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2023-06-22
污水处理中的应用：膜生物反应器
【摘要】：目前主要有三种形式的膜生物反应器：即分置式、一体式和复合式。分置式膜生物反应器的工艺流程如图6-24所示。图6-26复合MBR工艺流程示意图在复合式MBR.中安装填料的目的有两个：一是提高处理系统的抗冲击负荷，保证系统的处理效果；二是降低反应器中悬浮性活性污泥浓度，减小膜污染的程度，保证较高的膜通量。世界上约66%的MBR应用工程分布在日本，其余主要分布在北美和欧洲，我国的膜生物反应器也开始有很多的工程应用。
近年来，水处理专家将膜滤技术引入到废水生物处理系统中，开发了一种新型高效的水处理系统，即膜生物反应器（MBR），它是膜组件与生物反应器相结合的一个生化反应系统，具有固液分离效果好、基建费用低、处理效率高、抗冲击负荷能力较强、出水水质好以及工艺流程简单、结构紧凑、运行管理简单方便、易于实现自动控制等一系列优点。目前主要有三种形式的膜生物反应器：即分置式、一体式和复合式。
1.分置式MBR
分置式MBR是指膜组件与生物反应器分开设置，相对独立，膜组件与生物反应器通过泵与管路相连接。分置式膜生物反应器的工艺流程如图6-24所示。
图6-24 分置式MBR工艺流程示意图
分置式MBR，有时也称为错流式MBR，还有的资料称为横向流MBR，通常都采用加压型过滤。加压泵从生物反应器抽水，压入膜组件中，膜滤后水排出系统，浓缩液回流至生物反应器。分置式膜生物反应器具有如下特点：膜组件和生物反应器各自分开，独立运行，因而相互干扰较小，易于调节控制；膜组件置于生物反应器之外，更易于清洗更换；膜组件在有压条件下工作，膜通量较大，且加压泵产生的工作压力在膜组件承受压力范围内可以进行调节，从而可根据需要增加膜的透水率；分置式膜生物反应器的动力消耗较大，但加压泵提供较高的压力，造成膜表面高速错流，延缓膜污染，这是其动力费用大的原因；生物反应器中的活性污泥始终都在加压泵的作用下进行循环，由于叶轮的高速旋转而产生的剪切力会使某些微生物菌体产生失活现象；分置式膜生物反应器和另外两种膜生物反应器相比，结构稍复杂，占地面积也稍大。
目前，已经规模化应用的膜生物反应器大多采为分置式，但其动力费用过高，每吨出水的能耗为2～10kWh，约是传统活性污泥法能耗的10～20倍，因此能耗较低的一体式膜生物反应器的研究逐渐得到了人们的重视。
2.一体式MBR
一体式MBR.是将膜组件直接安置在生物反应器内部，有时又称为淹没式MBR（SMBR），依靠重力或水泵抽吸产生的负压或真空泵作为出水动力。一体式MBR工艺流程如图6-25所示。
图6-25 一体式MBR工艺流程示意图
一体式MBR的主要特点有：膜组件置于生物反应器之中，减少了处理系统的占地面积；用抽吸泵或真空泵抽吸出水，动力消耗费用远远低于分置式MBR，资料表明一体式MBR每吨出水的动力消耗为0.2～0.4kWh，约是分置式的1/10。如果采用重力出水，则可完全节省这部分费用；一体式MBR不使用加压泵，因此可避免微生物菌体受到剪切而失活；膜组件浸没在生物反应器的混合液中，污染较快，而且清洗起来较为麻烦，需要将膜组件从反应器中取出；一体式MBR的膜通量低于分置式的。
为了有效防止一体式MBR的膜污染问题，人们研究了许多方法：在膜组件下方进行高强度的曝气，靠空气和水流的搅动来延缓膜污染；有时在反应器内设置中空轴，通过它的旋转带动轴上的膜也随之转动，在膜表面形成错流，防止其污染。
3.复合式MBR
复合式MBR从形式上看，也属于一体式MBR，也是将膜组件置于生物反应器之中，通过重力或负压出水，所不同的是生物反应器的形式。复合式MBR，是在生物反应器中安装填料，形成复合式处理系统，其工艺流程图如图6-26所示。
图6-26 复合MBR工艺流程示意图
在复合式MBR.中安装填料的目的有两个：一是提高处理系统的抗冲击负荷，保证系统的处理效果；二是降低反应器中悬浮性活性污泥浓度，减小膜污染的程度，保证较高的膜通量。
20世纪90年代以后MBR在国外已有应用实例。加拿大Zenon公司开发的膜生物反应器已在美国、德国、法国等国家应用，规模从380m3/d到7600m3/d。日本的MBR发展最快，早在1983～1987年，日本就有13家公司采用MBR工艺来处理大楼废水和粪便废水，处理后的水可作为非饮用水回用。世界上约66%的MBR应用工程分布在日本，其余主要分布在北美和欧洲，我国的膜生物反应器也开始有很多的工程应用。
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