在污水處理,水資源再利用領(lǐng)域,MBR又稱膜生物反應(yīng)器(Membrane Bio-Reactor),是一種由膜分離單元與生物處理單元相結(jié)合的新型水處理技術(shù)。膜的種類繁多,按分離機(jī)理進(jìn)行分類,有反應(yīng)膜、離子交換膜、滲透膜等;按膜的性質(zhì)分類,有天然膜(生物膜)和合成膜(有機(jī)膜和無(wú)機(jī)膜) ;按膜的結(jié)構(gòu)型式分類,有平板型、管型、螺旋型及中空纖維型等。
一、工藝組成
膜--生物反應(yīng)器主要由膜分離組件及生物反應(yīng)器兩部分組成。通常提到的膜--生物反應(yīng)器實(shí)際上是三類反應(yīng)器的總稱:
⑴曝氣膜--生物反應(yīng)器(Aeration Membrane Bioreactor, AMBR) ;
⑵萃取膜--生物反應(yīng)器(ExtractiveMembrane Bioreactor, EMBR);
⑶固液分離型膜--生物反應(yīng)器(Solid/Liquid SeparationMembrane Bioreactor, SLSMBR, 簡(jiǎn)稱 MBR)。
1、曝氣膜
曝氣膜--生物反應(yīng)器(AMBR)最早見(jiàn)于Cote.P 等1988年報(bào)道,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)情況下,可實(shí)現(xiàn)向生物反應(yīng)器的無(wú)泡曝氣。該工藝的特點(diǎn)是提高了接觸時(shí)間和傳氧效率,有利于曝氣工藝的控制,不受傳統(tǒng)曝氣中氣泡大小和停留時(shí)間的因素的影響。
2、萃取膜
萃取膜--生物反應(yīng)器,又稱為EMBR(Extractive Membrane Bioreactor)。因?yàn)楦咚釅A度或?qū)ι镉卸疚镔|(zhì)的存在,某些工業(yè)廢水不宜采用與微生物直接接觸的方法處理;當(dāng)廢水中含揮發(fā)性有毒物質(zhì)時(shí),若采用傳統(tǒng)的好氧生物處理過(guò)程,污染物容易隨曝氣氣流揮發(fā),發(fā)生氣提現(xiàn)象,不僅處理效果很不穩(wěn)定,還會(huì)造成大氣污染。
為了解決這些技術(shù)難題,英國(guó)學(xué)者Livingston研究開(kāi)發(fā)了EMB。廢水與活性污泥被膜隔開(kāi)來(lái),廢水在膜內(nèi)流動(dòng),而含某種專性細(xì)菌的活性污泥在膜外流動(dòng),廢水與微生物不直接接觸,有機(jī)污染物可以通過(guò)選擇性透過(guò)膜被另一側(cè)的微生物降解。由于萃取膜兩側(cè)的生物反應(yīng)器單元和廢水循環(huán)單元是各自獨(dú)立,各單元水流相互影響不大,生物反應(yīng)器中營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)和微生物生存條件不受廢水水質(zhì)的影響,使水處理效果穩(wěn)定。系統(tǒng)的運(yùn)行條件如HRT和SRT可分別控制在最優(yōu)的范圍,維持最大的污染物降解速率。
3、固液分離型
固液分離型膜--生物反應(yīng)器是在水處理領(lǐng)域中研究得最為廣泛深入的一類膜--生物反應(yīng)器,是一種用膜分離過(guò)程取代傳統(tǒng)活性污泥法中二次沉淀池的水處理技術(shù)。其通過(guò)膜組件將固體有機(jī)物回流至反應(yīng)器中,再將處理過(guò)的有機(jī)水排出。膜分離生物反應(yīng)器的類型可以根據(jù)膜組件與生物反應(yīng)器位置進(jìn)行分類有一體式膜生物反應(yīng)器、分置式膜生物反應(yīng)器、復(fù)合式膜生物反應(yīng)器。
