膜生物反应器在污水处理中的实际应用.docx

1、膜生物反应器在污水处理中的实际应用膜生物反应器在污水处理中的实际应用【时间：2008-12-31】 【字体：大中小】 【打印】 【收藏】 【关闭】 膜生物反应器（MembraneBioreactor，简称MBR），是由膜分离和生物处理结合而成的一种新型、高效的污水处理技术。膜分离技术最早应用于微生物发酵工业，随着膜材料和制膜技术的发展，其应用领域不断扩大，已经涉及到化工、电子、轻工、纺织、冶金、食品、石油化工和污水处理等多个领域。1、MBR技术在国外污水处理中的研究及应用膜分离技术在污水处理中的应用开始于20世纪60年代末#1969年美国的Smith等人首次将活性污泥法与超滤膜组件相结合用于处

2、理城市污水的工艺研究，该工艺大胆地提出了用膜分离技术取代常规活性污泥法中的二沉池，利用膜具有高效截留的物理特性，使生物反应器内维持较高的污泥浓度，在F/M低比值下工作，这样就可以使有机物尽可能地得到氧化降解，提高了反应器的去除效率，这就是MBR的最初雏形。进入20世纪70年代，有关MBR的研究进一步深入开展#1970年，Hardt等人使用完全混合生物反应器与超滤膜组合工艺处理生活污水，获得了98%的COD去除率和100%去除细菌的结果。1971年，Bemberis等人在污水处理厂进行了MBR试验，取得了良好的试验结果。1978年，Bhattacharyya等人将超滤膜用于处理城市污水，获得了非

3、饮用回用水。1978年，Grethlein利用厌氧消化池与膜分离进行了处理生活污水的研究，BOD和TN的去除率分别为90%和75%.在这一时期，尽管各国学者对MBR工艺做了大量的研究工作，并获得了一定的研究成果，但是由于当时膜组件的种类很少，制膜工艺也不是十分成熟，膜的寿命通常很短，这就限制了MBR工艺长期稳定的运行，从而也就限制了MBR技术在实际工程中的推广应用。进入20世纪80年代以后，随着材料科学的发展与制膜水平的提高，推动了膜生物反应器技术的向前发展，MBR工艺也随之得到迅速发展。日本研究者根据本国国土狭小！地价高的特点对MBR技术进行了大力开发和研究，并在MBR技术的研究和开发上走在

4、了前列，使MBR技术开始走向实际应用。20世纪90年代以后，MBR技术得到了最为迅猛的发展，人们对MBR在生活污水处理！工业废水处理！饮用水处理等方面的应用都进行了研究，MBR已经进入实际应用阶段，并得到了快速的推广。20世纪的最后几年，人们围绕着膜生物反应器的关键问题进行了较多的研究，并取得了一些成果。有关膜生物反应器的研究从实验室小试！中试规模走向了生产性试验，应用MBR的中、小型污水处理厂也逐渐见诸报道。1998年初，欧洲第一座应用一体式膜生物反应器的生活污水处理厂在英国的Porlock建成运行，成为英国膜生物反应器技术的里程碑。本世纪初，人们对膜生物反应器的研究方兴未艾，使得该项技术正

5、在逐渐趋于成熟。2、MBR技术在国内污水处理中的研究及应用我国对膜生物反应器的研究虽然起步较晚，但发展速度很快。1991年，芩运华对膜生物反应器的应用进行了综述，介绍了MBR在日本的研究状况，这是我国学者对膜生物反应器做的较早的报道。随后，江成璋等人进行了中空纤维超滤膜在生物技术中的应用研究。1995年，樊耀波将MBR用于石油化工污水净化的研究，研制出一套实验室规模的好氧分离式MBR.从1995年以来，我国对膜生物反应器污水处理技术的研究工作开始全面展开，多家科研院所进行了此方面的研究，清华大学、哈尔滨工业大学、中国科学院生态环境研究中心、天津大学、同济大学等对膜生物反应器的运行特性、膜通量的

6、影响因素、膜污染的防止与清洗等方面做了大量细致的研究工作。2000年，顾平采用国产中空纤维膜对生活污水做了中试规模的MBR研究，结果表明：MBR工艺出水悬浮物为零，细菌总数优于饮用水标准，COD和氨氮的去除率都高于95%，出水可直接回用。2001年，张立秋等对一体式MBR处理生活污水的主要设计参数HRT、SRT等进行了理论推导，为实际工程设计提供了参考，并对膜堵塞机理进行了深入研究探讨，提出了膜内部生物堵塞的存在。虽然，我国在MBR技术的研究探讨方面取得了显著的成绩，但是同日本、英国、美国等国家相比，我国的研究试验水平还比较落后，由于国产膜组件的种类较少，膜质量较差，寿命通常较短，因此在实际应

