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膜生物反应器的优缺点及改进

发布日期:2018-09-12

膜生物反应器的优缺点及改进

  一、与传统工艺相对比

膜生物反应器(MBR)是一种新型**的水处理技术,具有传统方法不及的许多优点能够满足目前国际上严格的污水排放标准,具有很好的应用前景

MBR工艺是将活性污泥法和膜分离技术相结合而形成的一种新型废水处理工艺,一般由膜组件生物反应器和泵三大部分组成,是一种由膜组件与生物反应器结合而成的生物化学反应系统。

随着我国废水水量的剧增和水质处理难度的加大,传统的生物处理法存在的问题日益突出,相比之下,膜生物反应器处理工艺的优点更加明显,主要表现为以下几方面:

(1)分离效率高,设备容积负荷大:MBR工艺由于膜的机械截流作用,较大地避免了曝气池内微生物的流失,使得反应器内污泥浓度较高,大大提高了设备的容积负荷;

(2)满足严格的污水排放标准;

(3)占地面积小:传统工艺一般都设有初沉池、二沉池,构筑物多, 占地面积大, 与土地日益紧张的现状相矛盾,而MBR工艺流程紧凑,生物反应器取代了二沉池,大大缩小了构筑物的占地面积

4)污泥产量少,后期处理容易:由于MBR工艺中, 膜的截留作用延长了污泥泥龄, 反应器可以起到污泥消化池的作用,因此使得污泥产量少,后期处理较容易。

5)出水稳定,耐冲击负荷:传统工艺一般耐水质水量和有毒物质冲击负荷能力弱,运行不稳定,而MBR中活性污泥浓度能随进入反应器的有机物浓度变化而变化,达到一个动态平衡,因此可以使得出水稳定,且耐冲击负荷。

6)对氨氮和一些难降解有机物的去除效果较好:传统方法需要专门的脱氮设备才能达到一定的除氮效果,而MBR工艺中,较长的污泥泥龄有利于增殖缓慢的硝化细菌的截留生长和繁殖, 从而系统对氨氮和一些难降解有机物的去除效果较好。

7)操作管理方便:传统方法工艺复杂,操作管理不便,还需防止污泥膨胀,MBR工艺设备少,易于一体化和自动控制,操作管理十分方便,且水力停留时间和污泥龄可完全分开,运行控制更加灵活、稳定

8)适用于任何浓度废水的处理:传统方法一般只适于中低浓度废水的处理,高浓度废水需要稀释后才能进行处理,而MBR工艺适用于任何浓度废水的处理,且均能达到很好的处理效果。 

(9)易建:一般将一种传统工艺改造为另一传统工艺十分困难,新建反而更为经济些,但若将普通活性污泥法处理设备改造成MBR工艺则比较容易,不必另建

(10)MBR工艺相比于传统工艺,投资费用,运行成本都高:高投资的主要原因是膜及膜组件价格昂贵,进口膜价格远远高于国产膜,高运行成本主要来自于动力能耗费和膜的更换费目前来看,大型污水处理厂采用常规工艺更为经济但长远来看,污水排放标准的愈益严格、膜组件质量的提高和费用的逐步下降、技术的发展将更完善,会使得MBR的经济投资逐步降低。                                         

二、在实际中MBR存在的问题

在实际运行和构建中,MBR还存在以下缺点:

系统需氧量大、能耗高; 

②难生物降解物质的积累容易造成微生物的毒害和膜的污染

膜组件价格目前比较昂贵;

随着材料科学技术的发展,膜材料和膜组件的费用会逐步降低,但高能耗和膜污染依旧是今后影响膜生物反应器推广应用的主要障碍。

MBR系统的能耗值与膜通量、膜污染状况、污泥浓度、曝气量、系统规模、泵的选型及流程设计均有关系,因此要降低能耗, 要特别注意设备选型的合理和流程设计的优化要广泛应用这一技术还需要在供氧装置、膜组件形式、膜材料选择、膜寿命延长及膜清洗等方面做进一步的研究和改善

