MBR污水處理一體化裝置

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膜-生物反應器的技術原理與特點
在膜-生物反應器中，由于用膜組件代替傳統活性污泥工藝中的二沉池，可以進行的固液分離，克服了傳統活性污泥工藝中出水水質不夠穩定、污泥容易膨脹等不足，從而具有下列優點：
(1)能地進行固液分離，出水水質良好且穩定，可以直接回用；
(2)由于膜的截留作用，可使微生物*截留在生物反應器內，實現反應器水力停留時間（HRT）和污泥齡（SRT）的*分離，使運行控制更加靈活穩定；
(3)生物反應器內能維持高濃度的微生物量，處理裝置容積負荷高，占地面積省；
(4)有利于增殖緩慢的微生物如硝化細菌的截留和生長，系統硝化效率得以提高。也可增長一些難降解有機物在系統中的水力停留時間，有效地將分解難降解有機物的微生物滯留在反應器內，有利于難降解有機物降解效率的提高；
(5)膜-生物反應器一般都在高容積負荷、低污泥負荷下運行，剩余污泥產量低，降低了污泥處理費用；
(6)易于實現自動控制，操作管理方便。
但膜-生物反應器也存在一些不足：(1)在運行過程中，膜易受到污染，產水量降低，給操作管理也帶來不便。這是目前廣大研究者致力改進的問題；(2)膜的制造成本較高。但隨著膜制造技術的不斷進步，其成本可望降低。
水解（酸化）-好氧處理系統中的水解（酸化）段的目的，對于城市污水是將原水中的非溶解態有機物截留并逐步轉變為溶解態有機物；對于工業廢水處理，主要是將其中難生物降解物質轉變為易生物降解物質，提高廢水的可生化性，以利于后續的好氧生物處理。水解工藝的開發過程是從低濃度城市污水開始的，與高濃度廢水的厭氧消化中的水解、酸化過程是不同的。在連續厭氧過程中水解、酸化的目的是為混合厭氧消化過程中的甲烷化階段提供基質。而兩相厭氧消化中的產酸段（產酸相）是將混合厭氧消化中的產酸段和產甲烷段分開，以便形成各自的*環境。因此，盡管水解（酸化）-好氧處理工藝中的水解（酸化）段、兩相法厭氧發酵工藝中的產酸相和混合厭氧消化工藝中的產酸過程均產生有機酸，但是由于三者的處理目的的不同，各自的運行環境和條件有著明顯的差異，主要表現在以下幾個方面。