在傳統(tǒng)的廢水生物處理技術(shù)中,泥水分離是在二沉池中靠重力作用完成的,其分離效率依賴于活性污泥的沉降性能,沉降性越好,泥水分離效率越高。而污泥的沉降性取決于曝氣池的運(yùn)行狀況,改善污泥沉降性必須嚴(yán)格控制曝氣池的操作條件,這限制了該方法的適用范圍。由于二沉池固液分離的要求,曝氣池的污泥不能維持較高濃度,一般在 1.5~3.5g/L左右,從而限制了生化反應(yīng)速率。水力停留時(shí)間(HRT)與污泥齡(SRT)相互依賴,提高容積負(fù)荷與降低污泥負(fù)荷往往形成矛盾。系統(tǒng)在運(yùn)行過(guò)程中還產(chǎn)生了大量的剩余污泥,其處置費(fèi)用占污水處理廠運(yùn)行費(fèi)用的25% ~40% 。傳統(tǒng)活性污泥處理系統(tǒng)還容易出現(xiàn)污泥膨脹現(xiàn)象,出水中含有懸浮固體,出水水質(zhì)惡化。
針對(duì)上述問(wèn)題,MBR將分離工程中的膜分離技術(shù)與傳統(tǒng)廢水生物處理技術(shù)有機(jī)結(jié)合,大大提高了固液分離效率;并且由于曝氣池中活性污泥濃度的增大和污泥中特效菌(特別是優(yōu)勢(shì)菌群)的出現(xiàn),提高了生化反應(yīng)速率;同時(shí),通過(guò)降低F/M比減少剩余污泥產(chǎn)生量(甚至為0),從而基本解決了傳統(tǒng)活性污泥法存在的許多突出問(wèn)題。
二、工藝類型
根據(jù)膜組件和生物反應(yīng)器的組合方式,可將膜--生物反應(yīng)器分為分置式、一體式以及復(fù)合式三種基本類型。(以下討論的均為固液分離型膜--生物反應(yīng)器)
分置式膜生物反應(yīng)器通過(guò)泵對(duì)其加壓,混合液在壓力的作用下進(jìn)行過(guò)濾,這樣大分子有機(jī)物將被膜過(guò)濾出來(lái),再回流到生物反應(yīng)器中進(jìn)行降解,如此循環(huán)操作進(jìn)一步地對(duì)有機(jī)污水中的有機(jī)物進(jìn)行分解。分置式膜生物反應(yīng)器具有穩(wěn)定、容易操作、膜容易清洗等特征,是有機(jī)污水處理的有效方法之一,但是由于為了提高循環(huán)泵的壓力會(huì)消耗較高的動(dòng)能。一體式膜生物反應(yīng)器是將膜組件置于生物反應(yīng)器中,再通過(guò)泵將過(guò)濾液抽出。
1、分置式
把膜組件和生物反應(yīng)器分開(kāi)設(shè)置。生物反應(yīng)器中的混合液經(jīng)循環(huán)泵增壓后打至膜組件的過(guò)濾端,在壓力作用下混合液中的液體透過(guò)膜,成為系統(tǒng)處理水;固形物、大分子物質(zhì)等則被膜截留,隨濃縮液回流到生物反應(yīng)器內(nèi)。
分置式膜--生物反應(yīng)器的特點(diǎn)是運(yùn)行穩(wěn)定可靠,易于膜的清洗、更換及增設(shè);而且膜通量普遍較大。但一般條件下為減少污染物在膜表面的沉積,延長(zhǎng)膜的清洗周期,需要用循環(huán)泵提供較高的膜面錯(cuò)流流速,水流循環(huán)量大、動(dòng)力費(fèi)用高(Yamamoto,1989),并且泵的高速旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的剪切力會(huì)使某些微生物菌體產(chǎn)生失活現(xiàn)象(Brockmann and Seyfried,1997)。
2、一體式
把膜組件置于生物反應(yīng)器內(nèi)部。進(jìn)水進(jìn)入膜--生物反應(yīng)器,其中的大部分污染物被混合液中的活性污泥去除,再在外壓作用下由膜過(guò)濾出水。
