膜生物反应器处理废水的研究及应用

河　北　工　业　科　技

第21卷　第1期　第41页HEBEI JOURNAL OF INDUSTRIAL Vol.21　No.1　P.41总第83期 2004年SCIENCE&TECHNOLO GY Sum83 2004

文章编号:100821534(2004)0120041204

膜生物反应器处理废水的研究及应用

陈旭东1,杨景亮2,李再兴3,罗亚田1,叶　莉2,李朝霞3

(11武汉理工大学资源与环境工程学院,湖北武汉　430070;21河北科技大学环境科学与工程学院,河北石家庄　050018;31石家庄市排水总公司,河北石家庄　050021)

摘　要:膜生物反应器将生物处理与膜分离技术相结合,是一种高效的废水处理新技术。在城市污水处理、中水回用、工业废水处理等方面的研究及应用实践表明,膜生物反应器具有常规废水处理工艺无法比拟的优势。根据国内外的研究及应用现状介绍了膜生物反应器的类型、特点及在废水处理中的应用,并对其在废水处理与回用中的应用前景进行了展望。

关键词:膜生物反应器;污水处理;膜分离技术;生物处理

中图分类号:X70311 文献标识码:A

膜生物反应器(MBR)最先用于酶制剂工业生产中,1966年美国Dorr2oliver公司将活性污泥法和超滤工艺相结合用于生活污水的处理。20世纪70年代后期,日本对膜分离技术在废水处理中的应用进行了开发和研究,并先后研制了7类污水的MBR处理系统。1991年岑运华[1]介绍了MBR在日本的研究情况,此后国内多家研究单位对MBR 进行了广泛研究。MBR将膜过滤技术和生物技术相结合,改善了生物反应器的效能。随着制膜技术的不断发展、膜性能的逐步改善,MBR的研究开发越来越受到人们的重视。

1　膜生物反应器的分类

MBR由生物反应器和膜分离组件构成。根据膜组件设置的位置不同,MBR可分为分置式和一体式2种。图1(a)为分置式MBR,采用错流式膜组件,即过滤液体平行于膜表面与滤液交错流动,产生的剪切力或湍流减轻了悬浮物在膜表面的沉积。该反应器运行稳定可靠,操作管理简单,但污泥回流动力消耗较大,回流泵的剪切作用

收稿日期:2003207229;修回日期:2003208221

责任编辑:王士敏

作者简介:陈旭东(19772),男,河北张家口市人,硕士生,主要从事环境工程方面的研究。会对微生物的活性产生一定影响。图1(b)为一体式MBR,也称浸没式MBR,膜组件置于生物反应器内,滤液由泵吸出,设在膜组件下方的曝气装置除具有充氧功能外,造成的强烈搅拌作用减轻了混合液中悬浮物在膜表面的吸着。与分置式MBR相比,一体式MBR能耗小,结构紧凑,

体积小。

(a)

分置式膜生物反应器

(b)一体式膜生物反应器

图1　分离膜生物反应器工艺流程图

Fig.1　The schematic diagram of separation

membrane bioreactor

MBR所用的膜及膜组件种类较多。根据膜孔孔径不同,膜可分为微滤膜、超滤膜、纳滤膜和反渗透膜,其中以微滤膜、超滤膜应用较多。根据制膜材料不同,分为有机膜和无机膜,有机膜有聚烯烃类膜、纤维素衍生类膜、聚酯类膜、聚砜类膜等,无机膜常见的为陶瓷膜。根据膜组件形式不同,膜组件可分为平板式、管式、螺旋式、中空纤维式等。

2　膜生物反应器的特点

211　良好的净化效果

膜组件良好的固液分离效果,使MBR可保持较高的生物量和较长的污泥龄,因此具有较强的生化降解能力。利用MBR处理城市污水,处理后出水中COD,BOD5,浊度,细菌等指标均达到或优于《城市污水再生利用　城市杂用水水质》(G B/T18920-2002)标准,可直接作为中水回用的水源。邢传宏、李红兵等[2～5]分别采用MBR 工艺处理生活污水,COD,N H32N和浊度的去除率均可达到90%以上。笔者采用一体式MBR处理生活污水,当COD运行负荷为018～313kg/ (m3?d)时,COD去除率均大于91%。研究结果发现,膜组件对污泥、细菌和有机物均有良好的截留效果。

