MBR污水處理一體化裝置
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膜-生物反應(yīng)器的技術(shù)原理與特點(diǎn)
在膜-生物反應(yīng)器中，由于用膜組件代替?zhèn)鹘y(tǒng)活性污泥工藝中的二沉池，可以進(jìn)行的固液分離，克服了傳統(tǒng)活性污泥工藝中出水水質(zhì)不夠穩(wěn)定、污泥容易膨脹等不足，從而具有下列優(yōu)點(diǎn)：
(1)能地進(jìn)行固液分離，出水水質(zhì)良好且穩(wěn)定，可以直接回用；
(2)由于膜的截留作用，可使微生物*截留在生物反應(yīng)器內(nèi)，實(shí)現(xiàn)反應(yīng)器水力停留時(shí)間（HRT）和污泥齡（SRT）的*分離，使運(yùn)行控制更加靈活穩(wěn)定；
(3)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?。?br />(4)有利于增殖緩慢的微生物如硝化細(xì)菌的截留和生長(zhǎng)，系統(tǒng)硝化效率得以提高。也可增長(zhǎng)一些難降解有機(jī)物在系統(tǒng)中的水力停留時(shí)間，有效地將分解難降解有機(jī)物的微生物滯留在反應(yīng)器內(nèi)，有利于難降解有機(jī)物降解效率的提高；
(5)膜-生物反應(yīng)器一般都在高容積負(fù)荷、低污泥負(fù)荷下運(yùn)行，剩余污泥產(chǎn)量低，降低了污泥處理費(fèi)用；
(6)易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制，操作管理方便。
但膜-生物反應(yīng)器也存在一些不足：(1)在運(yùn)行過(guò)程中，膜易受到污染，產(chǎn)水量降低，給操作管理也帶來(lái)不便。這是目前廣大研究者致力改進(jìn)的問(wèn)題；(2)膜的制造成本較高。但隨著膜制造技術(shù)的不斷進(jìn)步，其成本可望降低。
水解（酸化）-好氧處理系統(tǒng)中的水解（酸化）段的目的，對(duì)于城市污水是將原水中的非溶解態(tài)有機(jī)物截留并逐步轉(zhuǎn)變?yōu)槿芙鈶B(tài)有機(jī)物；對(duì)于工業(yè)廢水處理，主要是將其中難生物降解物質(zhì)轉(zhuǎn)變?yōu)橐咨锝到馕镔|(zhì)，提高廢水的可生化性，以利于后續(xù)的好氧生物處理。水解工藝的開(kāi)發(fā)過(guò)程是從低濃度城市污水開(kāi)始的，與高濃度廢水的厭氧消化中的水解、酸化過(guò)程是不同的。在連續(xù)厭氧過(guò)程中水解、酸化的目的是為混合厭氧消化過(guò)程中的甲烷化階段提供基質(zhì)。而兩相厭氧消化中的產(chǎn)酸段（產(chǎn)酸相）是將混合厭氧消化中的產(chǎn)酸段和產(chǎn)甲烷段分開(kāi)，以便形成各自的*環(huán)境。因此，盡管水解（酸化）-好氧處理工藝中的水解（酸化）段、兩相法厭氧發(fā)酵工藝中的產(chǎn)酸相和混合厭氧消化工藝中的產(chǎn)酸過(guò)程均產(chǎn)生有機(jī)酸，但是由于三者的處理目的的不同，各自的運(yùn)行環(huán)境和條件有著明顯的差異，主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。
（1）氧化還原電位（Eh）不同