這種形式的膜--生物反應(yīng)器由于省去了混合液循環(huán)系統(tǒng),并且靠抽吸出水,能耗相對(duì)較低;占地較分置式更為緊湊,近年來(lái)在水處理領(lǐng)域受到了特別關(guān)注。但是一般膜通量相對(duì)較低,容易發(fā)生膜污染,膜污染后不容易清洗和更換?!?/span>
三、工藝特點(diǎn)
與許多傳統(tǒng)的生物水處理工藝相比,MBR 具有以下主要優(yōu)點(diǎn):
項(xiàng)目名稱 | 傳統(tǒng)水處理工藝 | MBR工藝 |
工藝組成 | 預(yù)處理-生物反應(yīng)池-沉淀池-混凝池-沉淀池-過(guò)濾-消毒-清水池 | 預(yù)處理-MBR-消毒-清水池 |
建設(shè)要求 | 不易實(shí)現(xiàn)模塊化設(shè)計(jì),按最大設(shè)計(jì)能力一次性建成。 | 實(shí)現(xiàn)模塊化設(shè)計(jì),適于分期建設(shè),節(jié)約投資。 |
場(chǎng)地要求 | 受設(shè)置場(chǎng)所限制 | 不受設(shè)置場(chǎng)地限制,地面式、半地下式、和地埋式。 |
出水水質(zhì) | 不符合國(guó)家現(xiàn)行A標(biāo)準(zhǔn) | 優(yōu)于國(guó)家現(xiàn)行A標(biāo)準(zhǔn) |
占地面積 | 大 | 小 |
產(chǎn)水率 | 工藝自身耗水較多,產(chǎn)稅率低 | 無(wú)需反沖洗,產(chǎn)水率高。 |
剩余活性污泥 | 剩余活性污泥產(chǎn)量大,污泥處理費(fèi)用高。 | 剩余活性污泥產(chǎn)量很小 |
運(yùn)行管理 | 設(shè)備較多,管理復(fù)雜,發(fā)生故障的可能性較大,一般需要專業(yè)人員維護(hù)。 | 設(shè)備較少,流程簡(jiǎn)單,易于實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)控制,運(yùn)行穩(wěn)定可靠,簡(jiǎn)單培訓(xùn)就可看管 |
使用 | 一般僅限于沖廁,道路清掃和城市綠化。 | 出水水質(zhì)優(yōu)良,可廣泛用于中水回用,景觀水用水等。 |
由于膜的高效分離作用,分離效果遠(yuǎn)好于傳統(tǒng)沉淀池,處理出水極其清澈,懸浮物和濁度接近于零,細(xì)菌和病毒被大幅去除,出水水質(zhì)優(yōu)于建設(shè)部頒發(fā)的生活雜用水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)(CJ25.1-89),可以直接作為非飲用市政雜用水進(jìn)行回用。
同時(shí),膜分離也使微生物被完全被截流在生物反應(yīng)器內(nèi),使得系統(tǒng)內(nèi)能夠維持較高的微生物濃度,不但提高了反應(yīng)裝置對(duì)污染物的整體去除效率,保證了良好的出水水質(zhì),同時(shí)反應(yīng)器對(duì)進(jìn)水負(fù)荷(水質(zhì)及水量)的各種變化具有很好的適應(yīng)性,耐沖擊負(fù)荷,能夠穩(wěn)定獲得優(yōu)質(zhì)的出水水質(zhì)。
2、剩余污泥產(chǎn)量少
該工藝可以在高容積負(fù)荷、低污泥負(fù)荷下運(yùn)行,剩余污泥產(chǎn)量低(理論上可以實(shí)現(xiàn)零污泥排放),降低了污泥處理費(fèi)用。
3、占地面積小,不受設(shè)置場(chǎng)合限制
生物反應(yīng)器內(nèi)能維持高濃度的微生物量,處理裝置容積負(fù)荷高,占地面積大大節(jié)?。辉摴に嚵鞒毯?jiǎn)單、結(jié)構(gòu)緊湊、占地面積省,不受設(shè)置場(chǎng)所限制,適合于任何場(chǎng)合,可做成地面式、半地下式和地下式。
4、可去除氨氮及難降解有機(jī)物