Kwang2Ho CHOO等[6]采用厌氧MBR工艺处理酒精废水,废水的ρ(COD)高达34900mg/ L,处理后降至1600～2800mg/L。何义亮等[7]采用厌氧MBR工艺处理高浓度食品废水,当COD 负荷为2～3kg/(m3?d)时,COD去除率可达80%～90%,SS,色度和细菌的去除率分别可达100%,98%和9919%。鲍建国等[8]采用好氧MBR工艺处理含油废水,COD,SS,动植物油的去除率可稳定在85%以上。

212　污泥浓度高,耐冲击负荷

膜的截留作用可使生物反应器内微生物得以富集,在生活污水处理中,MBR一般可使ML SS 的质量浓度维持在10～20g/L,在不排泥的情况下反应器中污泥的质量浓度可高达40～50g/ L[9]。李红兵等[3]用MBR处理生活污水,混合液ML SS的质量的浓度为10g/L,在水力停留时间分别为115,5175h时,COD容积负荷分别为5176,1kg/(m3?d),COD去除率均达到90%以上。吴志超等[10]采用好氧MBR处理巴西基酸生产废水,混合液ML SS的质量浓度为30g/L,当COD容积负荷在112～418kg/(m3?d)时,出水COD的质量浓度变化不大。MBR中较高的微生物浓度,提高了反应器的处理能力,并可承受较高的冲击负荷。笔者采用MBR处理生活污水,运行负荷由2105kg/(m3?d)增至4146kg/(m3?d), COD去除率仍高达97.5%。

2.3　污泥产率低

活性污泥法是城市污水和工业废水处理中应用最广泛的生物处理方法。但活性污泥法剩余污泥量大,其处置费用占污水处理厂总运行费用的25%～40%[11],是制约污水处理厂能否正常运行的因素之一。提高MBR中微生物浓度,可降低F/M,增长污泥龄[12],减少污泥产生量。杨造燕等[13]根据维持微生物基本生命活动的物质转化概念和细胞(污泥)产生的平衡理论,证实了MBR 无剩余污泥排放的可能性。

但笔者在研究中发现,反应器在不排泥的情况下运行,随着时间的增长,污泥的质量浓度增加,但污泥活性ρ(VSS)/ρ(SS)有所降低,其原因主要是进水带入的无机颗粒成分在MBR中造成积累所致。再考虑到污泥的质量浓度增大对膜组件透水率的影响,认为定期排泥使MBR维持一适宜的污泥浓度是必要的。

2.4　污泥停留时间长,难降解有机物净化效率高

传统的活性污泥处理系统水力停留时间(HR T)与污泥龄(SR T)难以分别控制,而膜的高效截留作用可使微生物较完全地截留在生物反应器内,系统可在HR T很短而SR T很长的工况下运行,实现反应器HR T与SR T的分离,使反应器运行控制更加灵活、稳定。污泥停留时间较长,有利于微生物的培养驯化,提高废水中难降解有机物的净化效率。采用MBR与超滤工艺处理含油废水的对比试验表明[14],MBR对油类污染物的去除率可达99.9%。

对于世代时间长、增殖较慢的微生物,膜的截留作用为其生长繁殖创造了有利的条件。Tatsu2 ki Ueda[15],Ick2Yae Yeam[16]等分别采用间歇曝气MBR工艺处理生活污水,总氮的去除率达83%。张军等[17]对一体式MBR硝化特征的研究表明:N H32N的去除率高达97%。

3　膜生物反应器在废水处理中的应用

24河　北　工　业　科　技 第21卷　

目前,国内外报道较多的是将MBR应用于生活污水的处理并将净化后的水作冲厕、洗车、空调冷却水和绿化用水等。MBR工艺流程简单,占地少,运行稳定,净化效率高。因此,20世纪80年代后在日本MBR被广泛的应用于高层建筑的水再生系统[18]。近年来,在国内一些城市也将其作为示范工程应用于生活污水处理及回用[19,20],《建筑中水设计规范》(G B50336—2002)中将其列为宜采用的处理工艺之一。