在混合厭氧消化系統(tǒng)中，由于完成水解、酸化的微生物和產(chǎn)甲烷微生物共處于同一個(gè)反應(yīng)器中，整個(gè)反應(yīng)器的氧化還原電位（Eh）的控制必須首先滿(mǎn)足對(duì)Eh要求嚴(yán)格的甲烷菌，一般為300mV以下，因此，系統(tǒng)中的水解（酸化）微生物也是在這一電位值下工作的。而兩相厭氧消化系統(tǒng)中，產(chǎn)酸相的氧化還原電位一般控制在-300—-100mV之間。水解（酸化）-好氧處理工藝中的水解（酸化）段為一典型的兼性過(guò)程，只要Eh控制在0mV左右，該過(guò)程即可孫里進(jìn)行。
（2）pH值不同
在厭氧消化系統(tǒng)中，消化液的pH值控制在甲烷菌生長(zhǎng)的*pH值范圍，一般為6.8-7.2。在兩相厭氧消化系統(tǒng)中，產(chǎn)酸相的pH值一般控制在6.0-6.5之間，在酸化反應(yīng)器pH值降低時(shí)，丙酸的相對(duì)含量增大，而丙酸對(duì)后續(xù)的甲烷相中的產(chǎn)甲烷菌將產(chǎn)生強(qiáng)烈的抑制作用。對(duì)于水解（酸化）-好氧處理系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，由于濃度低不存在酸的抑制問(wèn)題，因此，可以不控制pH值的范圍，一般pH在6.5-7.5之間。
（3）溫度不同
三種工藝對(duì)溫度的控制也不同，通常厭氧消化系統(tǒng)以及兩相厭氧消化系統(tǒng)的溫度均嚴(yán)格控制，要么中溫消化（30-35℃），要么高溫消化（50-55℃）。而水解處理工藝對(duì)溫度無(wú)特殊要求，通常在常溫下運(yùn)行，也可獲得較為滿(mǎn)意的水解（酸化效果）。
由于反應(yīng)條件不同，三種工藝系統(tǒng)種優(yōu)勢(shì)菌群也不相同。在厭氧消化系統(tǒng)種，由于嚴(yán)格地控制在厭氧條件下，系統(tǒng)中的優(yōu)勢(shì)菌群為專(zhuān)性厭氧菌，因此完成水解（酸化）的微生物主要為厭氧微生物。水解（酸化）工藝控制在兼性條件下，系統(tǒng)中的優(yōu)勢(shì)菌群也是厭氧微生物，但以兼性微生物為主，完成水解（酸化）過(guò)程的微生物相應(yīng)也主要為厭氧（兼性）菌。對(duì)于兩相厭氧消化系統(tǒng)中的產(chǎn)酸相，微生物的優(yōu)勢(shì)菌群隨控制的氧化還原電位不同而變化。當(dāng)控制的電位較低時(shí)，完成水解、產(chǎn)酸的微生物主要為厭氧菌；當(dāng)控制的電位較高時(shí)，則完成水解、產(chǎn)酸的微生物主要為兼性菌。
厭氧消化系統(tǒng)的啟動(dòng)主要是培養(yǎng)消化污泥，消化污泥培養(yǎng)正常的一個(gè)主要標(biāo)志是產(chǎn)酸菌與甲烷菌數(shù)量上的動(dòng)態(tài)平衡。產(chǎn)酸菌繁殖速度快，對(duì)環(huán)境條件要求較低，極易大量培養(yǎng)繁殖，而甲烷菌很脆弱，對(duì)環(huán)境條件要求高，初期培養(yǎng)較困難，因此，試運(yùn)行中生物培養(yǎng)的主要目標(biāo)是甲烷菌的培養(yǎng)。一般來(lái)說(shuō)，甲烷菌培養(yǎng)良好時(shí)，產(chǎn)酸菌必然良好，但產(chǎn)酸菌的過(guò)度繁殖，不利于甲烷菌的培養(yǎng)，有時(shí)甚至不可能培養(yǎng)起來(lái)。
向消化池內(nèi)投入消化種污泥，種污泥可以取自其他處理廠，如無(wú)條件，可從廢坑塘種取部分腐爛的污物或污泥投入消化池作為種污泥。向消化池內(nèi)逐步投入生污泥，使消化污泥自行逐漸形成。此法培養(yǎng)時(shí)間較長(zhǎng)，一般需2－3個(gè)月才能將消化污泥培養(yǎng)正常。
