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1·2 MBR膜及膜組件型式
根據膜組件的作用, MBR通常包括三種類型[6,10]:固液分離、膜曝氣和萃取。經過三十多年的探索改進,MBR由最初的好氧分置式固液分離MBR發展到目前的多種型式,但就目前的研究和應用現狀而言,固液分離MBR在水工業市場占絕對優勢。按照膜組件是否位于生物反應器內,固液分離MBR系統可分為兩種基本型式:一體式(或浸沒式)和分置式(或外置式)。一體式MBR的出現,大幅度降低了處理系統的能耗和占地面積,在城市污水處理廠具有較強的競爭力;分置式MBR的污泥濃度高、水力停留時間長,比較適合處理難生物降解、高有機濃度以及有毒的污水,因而在工業廢水處理中應用較多。除上述兩種基本型式之外,根據不同的分類條件,固液分離MBR的其他型式見表1。MBR常用的膜組件,按其構造類型可分為中空纖維膜、平板膜和管式膜;按膜組件的孔徑可分為微濾、超濾和納濾,其中以中空纖維式微濾和超濾膜在水處理工程中應用最多。
1·3 膜組件性能及膜污染控制技術研究
1·3·1 材料技術、制膜技術的改進
膜組件是MBR的核心,其性能優劣直接關系到MBR的應用前景。為增強膜的抗污染性能,研究人員經過不懈的努力,陸續開發出聚偏氟乙烯、聚乙烯、聚丙烯腈、聚醚砜、陶瓷、聚丙烯等多種材料。膜材料研究取得進步的同時,制膜技術也在不斷融合當前快速發展的科學技術,進一步提高了膜組件的性能.然而,水處理的主要對象為有機污染物,有機膜表面的憎水性決定了膜污染的不可避免性,對此,研究人員嘗試已經將有機膜表面由憎水性改為親水性,明顯延緩了膜污染
1·3·2 反應器操作條件與構造的優化
MBR是一個各部分緊密聯系的統一體,通過調整操作條件或改變反應器的內部結構,可以降低反應料液中的顆粒物在膜表面或膜孔內的沉積速率,在運行過程中能夠有效地防止膜污染。
1)控制膜的工作通量低于臨界通量,能降低顆粒物在膜面或膜孔內的沉積速率,從而延長膜的過濾周期[25-26]。
2)設置MBR為間歇出水方式,保證MBR在每個出水循環周期的閑置期間吹脫掉膜表面的污染物,有助于減緩膜污染。
3)采用強化通量維護(Enhanced Flux Mainte-nance,EFM)技術,嚴格控制氧化劑或堿液的濃度以及使用量,使其既能清除膜內部的污染物,又不會對生物反應器內污泥的活性產生不利影響。
4)向MBR內曝氣,形成的氣液兩相流能及時吹脫粘附在膜表面的部分污染物,從而降低膜污染速率。
5)在MBR內形成內循環,或者改變反應器的構造強制進行內循環,能夠相對增加膜表面的錯流曝氣強度,延緩膜污染[27-29]。
1·3·3 改善污泥的可過濾性
膜組件良好的固液分離性能易造成有機污染物在MBR的積累,導致混合液COD是膜出水COD的幾倍甚至十幾倍,從而使膜污染速率急劇增加。對此,通常采取一定的措施來改善混合液的可過濾性。
1)向反應器內投加粉末活性炭(PAC)并維持一定的濃度,除降低混合液的COD外,PAC還能與活性污泥混合附著在膜表面,改善濾餅層的結構,減小過濾阻力
2)向反應器中間歇投加混凝劑,在不影響微生物活性的前提下,可降低有機物在混合液內的累積,有利于維持膜通量的恒定
3)在反應器內培養顆粒污泥,既可以提高MBR對有機污染物的去除效果,又能夠減少活性污泥對膜組件的污染。
4)投加膜性能增效劑(membrane performanceenhancer,MPE),能顯著改善污泥的可過濾性、延緩過膜壓力的增長[33],甚至還可以提高膜的臨界通量并改善微生物的活性[34]。
1·3·4 膜組件的清洗
MBR運行過程中,當膜污染達到一定程度時,需要采用物理或化學清洗的方法才能恢復膜通量。對膜組件進行在線或離線清洗,可及時去除膜表面的污染物,延長膜的使用壽命,從而降低膜的折舊費用,這對提高人們對MBR認可程度至關重要。