在工业废水处理方面,采用MBR处理食品工业废水、玉米加工废水、制药废水、牛奶厂废水、石油化工废水、染料废水等,均获得了良好的处理效果。Messrs的Meyerton玉米加工厂采用厌氧消化超滤(ADU F)膜生物反应器处理玉米加工废水,COD去除率达到97%,膜透过液中COD的质量浓度可降低到100mg/L以下[21]。20世纪90年代初美国通用汽车公司采用外置错流管式超滤膜生物反应器处理工业和生活混合废水,系统出水COD和BOD5的质量浓度分别低于400mg/L 和10mg/L[22]。丁杭军等[23]用一体式好氧中空纤维膜生物反应器处理医院污水,对COD,氨氮,浊度的平均去除率分别为80%,93%,83%,出水水质良好。

4　结束语

随着水污染的日益严重、水资源的短缺, MBR作为一种新型、高效的废水处理技术,在水污染控制和水资源化方面受到广泛的重视,且具有广阔的应用前景。为使其成为该领域的最佳实用技术,在现有研究成果的基础上,应进一步对MBR放大设计及其运行控制优化开展研究,以使其整体技术日趋完善。

参考文献:

[1]　岑运华.膜生物反应器在污水处理中的应用[J].水处理技

术,1991,17(5):3192323.

[2]　邢传宏,钱　易,TARDIEU E.无机膜2生物反应器处理生

活污水试验研究[J].环境科学,1997,18(3):124.

[3]　李红兵,顾国维,谢维民.中空纤维膜生物反应器处理生活

污水的特性[J].环境科学,1999,20(2):53256.

[4]　杨　磊,王　栋,张静姝.超滤膜生物反应器处理生活污水

的试验研究[J].膜科学与技术,1999,19(3):29231.

[5]　顾　平,姜立群,杨造燕.中空膜生物床处理生活污水的中

试研究[J].中国给水排水,2000,16(3):528.

[6]　CHOO K2H,L EE C2H.Hydrodynamic Behavior of Anaerobic

Biosolids during Crossflow Filtration in the Membrane Anaero2 bic Bioreactor[J].Wat Res,1998,32(11):338723397. [7]　何义亮,吴志超,李春杰,等.厌氧膜生物反应器处理高浓

度商品废水的应用[J].环境科学,1999,20(6):53255. [8]　鲍建国,王建功.微孔膜生物反应器处理含油污水[J].中

国给水排水,2002,18(2):74276.

[9]　MULL ER E B.Aerobic Domestic Waste Water Treatment in

a Pilot Plant with Complete Sludge Retention by Crossflow Fil2

tration[J].Wat Res,1995,29(4):117921189.

[10]　吴志超,王士芬,高廷耀.巴西基酸生产废水膜生物工艺

处理试验研究[J].中国环境科学,1999,19(2):1652168.

[11]　魏源送,樊耀波.废水处理中污泥减量技术的应用研究

[J].中国给水排水,2001,17(7):23226.

[12]　CHAIZE S.Membrane Bioreactor on Domestic Waste2water

Treatment Sludge Production and Modeling Approach[J].

Wat Sci Tech,1991,23:1591216001

[13]　杨造燕,匡志花,顾　平,等.膜生物反应器无剩余污泥排

放的研究[J].城市环境与城市生态,1999,12(1):16218.

[14]　SCHOL Z W,FUCHS W.Treatment of Oil Contaminated

Wastewater in a Membrane Bioreactor[J].Wat Res,2000,

34(14):362123629.

[15]　U EDA T,HATA K.Domestic Wastewater Treatment by a

Submerged Membrane Bioreactor with Gravitational Filtra2

tion[J].Wat Res,1999,33(12):288822892.

[16]　YEOM I2T,NAH Y2M,AHN K2H.Treatment of Household

Wastewater Using an Intermittently Aerated Membrane

Bioreactor[J].Desalination,1999,124:1932204.