7、用中存在一定的问题。虽然在我国膜生物反应器用于处理生活污水已有应用，但到目前为止，设计完善、运行良好的应用膜生物反应器的生活污水处理厂还未见报道。3、MBR工艺的分类膜生物反应器主要是由膜组件和生物反应器两部分组成#根据膜组件与生物反应器的组合方式可将膜生物反应器分为以下三种类型：分置式膜生物反应器、一体式膜生物反应器和复合式膜生物反应器。3.1分置式膜生物反应器分置式膜生物反应器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1所示。该工艺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，而且，膜组件置于生物

8、反应器之外，更易于清洗更换#但其动力消耗较大，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，每吨出水的能耗为210kWh，约是传统活性污泥法能耗的1020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。3.2一体式膜生物反应器一体式膜生物反应器起源于日本，主要用于处理生活污水，近年来，欧洲一些国家也热衷于它的研究和应用#一体式膜生物反应器是将膜组件直接安置在生物反应器内部，有时又称为淹没式膜生物反应器（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#一体式膜生物反应器工艺流程如图2所示。该工艺由于膜组件置于生物反应器之中，减少了处理

9、系统的占地面积，而且该工艺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膜生物反应器，每吨出水的动力消耗约是分置式的1/10.如果采用重力出水，则可完全节省这部分费用。但由于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。3.3复合式膜生物反应器复合式膜生物反应器也是将膜组件置于生物反应器之中，通过重力或负压出水，但生物反应器的型式不同#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。在复合式膜生物反应器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，

10、保证较高的膜通量。复合式膜生物反应器中，由于填料上附着生长着大量微生物，能够保证系统具有较高的处理效果并有抵抗冲击负荷的能力，同时又不会使反应器内悬浮污泥浓度过高，影响膜通量。4、MBR工艺的特点4.1对污染物的去除效率高MBR对悬浮固体（SS）浓度和浊度有着非常良好的去除效果。由于膜组件的膜孔径非常小（0.011m），可将生物反应器内全部的悬浮物和污泥都截留下来，其固液分离效果要远远好于二沉池，MBR对SS的去除率在99%以上，甚至达到100%；浊度的去除率也在90%以上，出水浊度与自来水相近。由于膜组件的高效截留作用，将全部的活性污泥都截留在反应器内，使得反应器内的污泥浓度可达到较高水平，

11、最高可达4050g/L.这样，就大大降低了生物反应器内的污泥负荷，提高了MBR对有机物的去除效率，对生活污水COD的平均去除率在94%以上，BOD的平均去除率在96%以上。同时，由于膜组件的分离作用，使得生物反应器中的水力停留时间（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（如硝化细菌）也能在反应器中生存下来，保证了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，对氨氮的去除率平均在98%以上，出水氨氮浓度低于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

12、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/O复合式MBR工艺，对TP的去除率可达70%以上。4.2具有较大的灵活性和实用性在城市污水或工业废水处理中，传统的处理工艺（格栅+沉砂池+初沉池+曝气池+二沉池+消毒池）流程较长，占地面积大，而出水水质又不能保证。而MBR工艺（筛网过滤+MBR）则因流程短、占地面积小！处理水量灵活等特点，而呈现出明显优势#MBR的出水量根据实际情况，只需增减膜组件的片数就可完

13、成产水量调整，非常简单、方便。对于传统的活性污泥法工艺中出现的污泥膨胀现象，MBR由于不用二沉池进行固液分离，可以轻松解决。这样，就大大减轻了管理操作的复杂程度，使优质！稳定的出水成为可能。同时，MBR工艺非常易于实现自动控制，提高了污水处理的自动化水平。4.3解决了剩余污泥处置难的问题剩余污泥的处置问题，是污水处理厂运行好坏的关键问题之一#MBR工艺中，污泥负荷非常低，反应器内营养物质相对缺乏，微生物处在内源呼吸区，污泥产率低，因而使得剩余污泥的产生量很少，SRT得到延长，排除的剩余污泥浓度大，可不用进行污泥浓缩，而直接进行脱水，这就大大节省了污泥处理的费用。有研究得出，在处理生活污水时，M

