二沉池固液分离的要求,曝气池的污泥不能维持较高浓度,一般在1.5~3.5g/L 左右,从而限制了生化反应速率。水力停留时间(HRT )与污泥龄(SRT )相互依赖,提高容积负荷与降低污泥负荷往往形成矛盾。系统在运行过程中还产生了大量的剩余污泥,其处置费用占污水处理厂运行费用的25% ~40% 。传统活性污泥处理系统还容易出现污泥膨胀现象,出水中含有悬浮固体,出水水质恶化。
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b.曝气膜生物反应器(Aeration Membrane Bioreactor, AMBR) :曝气膜生物反应器中膜被用于气体质量传递,通常是为好氧工艺供氧,可以实现生物反应器的无泡曝气,大大提高反应器的传氧效率。
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# {1 d/ T( P" G  d曝气膜-生物反应器最早见于 Cote.P 等1988年报道,采用透气性致密膜(如硅橡胶膜)或微孔膜(如疏水性聚合膜),以板式或中空纤维式组件,在保持气体分压低于泡点( Bubble Point )情况下,可实现向生物反应器的无泡曝气。该工艺的特点是提高了接触时间和传氧效率,有利于曝气工艺的控制,不受传统曝气中气泡大小和停留时间的因素的影响。
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$ F, _+ B  {6 K. G9 l) |曝气膜生物反应器所用的膜是一种透气性膜,传质阻力很小,可以在高气压下运行。空气或O2在膜腔内流动的过程中,在浓差推动力的作用下,向膜外的活性污泥扩散。目前常用的膜有两种,即透气性致密膜和疏水性微孔膜,空气或O2透过它们向液相传质的机理有所不同。当O2透过致密膜时,在气相侧,它先吸附在高分子聚合物上,进而向液相侧扩散,此时所需的气压较高。当O2透过微孔膜时,在气压较低的条件下,O2在膜表面形成气泡,由于表面张力的作用而吸附在膜表面,最后通过膜孔向液相传质。  v- ]# T  l. g+ D) v" ]4 D9 h7 c2tech.cn
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c.萃取膜生物反应器( Extractive Membrane Bioreactor, EMBR ):萃取膜生物反应器主要用于工业中优先污染物的处理,选择性透过膜被用于萃取特定的污染物。因为高酸碱度或对生物有毒物质的存在,某些工业废水不宜采用与微生物直接接触的方法处理;当废水中含挥发性有毒物质时,若采用传统的好氧生物处理过程,污染物容易随曝气气流挥发,发生气提现象,不仅处理效果很不稳定,还会造成大气污染。为了解决这些技术难题,英国学者 Livingston 研究开发了 EMB 。+ C6 S" H$ v# p7 C7 ]2tech.cn

" T" ?. X# q9 D% h: M废水与活性污泥被膜隔开来,废水在膜内流动,而含某种专性细菌的活性污泥在膜外流动,废水与微生物不直接接触,有机污染物可以选择性透过膜被另一侧的微生物降解。由于萃取膜两侧的生物反应器单元和废水循环单元是各自独立,各单元水流相互影响不大,生物反应器中营养物质和微生物生存条件不受废水水质的影响,使水处理效果稳定。系统的运行条件如 HRT 和 SRT 可分别控制在最优的范围,维持最大的污染物降解速率。1 M9 _6 O9 p& i7 K- a& i2tech.cn

9 c7 k* a7 T( j. [" z" S$ a( \萃取膜生物反应器中,废水与活性污泥被膜隔离开来,废水在膜腔内流动,膜组件两端分别与进水槽和出水糟相连,而含某种专性细菌的活性污泥在膜外流动,废水与微生物不直接接触。这种膜生物反应器中所用的膜是硅橡胶或其他疏水性聚合物,具有选择透过性,能萃取废水中的挥发性有机物,如芳烃、卤代烃等。这些污染物先在膜中溶解扩散,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均不能透过膜向活性污泥中扩散。
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针对上述问题, MBR 将分离工程中的膜分离技术与传统废水生物处理技术有机结合,大大提高了固液分离效率,并且由于曝气池中活性污泥浓度的增大和污泥中特效菌 ( 特别是优势菌群 ) 的出现,提高了生化反应速率。同时,通过降低 F/M 比减少剩余污泥产生量(甚至为零),从而基本解决了传统活性污泥法存在的许多突出问题。
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二、根据膜组件和生物反应器的组合方式可分为:分体式、一体式和复合式膜生物反应器。
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  P* Y! ?2 A4 t" p: v- ta.分体式膜生物反应器把生物反应器与膜组件分开放置,膜生物反应器的混合液经增压后进入膜组件,在压力作用下混合液中的液体透过膜得到系统出水,活性污泥则被截留,并随浓缩液回流到生物反应器内。" F$ u* ^( w3 g2 n2tech.cn
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3 x- O8 E7 b3 [9 F2 A分置式膜生物反应器的特点是运行稳定可靠,易于膜的清洗、更换及增设;而且膜通量普遍较大。但一般条件下为减少污染物在膜表面的沉积,延长膜的清洗周期,需要用循环泵提供较高的膜面错流流速,水流循环量大、动力费用高,并且泵的高速旋转产生的剪切力会使某些微生物菌体产生失活现象。: j" [, z3 w" _0 K4 \2tech.cn
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b.一体式系统则直接将膜组件置于反应器内,通过的抽吸得到过滤液,膜表面清洗所需的错流由空气搅动产生,设置在膜的正下方,混合液随气流向上流动,在膜表面产生剪切力,以减少膜的污染。一体式膜生物反应器工艺是污水生物处理技术与膜分离技术的有机结合。
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这种形式的膜-生物反应器由于省去了混合液循环系统,并且靠抽吸出水,能耗相对较低;占地较分置式更为紧凑,近年来在水处理领域受到了特别关注。但是一般膜通量相对较低,容易发生膜污染,膜污染后不容易清洗和更换。
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5 W* [! Y4 F; ^: |1 G( |7 e4 ]c.复合式膜-生物反应器在形式上也属于一体式膜-生物反应器,所不同的是在生物反应器内加装填料,从而形成复合式膜-生物反应器,改变了反应器的某些性状,如图所示:
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& g- F1 D# q  B8 E  3.按照膜生物反应器是否需氧:可分为好氧和厌氧膜生物反应器。6 E) V( H3 j1 m2tech.cn
  a.好氧膜生物反应器一般用于城市和工业的处理,好氧MBR用于城市污水处理通常是为了使出水达到回用的目的,而用于处理工业的主要为了去除一些特别的污染物,如油脂类污染物。
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. ~: n) r* h$ w. n0 m  b.厌氧膜生物发生器中,通过膜的高效截留,不仅解决了厌氧污泥容易从膜生物反应器流失导致出水水质降低的问题,同时膜分离的作用还体现在对厌氧反应器的构造与处理效果的强化方面。+ ^, b  ^: S4 m* v+ v& {2tech.cn

4 ^8 s- R3 v" U/ K5 s/ M以UASB与膜单元相结合为例,厌氧膜生物反应器不再需要设计的三相分离器来实现固液气的分离;而对于两相厌氧MBR,由于膜分离的作用使产酸反应气中的产酸菌浓度增加,提高了水解发酵能力,同时膜将大分子有机物截留在产酸反应器中使水解发酵,因此保持较高的酸化率。厌氧膜生物反应器厂用于高浓度有机分水的处理效果,由于膜生物反应器缺少曝气,为了使厌氧污泥处于悬浮状态,处理高浓度有机的厌氧膜生物反应器均采用分体式。
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