一、 MBR 膜工藝的組成
膜 - 生物反應器主要由膜分離組件及生物反應器兩部分組成。
通常提到的膜 - 生物反應器實際上是三類反應器的總稱:
① 曝氣膜 - 生物反應器 (Aeration Membrane Bioreactor, AMBR) ;
② 萃取膜 - 生物反應器( Extractive Membrane Bioreactor, EMBR );
③ 固液分離型膜 - 生物反應器( Solid/Liquid Separation Membrane Bioreactor, SLSMBR, 簡稱 MBR )。
二、曝氣膜 - 生物反應器
曝氣膜 - 生物反應器最早見于 Cote.P 等 1988 年報道,采用透氣性致密膜(如硅橡膠膜)或微孔膜(如疏水性聚合膜),以板式或中空纖維式組件,在保持氣體分壓低于泡點( Bubble Point )情況下,可實現(xiàn)向生物反應器的無泡曝氣。該工藝的特點是提高了接觸時間和傳氧效率,有利于曝氣工藝的控制,不受傳統(tǒng)曝氣中氣泡大小和停留時間的因素的影響。
三、萃取膜 - 生物反應器
萃取膜 - 生物反應器 又稱為 EMBR ( Extractive Membrane Bioreactor )。因為高酸堿度或?qū)ι镉卸疚镔|(zhì)的存在,某些工業(yè)廢水不宜采用與微生物直接接觸的方法處理;當廢水中含揮發(fā)性有毒物質(zhì)時,若采用傳統(tǒng)的好氧生物處理過程,污染物容易隨曝氣氣流揮發(fā),發(fā)生氣提現(xiàn)象,不僅處理效果很不穩(wěn)定,還會造成大氣污染。為了解決這些技術(shù)難題,英國學者 Livingston 研究開發(fā)了 EMB 。廢水與活性污泥被膜隔開來,廢水在膜內(nèi)流動,而含某種專性細菌的活性污泥在膜外流動,廢水與微生物不直接接觸,有機污染物可以選擇性透過膜被另一側(cè)的微生物降解。由于萃取膜兩側(cè)的生物反應器單元和廢水循環(huán)單元是各自獨立,各單元水流相互影響不大,生物反應器中營養(yǎng)物質(zhì)和微生物生存條件不受廢水水質(zhì)的影響,使水處理效果穩(wěn)定。系統(tǒng)的運行條件如 HRT 和 SRT 可分別控制在最優(yōu)的范圍,維持最大的污染物降解速率。
四、固液分離型膜 - 生物反應器
固液分離型膜 - 生物反應器是在水處理領(lǐng)域中研究得最為廣泛深入的一類膜 - 生物反應器,是一種用膜分離過程取代傳統(tǒng)活性污泥法中二次沉淀池的水處理技術(shù)。在傳統(tǒng)的廢水生物處理技術(shù)中,泥水分離是在二沉池中靠重力作用完成的,其分離效率依賴于活性污泥的沉降性能,沉降性越好,泥水分離效率越高。而污泥的沉降性取決于曝氣池的運行狀況,改善污泥沉降性必須嚴格控制曝氣池的操作條件,這限制了該方法的適用范圍。由于二沉池固液分離的要求,曝氣池的污泥不能維持較高濃度,一般在 1.5~3.5g/L 左右,從而限制了生化反應速率。水力停留時間( HRT )與污泥齡( SRT )相互依賴,提高容積負荷與降低污泥負荷往往形成矛盾。系統(tǒng)在運行過程中還產(chǎn)生了大量的剩余污泥,其處置費用占污水處理廠運行費用的 25% ~ 40% 。傳統(tǒng)活性污泥處理系統(tǒng)還容易出現(xiàn)污泥膨脹現(xiàn)象,出水中含有懸浮固體,出水水質(zhì)惡化。針對上述問題, MBR 將分離工程中的膜分離技術(shù)與傳統(tǒng)廢水生物處理技術(shù)有機結(jié)合,大大提高了固液分離效率,并且由于曝氣池中活性污泥濃度的增大和污泥中特效菌 ( 特別是優(yōu)勢菌群 ) 的出現(xiàn),提高了生化反應速率。同時,通過降低 F/M 比減少剩余污泥產(chǎn)生量(甚至為零),從而基本解決了傳統(tǒng)活性污泥法存在的許多突出問題。