14、BR最佳的排泥时间在35d左右。由上述可知，MBR工艺所具有的优越性，是目前其他处理工艺无法比拟的#该工艺在城市污水或生活污水处理！高浓度有机废水、难降解有机废水以及中水回用等方面都具有广阔的应用前景。活性炭分类及其在水处理行业中的应用【时间：2008-12-31】 【字体：大中小】 【打印】 【收藏】 【关闭】 1、前言据统计，我国每年排出的工业废水约为8108m3，其中不仅含有氰化物等剧毒成分，而且含有铬、锌、镍等金属离子。废水的处理方法很多，主要有化学沉淀法、电解法和膜处理法等，本文介绍的是活性炭吸附法。活性炭的表面积巨大，有很高的物理吸附和化学吸附功能。因此活性炭吸附法被广泛应用在废水

15、处理中。而且具有效率高，效果好等特点。2、活性炭活性炭是一种经特殊处理的炭，具有无数细小孔隙，表面积巨大，每克活性炭的表面积为500-1500平方米。活性炭有很强的物理吸附和化学吸附功能，而且还具有解毒作用。解毒作用就是利用了其巨大的面积，将毒物吸附在活性炭的微孔中，从而阻止毒物的吸收。同时，活性炭能与多种化学物质结合，从而阻止这些物质的吸收。2.1活性炭的分类在生产中应用的活性炭种类有很多。一般制成粉末状或颗粒状。粉末状的活性炭吸附能力强，制备容易，价格较低，但再生困难，一般不能重复使用。颗粒状的活性炭价格较贵，但可再生后重复使用，并且使用时的劳动条件较好，操作管理方便。因此在水处理中较多采

16、用颗粒状活性炭.2.2活性炭吸附活性炭吸附是指利用活性炭的固体表面对水中的一种或多种物质的吸附作用，以达到净化水质的目的。2.3影响活性炭吸附的因素吸附能力和吸附速度是衡量吸附过程的主要指标.吸附能力的大小是用吸附量来衡量的。而吸附速度是指单位重量吸附剂在单位时间内所吸附的物质量。在水处理中，吸附速度决定了污水需要和吸附剂接触时间。活性炭的吸附能力与活性炭的孔隙大小和结构有关。一般来说，颗粒越小，孔隙扩散速度越快，活性炭的吸附能力就越强。污水的pH值和温度对活性炭的吸附也有影响。活性炭一般在酸性条件下比在碱性条件下有较高的吸附量.吸附反应通常是放热反应，因此温度低对吸附反应有利。当然，活性炭的

17、吸附能力与污水浓度有关。在一定的温度下，活性炭的吸附量随被吸附物质平衡浓度的提高而提高。3、活性炭在污水处理中的应用由于活性炭对水的预处理要求高，而且活性炭的价格昂贵，因此在废水处理中，活性炭主要用来去除废水中的微量污染物，以达到深度净化的目的。3.1活性炭处理含铬废水铬是电镀中用量较大的一种金属原料，在废水中六价铬随pH值的不同分别以不同的形式存在。活性炭有非常发达的微孔结构和较高的比表面积，具有极强的物理吸附能力，能有效地吸附废水中的Cr（）.活性炭的表面存在大量的含氧基团如羟基（-OH）、羧基（-COOH）等，它们都有静电吸附功能，对Cr（）产生化学吸附作用。完全可以用于处理电镀废水中的

18、Cr（），吸附后的废水可达到国家排放标准.试验表明：溶液中Cr（）质量浓度为50mg/L，pH=3，吸附时间1.5h时，活性炭的吸附性能和Cr（）的去除率均达到最佳效果.因此，利用活性炭处理含铬废水的过程是活性炭对溶液中Cr（）的物理吸附、化学吸附、化学还原等综合作用的结果。活性炭处理含铬废水，吸附性能稳定，处理效率高，操作费用低，有一定的社会效益和经济效益。3.2活性炭处理含氰废水在工业生产中，金银的湿法提取、化学纤维的生产、炼焦、合成氨、电镀、煤气生产等行业均使用氰化物或副产氰化物，因而在生产过程中必然要排放一定数量的含氰废水。活性炭用于净化废水已有相当长的历史，应用于处理含氰废水的文献报

19、道也越来越多.但由于CN_、HCN在活性炭上的吸附容量小，一般为3mgCN/gAC8mgCN/gAC（因品种而异，在处理成本上不合算。3.3活性炭处理含汞废水活性炭有吸附汞和含汞化合物的性能，但吸附能力有限，只适宜于处理含汞量低的废水。如果含汞的浓度较高，可以先用化学沉淀法处理，处理后含汞约1mg/L，高时可达2-3mg/L，然后再用活性炭做进一步的处理。3.4活性炭处理含酚废水含酚废水广泛来源于石油化工厂、树脂厂、焦化厂和炼油化工厂。经实验证明：活性炭对苯酚的吸附性能好，温度升高不利于吸附，使吸附容量减小；但升高温度达到吸附平衡的时间缩短。活性炭的用量和吸附时间存在最佳值，在酸性和中性条件下