由于微生物被完全截流在生物反應(yīng)器內(nèi),從而有利于增殖緩慢的微生物如硝化細(xì)菌的截留生長(zhǎng),系統(tǒng)硝化效率得以提高。同時(shí),可增長(zhǎng)一些難降解的有機(jī)物在系統(tǒng)中的水力停留時(shí)間,有利于難降解有機(jī)物降解效率的提高。
5、操作管理方便,易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制
該工藝實(shí)現(xiàn)了水力停留時(shí)間(HRT)與污泥停留時(shí)間(SRT)的完全分離,運(yùn)行控制更加靈活穩(wěn)定,是污水處理中容易實(shí)現(xiàn)裝備化的新技術(shù),可實(shí)現(xiàn)微機(jī)自動(dòng)控制,從而使操作管理更為方便。
6、易于從傳統(tǒng)工藝進(jìn)行改造
該工藝可以作為傳統(tǒng)污水處理工藝的深度處理單元,在城市二級(jí)污水處理廠出水深度處理(從而實(shí)現(xiàn)城市污水的大量回用)等領(lǐng)域有著廣闊的應(yīng)用前景。
四、工藝用膜
膜可以由很多種材料制備,可以是液相、固相甚至是氣相的。目前使用的分離膜絕大多數(shù)是固相膜。根據(jù)孔徑不同可分為:微濾膜、超濾膜、納濾膜和反滲透膜;根據(jù)材料不同,可分為無(wú)機(jī)膜和有機(jī)膜,無(wú)機(jī)膜主要是微濾級(jí)別膜。膜可以是均質(zhì)或非均質(zhì)的,可以是荷電的或電中性的。廣泛用于廢水處理的膜主要是由有機(jī)高分子材料制備的固相非對(duì)稱膜。
膜的分類依據(jù)及分類:
1、膜材質(zhì)
⑴高分子有機(jī)膜材料:聚烯烴類、聚乙烯類、聚丙烯腈、聚砜類、芳香族聚酰胺、含氟聚合物等。有機(jī)膜成本相對(duì)較低,造價(jià)便宜,膜的制造工藝較為成熟,膜孔徑和形式也較為多樣,應(yīng)用廣泛,但運(yùn)行過(guò)程易污染、強(qiáng)度低、使用壽命短。
⑵無(wú)機(jī)膜:是固態(tài)膜的一種,是由無(wú)機(jī)材料,如金屬、金屬氧化物、陶瓷、多孔玻璃、沸石、無(wú)機(jī)高分子材料等制成的半透膜。
目前在MBR中使用的無(wú)機(jī)膜多為陶瓷膜。優(yōu)點(diǎn)是:它可以在pH=0~14、壓力P<10MPa、溫度<350 ℃的環(huán)境中使用,其通量高、能耗相對(duì)較低,在高濃度工業(yè)廢水處理中具有很大競(jìng)爭(zhēng)力;缺點(diǎn)是:造價(jià)昂貴、不耐堿、彈性小、膜的加工制備有一定困難。
2、膜孔徑
MBR 工藝中用膜一般為微濾膜(MF)和超濾膜(UF),大都采用0.1~0.4μm膜孔徑,這對(duì)于固液分離型的膜反應(yīng)器來(lái)說(shuō)已經(jīng)足夠。
微濾膜常用的聚合物材料有:聚碳酸酯、纖維素酯、聚偏二氟乙烯、聚砜、聚四氟乙烯、聚氯乙烯、聚醚酰亞胺、聚丙烯、聚醚醚酮、聚酰胺等。
超濾常用聚合物材料有:聚砜、聚醚砜(PES)、聚酰胺、聚丙烯腈(PAN)、聚偏氟乙烯、纖維素酯、聚醚醚酮、聚亞酰胺、聚醚酰胺等。
3、膜組件
為了便于工業(yè)化生產(chǎn)和安裝,提高膜的工作效率,在單位體積內(nèi)實(shí)現(xiàn)最大的膜面積,通常將膜以某種形式組裝在一個(gè)基本單元設(shè)備內(nèi),在一定的驅(qū)動(dòng)力下,完成混合液中各組分的分離,這類裝置稱為膜組件(Module)。
工業(yè)上常用的膜組件形式有五種:
板框式、螺旋卷式、圓管式、中空纖維式和毛細(xì)管式。前兩種使用平板膜,后三者使用管式膜。圓管式膜直徑>10mm;毛細(xì)管式0.5~10.0mm;中空纖維式<0.5mm。
附表:各種膜組件特性MBR 工藝中常用的膜組件形式有:板框式、圓管式、中空纖維式。
⑴板框式
MBR工藝最早應(yīng)用的一種膜組件形式,外形類似于普通的板框式壓濾機(jī)。
優(yōu)點(diǎn):制造組裝簡(jiǎn)單,操作方便,易于維護(hù)、清洗、更換。
