污水處理
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摘要：目前，越來越多的國家將mbr用于生活污水和工業(yè)廢水的處理。
關(guān)鍵詞：膜生物反應(yīng)器mbr預(yù)處理膜污染
1mbr應(yīng)用情況
目前，越來越多的國家將mbr用于生活污水和工業(yè)廢水的處理。表1中列出了一些發(fā)達(dá)國家近年來mbr的應(yīng)用情況。
在歐洲大部分國家由于國土面積小，地面水體因徑流距離較短而導(dǎo)致其自凈能力差、生態(tài)系統(tǒng)脆弱、易受污染。mbr由于其占地面積小和出水水質(zhì)優(yōu)良，在歐洲受到了相當(dāng)程度的重視，有許多污水處理廠都運(yùn)用mbr工藝進(jìn)行了中試規(guī)模的污水處理研究，并計劃進(jìn)行工業(yè)規(guī)模的應(yīng)用。
荷蘭在處理能力為240m3/d的中試取得成功以后，正在建造處理能力為18000m3/d的mbr污水處理廠，并計劃從2003年開始建造處理能力為(6～24)×104m3/d的mbr污水處理廠。
德國已經(jīng)建成5家大規(guī)模使用mbr的污水處理廠，累計處理能力為21000m3/d；另有兩家污水廠已在規(guī)劃中，其中一家位于kaarst的污水處理廠設(shè)計服務(wù)人口為8萬人，使用膜面積總計為88000m2，預(yù)算為4600萬德國馬克，建成后將是世界上最大的使用mbr的污水處理廠。
美國和加拿大已有許多投入運(yùn)行的mbr污水處理廠取得了較好的效果。
日本對于mbr的使用較為普遍，主要是用于小區(qū)污水的處理與回用及工業(yè)(如食品、飲料制造業(yè))廢水處理。
荷蘭xflow公司開發(fā)的mbr在生活污水和食品、林業(yè)、造紙等工業(yè)廢水處理中得到了廣泛的應(yīng)用［9］，工業(yè)廢水累計處理流量為245m3/h，其中一家規(guī)模最大的生活污水處理廠的處理能力為1100m3/h。
2mbr的優(yōu)勢與改進(jìn)
2.1mbr的優(yōu)勢
mbr與傳統(tǒng)工藝相比有以下明顯優(yōu)勢［1］：
①由于取消了二沉池及將污泥濃度提高了2～5倍，減小了占地面積。
②出水水質(zhì)好，可直接回用。出水中ss低于檢測限；耐熱大腸桿菌被完全除去，噬菌體數(shù)量比傳統(tǒng)工藝出水低100～1000倍；對于重金屬的去除很明顯(尤其是cu、hg、pb、zn等)，但其去除率取決于金屬離子與污泥吸附的程度；有毒的微污染物(如殺蟲劑、多環(huán)芳烴等)幾乎全部吸附在污泥上，因此可與ss同時被去除。
③生物處理單元中污泥濃度高、泥齡長，對有機(jī)物的去除率高。
④對于氮、磷污染物有較高的去除率，出水可滿足tp＜0.15mg/l、tn＜2.2mg/l的環(huán)境最大容忍限度(maximumtolerablerisk，mtr)。
⑤污泥產(chǎn)量少，降低了對剩余污泥處置的費(fèi)用，但mbr污泥的絮體較小且粘度較高。也有試驗發(fā)現(xiàn)，mbr污泥的濃縮性能和脫水性能與傳統(tǒng)工藝產(chǎn)生的污泥并無大的差異。
2.2存在的問題及改進(jìn)措施
mbr在顯示出許多傳統(tǒng)工藝無法比擬的優(yōu)點時，也暴露出一些尚需改進(jìn)的地方，這是研究人員關(guān)注的焦點。
2.2.1預(yù)處理工藝
荷蘭的bentem［10］等人在進(jìn)行處理能力為10m3/h的mbr中試研究時，對4種不同的格柵進(jìn)行了對比試驗，柵孔的尺寸為0.25～0.75mm。試驗發(fā)現(xiàn)，對原水進(jìn)行預(yù)處理后，原水中的ss可去除30%～60%，這樣可以改變原水成分，從而改善后續(xù)工藝的處理效果，減輕膜污染，減小剩余污泥產(chǎn)量并改善污泥性狀。隨著ss的去除，cod也有10%～15%的去除。通過中試，bentem等人認(rèn)為在使用mbr處理污水時，采用格柵進(jìn)行預(yù)處理是非常必要的。
2.2.2膜污染與清洗
膜工藝的一大缺點是膜在運(yùn)行一段時間以后會因為膜受到污染而導(dǎo)致膜通量的降低，如何減緩膜污染進(jìn)程從而維持膜通量是應(yīng)用膜工藝時所面臨的一大挑戰(zhàn)。