20、，去除率变化不大；强碱性条件下，苯酚去除率急剧下降，碱性越强，吸附效果越差。3.5活性炭处理含甲醇废水活性炭可以吸附甲醇，但吸附能力不强，只适宜于处理含甲醇量低的废水。工程运行结果表明，可将混合液的COD从40mg/L降至12mg/L以下，对甲醇的去除率达到93.16%100%，其出水水质可以满足回用到锅炉脱盐水系统进水的水质要求.3.6炼油厂的深度处理炼油厂含油废水，经隔油，气浮和生物处理后，在经砂滤和活性炭过滤深度处理。废水的含酚量从0.1mg/L（经生物处理后）降至0.005mg/L，氰从0.19mg/L降至0.048mg/L，COD从85mg/L降至18mg/L.4、前景随着科学技术的

21、进步和废水处理的特殊要求，活性炭的研究从本身的孔结构和比表面积逐步发展到研究表面官能团对活性炭吸附性能的影响。例如，活性炭纤维（简称ACF）近年来在处理废水方面受到了科研工作者的重视，它的直径一般为520m，其制备原理与传统的活性炭制备相同，即将纤维状碳在800以上用水蒸气或二氧化碳活化处理。纤维状活性炭的孔隙结构以微孔为主，中孔很少，几乎没有大孔，比表面积可达2500m2/g.具有吸附和脱附速率决，吸附容量大，导电性高等特点。实验表明，ACF对苯酚的吸附容量为248mg/g，吸附饱和后经多次再生吸附容量几乎不变，吸附性能比活性炭好。室温时，在酸性或中性条件下，向100mL浓度为282mg/L

22、的含酚模拟废水投加活性炭纤维0.5g，恒温振荡30min，苯酚去除率可达91%.最近，人们发现活性炭不仅有吸附特性，同时表现出催化特性，由此而发展起来的催化氧化法日益受到重视，其研究也在不断深化。为了提高处理效率，从研究催化氧化机理出发，改变活性炭的表面结构，提高活性炭的能力，寻找理想的吸附剂。5、结语当前中国使用活性炭吸附法处理废水的方法处于初始发展阶段。一些有关的理论和技术还不够成熟。而且，在我国，目前活性炭的供应比较紧张，再生设备少，再生费用高，限制了活性炭的广泛使用。不同应用需要不同功能的活性炭。原有的活性炭产品不能满足新的要求，因而不断开发新的活性炭产品就显得十分重要。所以，它需要专

23、业工作者的积极参与和政府的鼎力支持，采取多学科交叉与融合的研究方法，使活性炭处理废水技术向着更加科学美好的方向发展。活性污泥处理重金属废水分析研究进展【时间：2008-12-31】 【字体：大中小】 【打印】 【收藏】 【关闭】 传统上处理重金属废水的方法主要是物理化学法，如吸附法、离子交换法、化学沉淀法、膜分离法、氧化还原法等，但这些方法都具有二次污染严重，处理成本高等问题。近年来人们开始为重金属废水的处理寻找新的方法。过去人们普遍认为活性污泥法不宜用来处理重金属废水，因为重金属废水中有机物质较少，而且重金属对污泥中的微生物有很强的毒害作用。但近年的研究结果表明，通过改造现行的活性污泥法可以

24、处理重金属废水。活性污泥法处理重金属废水主要是利用活性污泥中的细菌、原生动物等微生物与悬浮物质、胶体物质混杂形成的具有很强吸附分解能力的污泥颗粒来完成的。目前研究主要集中在活性污泥对重金属吸附能力以及活性污泥处理重金属废水的机理等方面。本文旨在通过对活性污泥处理重金属废水的工艺现状及其机理的分析，提出一些能提高活性污泥处理能力的切实可行的途径，为该方法的进一步研究和推广应用提供参考。1活性污泥对重金属废水的处理不同的活性污泥体系对重金属的去除效果和机理都不尽相同，选择一个适应范围广、抵抗重金属能力强的污泥体系是当前研究的重点之一。1.1不同类型活性污泥的处理效果活性污泥可分为厌氧污泥和好氧污泥