缺點(diǎn):密封較復(fù)雜,壓力損失大,裝填密度小。
⑵圓管式
由膜和膜的支撐體構(gòu)成,有內(nèi)壓型和外壓型兩種運(yùn)行方式。實(shí)際中多采用內(nèi)壓型,即進(jìn)水從管內(nèi)流入,滲透液從管外流出。膜直徑在 6~24mm 之間。
優(yōu)點(diǎn):料液可以控制湍流流動(dòng),不易堵塞,易清洗,壓力損失小。
缺點(diǎn):裝填密度小
⑶中空纖維式
組裝形式如下圖所示:外徑一般為40~250μm,內(nèi)徑為25~42μm。在MBR中,常把組件直接放入反應(yīng)器中,不需耐壓容器,構(gòu)成浸沒(méi)式膜--生物反應(yīng)器。一般為外壓式膜組件。
⑷柱形中空纖維膜
優(yōu)點(diǎn):耐壓強(qiáng)度高,不易變形,不需支撐材料;裝填密度高;造價(jià)相對(duì)較低;壽命較長(zhǎng),可以采用物化性能穩(wěn)定,透水率低的尼龍中空纖維膜。
缺點(diǎn):對(duì)堵塞敏感,污染和濃差極化對(duì)膜的分離性能有很大影響。
(5)螺旋卷式
螺旋卷式簡(jiǎn)稱卷式,主要部件為多孔支撐材料,兩側(cè)是膜,三邊密封,開(kāi)放邊與一根多孔的中心產(chǎn)品水收集管密封連接,在膜袋外部的原水側(cè)墊一層網(wǎng)眼型間隔材料,把膜袋-隔網(wǎng)依次迭合,繞中心集水管緊密地卷起來(lái),形成一個(gè)膜卷,裝進(jìn)圓柱形壓力容器內(nèi),就制成了一個(gè)螺旋卷式膜組件。
優(yōu)點(diǎn):膜的裝填密度高;膜支撐結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單;濃差極化??;容易調(diào)整膜面流態(tài)。
缺點(diǎn):中心管處易泄漏;膜與支撐材料的粘結(jié)處膜易破裂而泄漏;膜的安裝和更換困難。
MBR膜組件設(shè)計(jì)的一般要求:
(1)對(duì)膜提供足夠的機(jī)械支撐,流道通暢,沒(méi)有流動(dòng)死角和靜水區(qū);
(2)能耗較低,盡量減少濃差極化,提高分離效率,減輕膜污染;
(3)盡可能高的裝填密度,安裝,清洗、更換方便;
(4)具有足夠的機(jī)械強(qiáng)度、化學(xué)和熱穩(wěn)定性。
膜組件的選用要綜合考慮其成本,裝填密度、應(yīng)用場(chǎng)合、系統(tǒng)流程、膜污染及清洗、使用壽命等。
五、應(yīng)用領(lǐng)域
進(jìn)入90年代中后期,膜--生物反應(yīng)器在國(guó)外已進(jìn)入了實(shí)際應(yīng)用階段。加拿大Zenon 公司首先推出了超濾管式膜--生物反應(yīng)器,并將其應(yīng)用于城市污水處理。為了節(jié)約能耗,該公司又開(kāi)發(fā)了浸入式中空纖維膜組件,其開(kāi)發(fā)出的膜--生物反應(yīng)器已應(yīng)用于美國(guó)、德國(guó)、法國(guó)和埃及等十多個(gè)地方,規(guī)模從380m3 /d至7600m3/d。日本三菱人造絲公司也是世界上浸入式中空纖維膜的知名提供商,其在MBR的應(yīng)用方面也積累了多年的經(jīng)驗(yàn),在日本以及其他國(guó)家建有多項(xiàng)實(shí)際MBR工程。日本Kubota公司是另一個(gè)在膜--生物反應(yīng)器實(shí)際應(yīng)用中具有競(jìng)爭(zhēng)力的公司,它所生產(chǎn)的板式膜具有流通量大、耐污染和工藝簡(jiǎn)單等特點(diǎn)。國(guó)內(nèi)一些研究者及企業(yè)也在MBR實(shí)用化方面進(jìn)行著嘗試。
現(xiàn)在,膜--生物反應(yīng)器已應(yīng)用于以下領(lǐng)域:
城市污水處理及建筑中水回用