在培養(yǎng)消化污泥時(shí)，必須控制有機(jī)物的投配負(fù)荷，投配負(fù)荷太高，會(huì)導(dǎo)致?lián)]發(fā)性脂肪酸的大量積累，使酸衰退階段時(shí)間太長(zhǎng)，從而大大延長(zhǎng)培養(yǎng)時(shí)間。一般有兩種控制方法：一是降低投泥的濃度；二是用初沉出水或二沉出水注滿(mǎn)消化池，稀釋投入的污泥。
1、厭氧濾池的啟動(dòng)
厭氧濾池的啟動(dòng)即完成反應(yīng)器內(nèi)污泥的增殖與馴化，通過(guò)形成生物膜和細(xì)胞聚集體
使污泥達(dá)到預(yù)定的濃度和活性，從而使反應(yīng)器可在設(shè)計(jì)負(fù)荷下正常運(yùn)行。通?？刹捎靡延械奈鬯幚韽S的消化污泥作為接種污泥，污泥在投加前可與部分原水混合，在反應(yīng)器仲停留3－5d，然后開(kāi)始連續(xù)進(jìn)水。開(kāi)始時(shí)，COD負(fù)荷應(yīng)低于1.0kg/(m3·d)。對(duì)于高濃度的廢水要進(jìn)行適當(dāng)?shù)南♂專(zhuān)⒃趩?dòng)過(guò)程中逐漸減少稀釋倍數(shù)，增加負(fù)荷。當(dāng)廢水中可生物降解的COD去除率達(dá)到80％左右時(shí)，即可按設(shè)計(jì)負(fù)荷連續(xù)運(yùn)行了。
MBR工藝的特點(diǎn)
與許多傳統(tǒng)的生物水處理工藝相比， MBR 具有以下主要特點(diǎn)：
1 出水水質(zhì)穩(wěn)定
由于膜的分離作用，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*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)省; 該工藝流程簡(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*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*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。
7 膜-生物反應(yīng)器的不足
膜-生物反應(yīng)器也存在一些不足。主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：
1膜造價(jià)高，使膜 - 生物反應(yīng)器的基建投資高于傳統(tǒng)污水處理工藝;
2 膜污染容易出現(xiàn)，給操作管理帶來(lái)不便;
3 能耗高：首先 MBR 泥水分離過(guò)程必須保持一定的膜驅(qū)動(dòng)壓力，其次是 MBR 池中 MLSS 濃度非常高，要保持足夠的傳氧速率，必須加大曝氣強(qiáng)度，還有為了加大膜通量、減輕膜污染，必須增大流速，沖刷膜表面，造成 MBR 的能耗要比傳統(tǒng)的生物處理工藝高。
MBR污水處理一體化裝置影響MBR應(yīng)用的關(guān)鍵因素研究
由于膜通量的提高、膜壽命的延長(zhǎng)會(huì)大幅度降低MBR的運(yùn)行費(fèi)用，因此，在保證出水水質(zhì)的前提下，膜通量應(yīng)盡可能大，這樣可減少膜的使用面積，降低基建費(fèi)用與運(yùn)行費(fèi)用。因此控制膜污染，保持較高的膜通量，是MBR研究的重要內(nèi)容。而膜通量與膜材料、操作方式、水力條件等因素密切相關(guān)。
膜的選擇
現(xiàn)有膜可分為有機(jī)膜和無(wú)機(jī)膜兩種。
(1)高分子有機(jī)膜材料： 聚烯烴類(lèi)、聚乙烯類(lèi)、聚丙烯腈、聚砜類(lèi)、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。
(2)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。