[17]　张　军,王宝贞,张立秋,等.复合淹没式膜生物反应器脱

氮除磷效能研究[J].中国给水排水,2000,16(9):9211. [18]　黄　霞,桂　萍,范晓军,等.膜生物反应器废水处理工艺

的研究进展[J].环境科学研究,1998,11(1):40244. [19]　顾国维,何义亮.膜生物反应器———在污水处理中的研究

和应用[M].北京:化学工业出版社,200213672369. [20]　刘　锐,黄　霞,陈吕军,等.一体式膜2生物反应器处理洗

浴污水[J].中国给水排水,2001,17(1):528.

[21]　ROSS W R.Practical Application of the ADU F Process to

the Full2scall Treatment of a Maize2processing Effluent[J].

Wat Sci Tech,1992,26(105):27229.

[22]　ROBERTS J A,SU TTON P M,MISHRA P N.Application

of the Membrane Biological Reactor System for Combined

Sanitary and Industrial Wastewater Treatment[J].Interna2

tional Biodeterioration&Biodegradation,2000,46:37242. [23]　丁杭军,文湘华,黄　霞,等.一体式膜2生物反应器处理医

院污水[J].中国给水排水,2001,17(9):125.

34

　第1期 陈旭东等　膜生物反应器处理废水的研究及应用

Study and Application on Membrane Bioreactor

for Wastewater Treatment

CHEN Xu2dong1,YAN G Jing2liang2,L I Zai2xing2,L UO Ya2tian1,YE Li2,L I Zhao2xia3

(1.College of Resource and Environmental Engineering,Wuhan University of Technology,Wuhan Hubei430070,China;2. College of Environmental Science and Engineering,Hebei University of Science and Technology,Shijiazhang Hebei050018, China;3.Shijiazhuang Drainage Corporation,Shijiazhuang Hebei050021,China)

Abstract:The membrane bioreactor is a new efficient wastewater tretment technolo gy developed recently which combined bio2 logical treatment with membrane se paration processes.It was proved by many researches and practical applications of MBR in municipal wastewater treatment,building domestic wastewater reuse,and industry wastewater treatment that MBR possesses have many advantages that the conventional method cannot match.The types,characteristics,and applications in wastewter treatment of MBR were introduced in this paper,and its application was prospected.

K ey w ords:membrane bioreactor;wastewater treatment;membrane se paration technology;biological treatment technology (上接第19页)

业,提高农业产业化水平,在积极做好已有产业进一步建设的同时,重点加强无公害蔬菜、奶牛养殖和鲜奶生产等等面向省会市场的产业的迅速发展。对于第二产业,鹿泉市所具有的自然资源优势、劳动力资源优势以及区位优势仍有很大潜力可挖,在今后的发展中仍将发挥出主导作用;今后要重点改造建材、冶金等传统产业,大力发展乳品加工业等新兴产业,积极培育和发展高新技术产业,争做省会的科技成果转化基地,同时还要加快发展本市的建筑业。对于第三产业,今后鹿泉市应当在积极发展批零贸易、餐饮业、邮电通讯、金融保险业的同时,突出发展现代物流业、旅游业和房地产业,并加快培育信息、咨询等新型产业,从而提高鹿泉市第三产业的整体结构水平。

参考文献:

[1]　于春田,李　杰.区域经济发展规划研究[J].改革与理论,

2003,(7):22224.

[2]　张崇甫,陈述云,胡希铃.统计分析方法及其应用[M].重

庆:重庆大学出版社,1995.

Gray Incidence Analysis on the Development Status

of Regional Industrial Structure

L I Jie,YU Chun2tian

(College of Economics and Management,Hebei University of Science and Technology,Shijiazhuang Hebei050018,China)

Abstract:The level of industrial structure regulates and embodies the development level of regional economy.The research on the development status of industrial structure has great value in the development of regional economy for the future.The paper analyzes the development status of industrial structure in Luquan city by gray incidence analysis.The results of analysis reflect: the tertiary industry brings into important play in Luquan’s economy;the primary industry does not stay in the leading place.S o Luquan city should make sufficient use of regional advantages based on the existing industries,promote the healthy,fast develop2 ment of regional economy.

K ey w ords:industrial structure;gray incidence analysis;Luquan

44河　北　工　业　科　技 第21卷