1967年第一個(gè)采用MBR工藝的廢水處理廠由美國(guó)的Dorr-Oliver公司建成,這個(gè)處理廠處理14m3/d廢水。1977年,一套污水回用系統(tǒng)在日本的一幢高層建筑中得到實(shí)際應(yīng)用。1980年,日本建成了兩座處理能力分別為 10m3/d 和50m3/d的MBR處理廠。90年代中期,日本就有39座這樣的廠在運(yùn)行,最大處理能力可達(dá)500m3 /d,并且有100 多處的高樓采用MBR將污水處理后回用于中水道。1997年,英國(guó)Wessex公司在英國(guó)Porlock建立了當(dāng)時(shí)世界上最大的MBR系統(tǒng),日處理量達(dá)2000m3,1999年又在Dorset的Swanage建成了13000m3/d的MBR工廠。
1998年5月,清華大學(xué)進(jìn)行的一體式膜--生物反應(yīng)器中試系統(tǒng)通過(guò)了國(guó)家鑒定。2000年初,清華大學(xué)在北京市海淀鄉(xiāng)醫(yī)院建起了一套實(shí)用的MBR系統(tǒng),用以處理醫(yī)院廢水,該工程于2000年6月建成并投入使用,目前運(yùn)轉(zhuǎn)正常。2000 年 9 月,天津大學(xué)楊造燕教授及其領(lǐng)導(dǎo)的科研小組在天津新技術(shù)產(chǎn)業(yè)園區(qū)普辰大廈建成了一個(gè)MBR示范工程,該系統(tǒng)日處理污水25t,處理后的污水全部用于衛(wèi)生間的沖洗及綠地澆灑,占地面積為10平方米,處理每噸污水的能耗為0.7kW·h。
工業(yè)廢水處理
90年代以來(lái),MBR的處理對(duì)象不斷拓寬,除中水回用、糞便污水處理以外,MBR在工業(yè)廢水處理中的應(yīng)用也得到了廣泛關(guān)注,如處理食品工業(yè)廢水、水產(chǎn)加工廢水、養(yǎng)殖廢水、化妝品生產(chǎn)廢水、染料廢水、石油化工廢水,均獲得了良好的處理效果。90年代初,美國(guó)在Ohio建造了一套用于處理某汽車制造廠的工業(yè)廢水的MBR系統(tǒng),處理規(guī)模為151m3/d,該系統(tǒng)的有機(jī)負(fù)荷達(dá)6.3kgCOD/m3·d ,COD去除率為94%,絕大部分的油與油脂被降解。在荷蘭,一座脂肪提取加工廠采用傳統(tǒng)的氧化溝污水處理技術(shù)處理其生產(chǎn)廢水,由于生產(chǎn)規(guī)模的擴(kuò)大,結(jié)果導(dǎo)致污泥膨脹,污泥難以分離,最后采用Zenon的膜組件代替沉淀池,運(yùn)行效果良好。
微污染飲用水凈化
隨著氮肥與殺蟲(chóng)劑在農(nóng)業(yè)中的廣泛應(yīng)用,飲用水也不同程度受到污染。LyonnaisedesEaux公司在90年代中期開(kāi)發(fā)出同時(shí)具有生物脫氮、吸附殺蟲(chóng)劑、去除濁度功能的MBR工藝,1995 年該公司在法國(guó)的Douchy建成了日產(chǎn)飲用水400m3的工廠。出水中氮濃度低于0.1mgNO2/L,殺蟲(chóng)劑濃度低于0.02μg/L 。
糞便污水處理
糞便污水中有機(jī)物含量很高,傳統(tǒng)的反硝化處理方法要求有很高污泥濃度,固液分離不穩(wěn)定,影響了三級(jí)處理效果。MBR的出現(xiàn)很好地解決了這一問(wèn)題,并且使糞便污水不經(jīng)稀釋而直接處理成為可能。