由于較高的投資成本限制了無(wú)機(jī)膜生物反應(yīng)器在我國(guó)的廣泛應(yīng)用，國(guó)內(nèi)MBR系統(tǒng)普遍采用有機(jī)膜。常用的膜材料為聚乙烯、聚丙烯等。分離式MBR通常采用超濾膜組件，截留分子量一般在2～30萬(wàn)。截留分子量越大，初始膜通量越大，但長(zhǎng)期運(yùn)行膜通量未必越大。張洪宇進(jìn)行無(wú)機(jī)膜的通量衰減試驗(yàn)表明：孔徑0.2μm的膜比0.8μm的膜更適合于MBR。何義亮用PES平板膜組件進(jìn)行膜通量衰減規(guī)律的研究發(fā)現(xiàn)：在該試驗(yàn)條件下，膜初始通量衰減主要是由于濃差極化引起，膜截留分子量愈小，通量衰減率愈大;膜長(zhǎng)期運(yùn)行的通量衰減主要是由于膜污染引起，膜截留分子量愈大，通量衰減幅度愈大，化學(xué)清洗恢復(fù)率愈低。
對(duì)于淹沒(méi)式MBR，既可用超濾膜，也可使用微濾膜。由于膜表面的凝膠層也起到了過(guò)濾作用，在處理生活污水時(shí)，微濾膜與超濾膜的出水水質(zhì)沒(méi)有明顯差別，因此淹沒(méi)式MBR多采用0.1～0.4 μm微濾膜。
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)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(lèi)裝置稱(chēng)為膜組件。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> 。
生物膜的培養(yǎng)及馴化
生物氧化池中采用自然培菌法培養(yǎng)生物膜。培菌時(shí), 先向氧化池內(nèi)注入生活污水至填料上表面, 再向氧化池內(nèi)加入10m3 過(guò)濾后的糞便水, 開(kāi)啟羅茨鼓風(fēng)機(jī)對(duì)氧化池進(jìn)行悶曝。經(jīng)過(guò)一個(gè)星期的悶曝氣后, 填料上開(kāi)始出現(xiàn)黏稠狀的生物膜。接下來(lái)打開(kāi)氧化池的進(jìn)水閥門(mén), 連續(xù)向氧化池內(nèi)進(jìn)水, 進(jìn)水量由2m3、4 m3、6 m3 逐步增大。連續(xù)進(jìn)水時(shí)經(jīng)常觀察氧化池內(nèi)水面的顏色、懸浮物含量、曝氣及氣泡等情況。水溫在20 ~ 25# 時(shí), 經(jīng)過(guò)30~ 50 d 左右的培養(yǎng), 可完成氧化池內(nèi)的生物膜培養(yǎng), 此時(shí)氧化池處理水量可達(dá)到設(shè)計(jì)處理量( 1#、2#生物氧化池單池設(shè)計(jì)處理量為30 m3 /h, 3#、4#、5#生物氧化池單池設(shè)計(jì)處理量為40 m3 /h)。
如果要縮短生物膜的培養(yǎng)時(shí)間, 可用本站其他生物氧化池底的沉積污泥作為菌種進(jìn)行接種培菌。培菌時(shí)先向氧化池內(nèi)注入10~ 20 m3 其他氧化池內(nèi)的沉積污泥作為菌種, 再向氧化池內(nèi)注入10~ 15 m3 過(guò)濾后的糞便水, 使氧化池在高BOD5 負(fù)荷下掛膜。繼續(xù)向氧化池內(nèi)添加生活污水至填料以上 20 cm 左右, 進(jìn)行悶曝, 悶曝時(shí)間為2 d。悶曝2后開(kāi)始小水量進(jìn)水, 進(jìn)水量從小逐步加大到設(shè)計(jì)處理量。采用接種培菌, 一般在14~ 20 d 左右就能完成氧化池內(nèi)生物膜的培養(yǎng)。
水力停留時(shí)間對(duì)運(yùn)行效果的影響。
