MBR污水处理工艺研究

第28卷第4期延安大学学报(自然科学版)Vol.28 No.4_2009年12 月Journal of Yanan University ( Natural Science Edition )Dec. 2009MBR污水处理工艺研究周亚琴(延长油田股份有限公司青化砭采油厂,陕西延安716003 )摘要:生物膜污水处理工艺是近年来发展起来的一种新型油田污水处理技术,是高效膜分离技术和传统活性污泥法结合的系统。本文介绍了生物膜污水处理工艺的物点种类特点及设计方法,对该技术在国内外研究进展及应用现状进行了综述，并分析了该技术存在的问题,提出了相应的改进关键词:微生物;膜;污水;水处理应用中图分类号:TE991.2文献标识码:A文章编号:1004 602X(2009)04 0083-04应器的研发又被列为“863”重大科技项目,推进膜1 MBR 技术的国内外发展生物反应器在污水处理及回用中的应用。刘锐等在1.1 国外发展研究现状研究膜生物反应器与传统活性污泥工艺进行比较后膜生物反应器( membrane bioreactor , MBR)是高发现,在运行条件-致的情况下,膜生物反应器有更效膜分离技术和传统活性污泥法的结合,几乎能将强的去除能力。陈卫文等研究膜生物反应器对各分所有的微生物截留在生物反应器中.这使反应器中子质量区间内有机物的去除规律发现,物理截留作的生物污泥浓度提高,理论上污泥泥龄可以无限长,用可完全截留粒径>0.22 μm的有机物,而活性污使出水的有机污染物含量降到最低,能有效地去除泥的降解作用以及膜表面滤饼层和凝胶层的共同作氨氮,对难降解的工业废水也非常有效。与传统生用可去除大部分0.22 μm以下的有机物。张西旺物处理工艺相比具有出水水质好,占地面积少,设备等在研究- -体式膜生物反应器处理高氨氮小区生活集中,模块化,并且具有升级改造的潜力,是- -项很污水的中试实验中发现，通过增设泥水回流和缺氧有发展前景的工艺。1969年,美国的Smith 首次报区可将氨氮去除率从60%提高到95%以上。周建道了美国Dorr-Oliver公司把活性污泥法和超滤工仁等在研究膜生物反应器处理高浓度生活污水的实艺结合处理城市污水的方法。1970 年,美国的验中发现，在进水COD为1250~ 13500 mg/L时,去Dor- -Oliver 公司和日本的SankiEngineering有限责除率可高达94. 1% ~95. 6% , BOD5的去除率可达任公司达成协议,使得该工艺进入日本市场。目前.98%以上。同时,国内的学者也开始研究膜生物反在世界范围内,实际应用的MBR系统已经超过500应器中运行参数的数学模型,主要为最佳水力停留套,同时许多工程在计划或者建设中。MBR 在日本时间、最佳排泥时间以及最佳反冲洗周期,并通过实的商业应用发展的很快，世界上约有66%的工程在验得到验证。日本,其余的MBR工程主要在北美和欧洲。2 MBR工作机理及形式1.2 国内发展研究现状我国对膜生物反应器污水处理技术的研究较2.1机理晚,但发展迅速,近年来,MBR工艺已有实际应用实膜生物反应器主要由池体、膜组件鼓风曝气系例,并保持着良好的发展势头。2002 年,膜生物反统泵乃管道阀门心韦篁细成坛水中的有机物经过中国煤化工收稿日期:2009 -06 -20YHCNMHG作者简介:周亚琴(1976- -) ,男,陕西子长人,延长油田股份有限公司采油工程师。84生物反应器内微生物的降解作用,使水质得到净化，操作管理容易,易于膜的清洗、更换。但一般条件下而膜的作用主要是将活性污泥与大分子有机物及细为减少污染物在膜表面的沉积,由循环泵提供的水菌等截留于反应器内,使出水水质达到回用水水质流流速都很高,动力消耗较高。要求，同时保持反应器内有较高的污泥浓度,加速生-体式是将膜组件置于生物反应器中,通过真化反应的进行。空泵抽吸,得到过滤液。一体式的最大特点是运行2.2形式费用低,但在运行稳定性、操作管理方面和膜的清洗根据膜材料的不同,膜主要分为有机膜、无机膜更换.上不如分置式。两大类。有机膜价格较便宜,但易污损;无机膜能在3 MBR处理工艺特点恶劣的环境下工作,使用寿命长,但价格较贵。根据膜组件在MBR中所起作用的不同,可将3.1对污 染物的去除效率高MBR分为分离MBR、无泡曝气MBR和萃取MBR三MBR对悬浮固体( Ss)浓度和浊度有着非常良种。分离MBR中的膜组件相当于传统生物处理系好的去除效果。由于膜组件的膜孔径非常小(0.01统中的二沉池,MBR由于高的截流率,并将浓缩液~1μm),可将生物反应器内全部的悬浮物和污泥都回流到生物反应池内,使生物反应器具有很高的微截留下来,其固液分离效果要远远好于二沉池,MBR生物浓度和很长的污泥停留时间,因而使MBR具有对ss的去除率在99%以上,甚至达到100%;浊度的很高的出水水质;无泡曝气MBR采用透气性膜对生去除率也在90%以上,出水浊度与自来水相近。物反应器无泡供氧,氧的利用率可达100% ,因不形由于膜组件的高效截留作用,将全部的活性污成气泡，可避免水中某些挥发性的有机污染物挥发泥都截留在反应器内,使得反应器内的污泥浓度可到大气中;用于提取污染物的萃取MBR是由内装纤达到较高水平,最高可达40~50 g/L。这样，就大大维束的硅管组成,这些纤维束的选择性将工业废水降低了生物反应器内的污泥负荷,提高了MBR对有中的有毒污染物传递到好氧生物相中而被微生物吸机物的去除效率,对生活污水COD的平均去除率在附降解。