25、。好氧污泥主要利用生物絮凝和细菌分泌的胞外聚合物吸附螯合重金属，因为好氧污泥含有的胞外聚合物和所带负电荷均高于厌氧污泥，所以好氧污泥比厌氧污泥更易形成絮凝体，去除水中的重金属。厌氧污泥主要利用细菌分解产物沉淀重金属。本人对好氧污泥和厌氧污泥处理含铬废水进行了比较，通过两个月对污泥的驯化，厌氧污泥可以处理Cr()的质量浓度为600mgL的废水，而好氧污泥只能达到100mgL左右，这主要是因为厌氧条件下，Cr()被细菌产生的强还原性物质硫化氢还原成Cr()，Cr()以氢氧化物的形式从水中沉淀去除，而在好氧条件下，污泥中的氧化还原电位高，Cr()不易被还原。此外，不同类型的污泥吸附重金属的效果也不尽

26、相同。EBux等，对剩余活性污泥和消化污泥吸附锌作了对比研究。当处理锌的质量浓度为1200mgL的废水时，剩余活性污泥与消化污泥各自的最大吸附量为22.65和16.8mgg，剩余污泥吸附锌的能力要强于消化污泥，同时随着锌浓度的提高剩余污泥的吸附总量也提高了，这是因为剩余污泥比消化污泥具有更高电负性。1.2活性污泥对不同重金属的去除效果不同重金属对活性污泥的毒害机制是不同的，这就决定了活性污泥对其去除效果的差异性。1.2.1锌BWAtkinson等研究了剩余活性污泥处理电镀废水，该电镀废水中主要含有110mgL锌，同时还含有少量的Cu2+，Cd2+，Ni2+，Cr3+和Cr6+户，其研究结果表明

27、活性污泥对锌的去除率高达96，其他金属平均去除率均为80以上。马晓航等，研究了用SRB(硫酸盐还原菌)处理含锌废水的活性污泥床工艺及影响运行的主要因素，该工艺可在进水COD和锌的质量浓度分别为320mgL与100mgL时有效运行，有机物和Zn2+的去除率分别达到73.8和99.63。在水力滞留时间降至6h时，Zn2+的去除率仍可达94.55。进水Zn2+的质量浓度低于500mgL时装置可以稳定运行，而当质量浓度达到600mgL时，硫酸盐还原菌受到Zn2+的明显毒害，去除效果显著降低。1.2.2铅王士龙等利用活性污泥对含铅废水进行了研究。结果表明，当废水pH值控制在4-9范围内，(Pb2+)小于

28、100mgL，铅与活性污泥的质量比为1：300时，铅的去除率均在99以上，而其它酸度范围去除率均较低。1.2.3铬王士龙等7还利用活性污泥处理含铬废水，当Cr()在20mgL以内的电镀废水，pH值控制在310之间时；其去除率达到95以上。Song等研究了硫酸盐还原菌处理含铬废水的能力。在厌氧条件下，硫酸盐还原菌可以还原130mgLCr()，同时还可降解废水中的硫酸盐。当前的研究情况表明，活性污泥几乎可以应用到所有重金属废水的处理中，其中以培养含有SRB的厌氧活性污泥最具有发展潜力，这与其能同时处理多种重金属和硫酸根的特点有关。2活性污泥法处理重金属的机理活性污泥处理重金属废水机理很复杂，通常认

29、为活性污泥对重金属的作用包括沉淀，吸附和胞内吸附等。2.1重金属的沉淀机理重金属的沉淀主要是利用污泥中微生物新陈代谢产物与重金属离子直接生成难溶性的沉淀，或将重金属还原后再生成难溶性的沉淀，从而达到从水相去除的目的。用SRB处理重金属废水是近年发展很快的方法。其原理是利用SRB在厌氧条件下产生的H2S和废水中的重金属反应，生成金属硫化物沉淀以去除重金属离子。Van等研究以蔗糖作为有机源，利用SRB还原硫酸根，去除重金属铜，铅等重金属离子，从而提出以下的反应过程：产酸菌将复杂有机物质分解生成氢和简单有机酸，如丙酸、乙酸等。SRB利用氢作为电子供体将硫酸根还原成负二价硫。负二价硫与重金属离子生成难溶于水的金属硫化物。当前对利用氢作为电子供体的SRB的研究比较多，但对其它类型SRB的研究则相对较少。加上影响SRB对硫酸根作用的因素众多，这就使对SBR处理重金属机制的研究变得复杂和艰难。目前研究还仅限于对单一菌种，多种细菌共存的体系还未见报道。研究多种细菌共存对处理效果影响以及其作用机制将是下一步研究的重点。2.2重金属的吸附机理重金属的吸附是通过利用微生物本身结构或其分泌物和代谢产物来实现的，如动胶菌、蓝细菌等能够产生胞外聚合物(ECP)，如多糖、糖蛋白、脂多糖等。革兰氏