日本已開(kāi)發(fā)出被稱之為NS系統(tǒng)的屎尿處理技術(shù),最核心部分是平板膜裝置與好氧高濃度活性污泥生物反應(yīng)器組合的系統(tǒng)。NS系統(tǒng)于1985年在日本琦玉縣越谷市建成,生產(chǎn)規(guī)模為10kL/d,1989年又先后在長(zhǎng)崎縣、熊本縣建成新的屎尿處理設(shè)施。NS系統(tǒng)中的平板膜每組約0.4m2共幾十組并列安裝,做成能自動(dòng)打開(kāi)的框架裝置,并能自動(dòng)沖洗。膜材料為截流分子量20000的聚砜超濾膜。反應(yīng)器內(nèi)污泥濃度保持在15000~18000mg/L范圍內(nèi)。到 1994 年,日本已有1200多套MBR系統(tǒng)用于處理4000多萬(wàn)人的糞便污水。
土地填埋場(chǎng)/肥滲濾液處理
土地填埋場(chǎng)/堆肥滲濾液含有高濃度的污染物,其水質(zhì)和水量隨氣候條件與操作運(yùn)行條件的變化而變化。MBR技術(shù)在1994年前就被多家污水處理廠用于該種污水的處理。通過(guò)MBR與RO技術(shù)的結(jié)合,不僅能去除SS、有機(jī)物和氮,而且能有效去除鹽類與重金屬。最近美國(guó)Envirogen公司開(kāi)發(fā)出一種MBR用于土地填埋場(chǎng)滲濾液的處理,并在新澤西建成一個(gè)日處理能力為40萬(wàn)加侖(約1500m3/d)的裝置,在2000年底投入運(yùn)行。該種MBR使用一種自然存在的混合菌來(lái)分解滲濾液中的烴和氯代化合物,其處理污染物的濃度為常規(guī)廢水處理裝置的50 ~ 100倍。能達(dá)到這一處理效果的原因是,MBR能夠保留高效細(xì)菌并使細(xì)菌濃度達(dá)到50000g/。在現(xiàn)場(chǎng)中試中,進(jìn)液COD為幾百至40000mg/L,污染物的去除率達(dá)90%以上。
六、發(fā)展前景和方向
(1)現(xiàn)有城市污水處理廠的更新升級(jí),特別是出水水質(zhì)難以達(dá)標(biāo)或處理流量劇增而占地面積無(wú)法擴(kuò)大的水廠。
(2)無(wú)排水管網(wǎng)系統(tǒng)的小區(qū),如居民點(diǎn)、旅游度假區(qū)、風(fēng)景區(qū)等。
(3)有污水回用需求的地區(qū)或場(chǎng)所,如賓館、洗車業(yè)、客機(jī)、流動(dòng)廁所等充分發(fā)揮MBR占地面積小、設(shè)備緊湊、自動(dòng)控制、靈活方便的特點(diǎn)。
(4)高濃度、有毒、難降解工業(yè)廢水處理。如造紙、制糖、酒精、皮革、合成脂肪酸等行業(yè),是一種普遍的點(diǎn)源污染。MBR 可以對(duì)這些常規(guī)處理工藝無(wú)法達(dá)標(biāo)的廢水進(jìn)行有效的處理,并實(shí)現(xiàn)回用。
(5)垃圾填埋廠滲濾液的處理及回用。
(6)小規(guī)模污水廠(站)的應(yīng)用。膜技術(shù)的特點(diǎn)十分適合處理小規(guī)模污水。
未來(lái)的研究重點(diǎn)
(1)膜污染的機(jī)理及防治。
(2)工藝流程形式及運(yùn)行條件的優(yōu)化。
(3)污泥產(chǎn)率與運(yùn)行條件的關(guān)系,以合理減少污泥產(chǎn)量,降低污泥處理費(fèi)用。
(4)反應(yīng)器內(nèi)微生物的代謝特性及其對(duì)出水水質(zhì)、污泥活性等的影響,從而確定適宜的微生物生長(zhǎng)及代謝條件。
(5)工藝經(jīng)濟(jì)性研究。在目前國(guó)內(nèi)經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平、膜產(chǎn)品供應(yīng)狀況和規(guī)范設(shè)計(jì)要求的條件下,MBR 用于污水處理的最大經(jīng)濟(jì)流量的確定。
(6)以節(jié)能、處理特殊水質(zhì)對(duì)象、兼具脫氮除磷、操作維護(hù)簡(jiǎn)便、可以長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行等為目標(biāo),開(kāi)發(fā)新型的膜生物反應(yīng)器。