94%以上,BOD的平均去除率在96%以上。(同时，根据生物反应器和膜组件结合的方式不同,膜由于膜组件的分离作用,使得生物反应器中的水力生物反应器可分为分置式(图1)和- -体式(图2)。停留时间( HRT)和污泥停留时间(SRT)是完全分开的，这样就可以使生长缓慢、世代时间较长的微生物回流混合液(如硝化细菌)也能在反应器中生存下来,保证了前处理F→生物反应器一0+组→出水MBR除具有高效降解有机物的作用外,还具有良好的硝化作用。研究表明,MBR在处理生活污水时,循环泵I对氨氮的去除率平均在98%以上,出水氨氮浓度低圈1分置式 MBB装置简围于1mg/L。.此外,选择合适孔径的膜组件后,MBR对细菌和病毒也有着较好的去除效果,这样就可以省去传统处理工艺中的消毒工艺,大大简化了工艺流程。另外,在DO浓度较低时,在菌胶团内部存在缺氧或厌氧区,为反硝化创造了条件。仅采用好氧MBR工艺,虽然对TP的去除效率不高,但如果将其山电山中中中中中电电电市与厌氧进行组合,则可大大提高TP的去除率。研究表明,采用A/0复合式MBR工艺,对TP的去除Tiftf Tfittt率可达70%以上。图2体式MBB流程简图中国煤化工传统的处理工艺分置式是指膜组件与生物反应器分开设置,压(格MYHCNMH G也+二沉池+消毒力驱动靠加压泵。分置式的特点是运行稳定可靠,池)流程较长,占地面积大,而出水水质又不能保第4期MBR污水处理工艺研究85证。而MBR工艺(筛网过滤+MBR)则因流程短、A=Q/F(2)占地面积小处理水量灵活等特点,而呈现出明显优已知膜组件制造厂家给定的基本参数,可容易势。MBR的出水量根据实际情况,只需增减膜组件地计算出所需的膜组件数:的片数就可完成产水量调整,非常简单.方便。N=A/Ao(3)对于传统的活性污泥法工艺中出现的污泥膨胀式中A-膜组件的有效面积,现象, MBR由于不用二沉池进行固液分离,可以轻A。一单个膜组件的有效面积。松解决。这样,就大大减轻了管理操作的复杂程度,A数=Nxn Xn XπX (d/2)2使优质!稳定的出水成为可能。在运行过程中涉及反洗等操作,因此必须综合同时,MBR工艺非常易于实现自动控制,提高考虑水的利用率以及元件的停歇时间。了污水处理的自动化水平。4.3曝气装 置设计3.3解决了剩余污泥处置 难的问题曝气系统主要为膜生物反应池的微生物生长代剩余污泥的处置问题,是污水处理厂运行好坏谢提供氧气生物作用需氧量中氧的主要作用有:的关键问题之一MBR 工艺中，污泥负荷非常低,反①将-部分有机物氧化分解;应器内营养物质相对缺乏，微生物处在内源呼吸区，②对自身细胞的一部分物质进行自身氧化;污泥产率低,因而使得剩余污泥的产生量很少, SRT③对原水中的氨氮进行氧化。得到延长,排除的剩余污泥浓度大,可不用进行污泥代谢原水中有机物需氧量:浓缩,而直接进行脱水,这就大大节省了污泥处理的其中:Q -进水流量( m'/d);费用。有研究得出,在处理生活污水时,MBR最佳y-产率系数(典型值=0.5);的排泥时间在35 d左右。f-进水中不溶性所占的比例(典型值=0.8);4 MBR 工艺的设计Lo-进水浓度( mg/L);该工艺最关键的技术在于微生物反应池与膜分Le -出水浓度( mg/L);离装置。维持微生物自身活性即微生物细胞部分物质进4.1生物 反应池设计行自身氧化需氧量:当进水COD为50~2 234 mg/L,sS 为80 ~微生物自身衰减系数(典型值=0.1 d~l);1327 mg/L,HRT在2.0~5.0 h范围内时,系统运行生化池中生物固体浓度( mg/L. MLVSS);的稳定性以及对污染物的处理效果均较好。膜生物反应池容积(m' );生物反应器中微生物浓度X(即污泥浓度)的氨氦硝化需要氧量:G; =4.57Cxx *Q理论计算公式[2]如下:微生物生物作用总需氧量:G=G1 +G2 +G30.56xSRT_ [,24x(G;-C)_空气中氧气的质量百分比为23%，A1 +0.08 xSRT[- HRT设计氧气的传质溶解效率为3%，C-C 1则生物作用需要的空气量为:G +23% +0. 03(1)SRT“ 1000= 145G。.式中Ci- 进水COD浓度,5结论与建议Ce出水COD浓度,Csup-污泥上清液COD浓度。尽管膜生物反应器有许多传统工艺不具备的优设计原则:BOD容积负荷在2.0 kg - BOD/( m3'点,且有了一定规模的应用,但真正要使该技术大范d)以下,设计缺氧池对进水BOD的去除率为η围的应用,还有很多问题需解决。(20% ~50%),则流入膜生物反应池的BOD浓度(1)在MBR工艺中,膜组件的费用较高,一般为CBODx(1 -20% ) ;儒要的膜生物反应池的容积膜的中国煤化工在运行中膜组件为CBODx(1 -20%) +2以上。的更因此经济因素4.2膜组件设计是影响YH.CNMH. G.建议加强低成膜组件的有效面积为:本,高性能的新型膜材料的研发，(下转第 88页)8[2]Huang B R,Fry J D. Root anatomical physiological and Mor-[8]张志良,翟伟菁.植物生理学实验指导[ M].