 

 三、有关MBR的改进思路

1、膜材料的改良

膜材料的选择对于处理效果有一定影响,可以从以下几个方面来考虑改进:

1)研制亲水性耐污膜:对于疏水性、易受污染的膜,如聚砜等, 可采用移植亲水性基团或交链复涂等方法来改善膜表面的亲水性,降低蛋白质对膜的吸附污染

(2)膜的几何尺寸:膜的几何尺寸对产水量的影响很大,故应尽量缩短膜的总长度,以增强出水的稳定性。

3)缩短粘合长度:膜纤维粘合长度越长出水量越低,故可以在强度允许的条件下尽量缩短粘合长度以增加出水量

4)在超滤范围内,根据转相过程原理可将膜制成具有粗孔支撑层和细孔分离活性层的不对称膜以增加膜的强度

2、膜组件形式的改进

膜受污染的程度与膜组件的形式密切相关,优化MBR膜组件结构是促进MBR发展和应用的一个重要因素,可以从以下几个方面进行:

1)充分考虑膜组件的安放方式与水力形态( 穿流和活塞流) 的关系和中纤维膜的管径与长度的关系

2)可以由传统的圆柱形膜组件向*新型的膜丝敞开帘式膜块型过渡

3、运行方式的改良

适宜的运行方式是MBR能否成功的关键,合理地调节曝气强度、曝气间隔、清洗周期等运行参数,控制适宜的压力、温度、流速等都是有效的措施

1)对分置式MBR提高料液流速,可提高泥水混合液对膜表面的剪切力作用,从而降低浓差极化和沉积层的形成,提高水通量

2)考虑压力对于膜通量双重的影响,做到既能维持较高通量又能避免严重堵塞是设计中的*佳选择,同时还应结合能耗等因素来综合考虑

3)泥水混合液的粘度随着温度的提高而下降可过滤性有很大提高,但在提高温度的同时还需要考虑经济效益和微生物的生长条件

4)曝气量对于控制一体式MBR膜污染也是十分关键的一定范围内加大曝气量有利于提高膜表面的冲刷作用,减缓凝胶层的形成

5)对于长期运行的膜过程,采用恒通量操作方式控制膜的初始通量,有利于控制膜污染,使膜通量长时间保持较高的水平

4、曝气方式的改进

目前投入应用的膜生物反应器多采用鼓风曝气的曝气方式在污泥浓度很高,需氧量很大的情况下鼓风曝气无法满足微生物对氧的需求,这时只能限制反应器中MLSS的浓度来达到处理要求曝气方式的改进可以考虑以下几种:

1)采用射流曝气:射流曝气是利用射流曝气器将气流或气- 液混和流导入曝气池,以增加液体中氧含量的系统,高速喷射的气水混合液可以加大反应器内泥水混合程度,降低污染物质在膜表面的沉积,延缓膜污染的产生,同时还可以极大提高反应器内氧的传质效率,满足微生物对氧的需求,在理论上具有较高的实用价值采用射流曝气的一体式膜生物反应器可视为一体式和分离式膜生物反应器二者的结合。不仅能实现采用液流控制表面错流速度的分离式的特点,还能减少分离式采用鼓风曝气所消耗的动力,而且节省占地面积

  (2)无泡曝气:国外采用实例证明采用无泡曝气可以提高氧的传递效率传统的生物反应器中,污泥浓度很高时对应的需氧量也很大,普通的鼓风曝气无法满足微生物对氧的需求无泡曝气膜生物反应器采用透气性致密膜(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的情况下,可实现向生物反应器的无泡曝气。无泡曝气能将传递的气体含在膜系统中,提高接触时间,达到约100%的传氧效率,供氧面积一定,不受在传统的曝气系统中气泡大小及其停留时间等因素的影响,有利于更好地控制曝气工艺


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