英國學(xué)者［11］認(rèn)為主要有三大因素影響膜污染(見圖1)，即膜本身的性質(zhì)、活性污泥的性質(zhì)和mbr的運(yùn)行條件三者相互影響。膜材質(zhì)決定了膜的親水性和膜孔隙率，膜孔的尺寸則會影響過膜壓差(transmembranepressure，tmp)的大小；反應(yīng)器的構(gòu)造與錯流的速率(crossflowvelocity，cfv)將影響到活性污泥中胞外聚合物(extracellularpolymericsubstances，eps)的生成、污泥絮體結(jié)構(gòu)和大小以及溶解物的性質(zhì)；mbr中的hrt/srt則直接影響到污泥的濃度和eps的形成與生長。
荷蘭研究者［10］在試驗中發(fā)現(xiàn)，導(dǎo)致膜污染的最重要因素是濾餅層的形成，而原水中的雜質(zhì)、污泥的性質(zhì)、mbr的水力學(xué)特性以及膜清洗等因素都會影響濾餅層的形成及性質(zhì)。為了防止濾餅層的形成，以下幾點非常重要：
①選擇透水量衰減速度低的膜，并且控制膜通量；
②減少mbr中的短流區(qū)，避免過高的裝填度；
③選擇合理的膜工作通量；
④使污泥絮體顆粒盡量大，此時濾餅層有較好的透水性；
⑤保持生物相的良好生長，防止eps和絲狀菌大量產(chǎn)生。
在已經(jīng)出現(xiàn)了較厚的濾餅層后，可通過下列方法加以去除：
①保持mbr中流體的高度紊動，但注意不要使污泥絮體破碎，否則會影響膜的透水性；
②采用變強(qiáng)度曝氣可使污泥層破碎，高錯流速度有助于控制濾餅層；
③水力反洗可有效去除濾餅層，但只在反洗頻率高時才有效；
④采用間歇出水方式可有效控制濾餅層的形成。
試驗中還發(fā)現(xiàn)，化學(xué)清洗可改善生物污染的狀況，但在用naclo對膜進(jìn)行化學(xué)清洗時會導(dǎo)致出水中可提取的有機(jī)鹵化物（extractableorganichalogens，eox）濃度升高，所以當(dāng)需要頻繁化學(xué)清洗時應(yīng)引起重視。
2.2.3mbr中的氧傳遞率
在用于處理污水的mbr中通常都維持較高的mlss(8～12g/l)濃度［7］，這易導(dǎo)致氧傳遞率的降低，從而使運(yùn)行能耗變大。傳遞層特性、氣泡大小和氣泡在混合液中的平均停留時間都會影響到氧傳遞率，而后兩項與混合液的粘性關(guān)系密切，mbr中混合和曝氣的效果以及污泥濃度都會影響混合液的粘性。活性污泥中eps的生成會增加混合液的粘性，并且使活性污泥的憎水性增強(qiáng)。活性污泥中絲狀菌的生長導(dǎo)致污泥膨脹從而使混合液粘性增加，此外絲狀菌的新陳代謝還會產(chǎn)生憎水物質(zhì)，其中可溶性微生物代謝產(chǎn)物(solublemicrobialproducts，smp)還會導(dǎo)致膜的污染。
要保持較高的氧傳遞率和降低能耗應(yīng)從兩方面出發(fā)：一是合理選擇曝氣及混合裝置，使混合液有較高的紊動；二是調(diào)節(jié)運(yùn)行參數(shù)，使生物相保持良好的生長狀態(tài)。
2.2.4污泥濃度的控制
由于mbr可徹底地將污泥與出水分離，從而保證了優(yōu)良的出水水質(zhì)與較高的污泥濃度。因污泥濃度較高，而原水性質(zhì)與傳統(tǒng)工藝相比不會有太大的差異，從而使得mbr中的f/m較低。
renzevanhouten等人［12］認(rèn)為較低的f/m，一方面可以使產(chǎn)生的剩余污泥量減少而降低了處置剩余污泥的費(fèi)用，但另一方面使得污泥齡變長。較長的污泥齡有利于世代期較長的細(xì)菌生長(如硝化菌)，但過長的污泥齡會使微生物產(chǎn)生出smp。若大分子的smp被截留在mbr中一方面會污染膜，另一方面smp會吸附在氣—水兩相的界面上導(dǎo)致氧傳遞率的降低，而小分子的smp則會穿過膜進(jìn)入出水，導(dǎo)致出水水質(zhì)變差。
低f/m還會使mbr中產(chǎn)生eps，使混合液的粘度升高，從而導(dǎo)致污泥的脫水性能變差，膜過濾阻力變大。
所以，雖然較高的污泥濃度能有效減小mbr的體積，但過高的污泥濃度對于mbr正常運(yùn)行是不利的，在運(yùn)行mbr時應(yīng)控制適當(dāng)?shù)奈勰酀舛取?/p>
3結(jié)論
綜上所述，mbr在污水處理領(lǐng)域已成為倍受矚目的新工藝，并且得到了廣泛的應(yīng)用。在我國的能源、土地資源和水資源日益緊張而水體污染又非常嚴(yán)重的情況下，可以預(yù)計它將有非常廣闊的開發(fā)和應(yīng)用前景。
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