北京:高等phological responses to drought stre8s for tall fescue cultivars教育出社,2003,123 - 124.[J]. Crop Science, 1998 (38):1017 - 1022.[9]温洋,孙吉雄,王代军.干旱胁迫对冷地型草坪草生理特[3]徐炳成,山仑,黄占彬.草坪草对干旱胁迫的反应及适应性影响的研究[J].草原与草坪,2005,1:43 -45.性研究进展[J].中国草地,200 ,23(2) :55 -61.[10]Jiang Y, Huang B. Drought and heat stress injury to[4]徐清,刘茂春,徐昌杰草坪草生理生化研究进展[J].中.twocool2season turfgrass in relation to antioxidant n melab-国草地, 1998 ,20(4) :56 -60.olism and lip dperoxidation. Crop Science ,41: 436 -442.[5 ]周久亚,刘建秀.陈树元.草坪草抗旱性研究概述[J].草[11]陈少裕.膜脂过氧化对植物细胞的伤害[J].植物生理业科学,2002,19(5):61 -66.学通讯,1991 ,27(2):84 -90.[6]韩瑞宏,毛凯，于友民，等.千旱对草坪草的影响[J].草[12]籍越,孔德政,杨芳绒,等.不同品种草坪草抗旱性的初原与草坪,2003,(1):8-10.步研究[J].河南科学2000,18(4):412 -414.[7]李或.水分胁迫条件下白榆光合与蒸腾特性对光的响应[责任编辑李晓霞][J].森林工程,2009 ,25(3):26 -28. .Changes of Several Resistance Indexes of the Seedlingsof Lolium PeremeL under Drough StressRU HONG'，WANG Rui-zhen2，CHANG Hai-fei? , FENG Xiao-dong2(1. Landscape Garden Bureau of Xian City ,Xian 710032 ,China;2. College of Life Science, Yanan university , Yanan 716000 ,China)Abstract: In different drought stress ( mild stress, moderate stress and severe stress) , the change of peroxidase ac-tivity, the content of MDA and proline were measured in the leaves of ryegrass. The results showed that: in varyingdegrees of drought stress, the POD activity and the content of proline was increased with the stress time extended,and also increased with the drought stress strengthened. The drought resistance of ryegrass can be significantly im-proved; from the content of MDA point of view, ryegrass can longer tolerate mild and moderate drought stress.Key wordstufgrass; drought; stress; physiological indexAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAaaa(上接第85页)推动产业化进程。强这方面的研究及优化设计,进一步降低能耗。(2)膜通量小,一般通量为20~ 100 L(h●参考文献:m2) ,不适合大流量污水的处理。MBR 工艺在运行[1]S. Adham et al. Feasibility of the membrane bioreactor时会使膜通道发生堵塞和浓差极化现象，在膜的表process for watereclamation. Wat. Sei. Tech. , 2001. 43面形成一个胶化层,即膜污染。这将导致膜通量的(10) :203 ~209.急剧下降。。膜污染成了MBR广泛应用的阻碍}21 ,[2]熊丽芳.胡兆吉,王白杨等;膜生物反应器及其发展展是当前MBR研究的- -个热点,其污染机理还有待于[3]孙秀云,王连军,田爱军. MBR在污水处理中的应用[J].进-步研究。另外,膜通量还应通过研究开发进-污染防治技术,2003 , 16(4) :39 ~41.步提高,从而推进该技术的广泛应用。(3)在用于处理污水的MBR中通常都维持较[4]葛元新,朱志良. MBR膜的污染及其清洗技术研究进展.清洗世界,2005 ,21(8) :24 ~29.高的MILSS浓度,这易导致氧传递率的降低,运行能[责任编辑 李晓霞]耗变大,水温升高,污泥活性下降及等问题,建议加中国煤化工MYHCNMHG