（1）氧化還原電位（Eh）不同
在混合厭氧消化系統中，由于完成水解、酸化的微生物和產甲烷微生物共處于同一個反應器中，整個反應器的氧化還原電位（Eh）的控制必須首先滿足對Eh要求嚴格的甲烷菌，一般為300mV以下，因此，系統中的水解（酸化）微生物也是在這一電位值下工作的。而兩相厭氧消化系統中，產酸相的氧化還原電位一般控制在-300—-100mV之間。水解（酸化）-好氧處理工藝中的水解（酸化）段為一典型的兼性過程，只要Eh控制在0mV左右，該過程即可孫里進行。
（2）pH值不同
在厭氧消化系統中，消化液的pH值控制在甲烷菌生長的*pH值范圍，一般為6.8-7.2。在兩相厭氧消化系統中，產酸相的pH值一般控制在6.0-6.5之間，在酸化反應器pH值降低時，丙酸的相對含量增大，而丙酸對后續的甲烷相中的產甲烷菌將產生強烈的抑制作用。對于水解（酸化）-好氧處理系統來說，由于濃度低不存在酸的抑制問題，因此，可以不控制pH值的范圍，一般pH在6.5-7.5之間。
（3）溫度不同
三種工藝對溫度的控制也不同，通常厭氧消化系統以及兩相厭氧消化系統的溫度均嚴格控制，要么中溫消化（30-35℃），要么高溫消化（50-55℃）。而水解處理工藝對溫度無特殊要求，通常在常溫下運行，也可獲得較為滿意的水解（酸化效果）。
由于反應條件不同，三種工藝系統種優勢菌群也不相同。在厭氧消化系統種，由于嚴格地控制在厭氧條件下，系統中的優勢菌群為專性厭氧菌，因此完成水解（酸化）的微生物主要為厭氧微生物。水解（酸化）工藝控制在兼性條件下，系統中的優勢菌群也是厭氧微生物，但以兼性微生物為主，完成水解（酸化）過程的微生物相應也主要為厭氧（兼性）菌。對于兩相厭氧消化系統中的產酸相，微生物的優勢菌群隨控制的氧化還原電位不同而變化。當控制的電位較低時，完成水解、產酸的微生物主要為厭氧菌；當控制的電位較高時，則完成水解、產酸的微生物主要為兼性菌。
厭氧消化系統的啟動主要是培養消化污泥，消化污泥培養正常的一個主要標志是產酸菌與甲烷菌數量上的動態平衡。產酸菌繁殖速度快，對環境條件要求較低，極易大量培養繁殖，而甲烷菌很脆弱，對環境條件要求高，初期培養較困難，因此，試運行中生物培養的主要目標是甲烷菌的培養。一般來說，甲烷菌培養良好時，產酸菌必然良好，但產酸菌的過度繁殖，不利于甲烷菌的培養，有時甚至不可能培養起來。
向消化池內投入消化種污泥，種污泥可以取自其他處理廠，如無條件，可從廢坑塘種取部分腐爛的污物或污泥投入消化池作為種污泥。向消化池內逐步投入生污泥，使消化污泥自行逐漸形成。此法培養時間較長，一般需2－3個月才能將消化污泥培養正常。
在培養消化污泥時，必須控制有機物的投配負荷，投配負荷太高，會導致揮發性脂肪酸的大量積累，使酸衰退階段時間太長，從而大大延長培養時間。一般有兩種控制方法：一是降低投泥的濃度；二是用初沉出水或二沉出水注滿消化池，稀釋投入的污泥。
1、厭氧濾池的啟動
厭氧濾池的啟動即完成反應器內污泥的增殖與馴化，通過形成生物膜和細胞聚集體
使污泥達到預定的濃度和活性，從而使反應器可在設計負荷下正常運行。通常可采用已有的污水處理廠的消化污泥作為接種污泥，污泥在投加前可與部分原水混合，在反應器仲停留3－5d，然后開始連續進水。開始時，COD負荷應低于1.0kg/(m3·d)。對于高濃度的廢水要進行適當的稀釋，并在啟動過程中逐漸減少稀釋倍數，增加負荷。當廢水中可生物降解的COD去除率達到80％左右時，即可按設計負荷連續運行了。

MBR工藝的特點
與許多傳統的生物水處理工藝相比， MBR 具有以下主要特點：
1 出水水質穩定
由于膜的分離作用，分離效果遠好于傳統沉淀池，處理出水極其清澈， 懸浮物和濁度接近于零，細菌和病毒被大幅去除 ，出水水質優于建設部頒發的生活雜用水水質標準( CJ25.1-89 )，可以直接作為非飲用市政雜用水進行回用。
同時，膜分離也使 微生物被*被截流在生物反應器內， 使得系統內能夠維持較高的微生物濃度，不但 提高了反應裝置對污染物的整體去除效率，保證了良好的出水水質，同時反應器 對進水負荷(水質及水量)的各種變化具有很好的適應性，耐沖擊負荷，能夠穩定獲得的出水水質。
2 剩余污泥產量少
該工藝可以在高容積負荷、低污泥負荷下運行，剩余污泥產量低(理論上可以實現零污泥排放)，降低了污泥處理費用。
3 占地面積小，不受設置場合限制
生物反應器內能維持高濃度的微生物量，處理裝置容積負荷高，占地面積大大節省; 該工藝流程簡單、結構緊湊、占地面積省，不受設置場所限制，適合于任何場合，可做成地面式、半地下式和地下式。

4 可去除氨氮及難降解有機物
由于微生物被*截流在生物反應器內，從而有利于增殖緩慢的微生物如硝化細菌的截留生長，系統硝化效率得以提高。同時，可增長一些難降解的有機物在系統中的水力停留時間，有利于難降解有機物降解效率的提高。
5 操作管理方便，易于實現自動控制
該工藝實現了水力停留時間( HRT )與污泥停留時間( SRT )的*分離，運行控制更加靈活穩定，是污水處理中容易實現裝備化的新技術，可實現微機自動控制，從而使操作管理更為方便。
6 易于從傳統工藝進行改造
該工藝可以作為傳統污水處理工藝的深度處理單元，在城市二級污水處理廠出水深度處理(從而實現城市污水的大量回用)等領域有著廣闊的應用前景。
7 膜-生物反應器的不足
膜-生物反應器也存在一些不足。主要表現在以下幾個方面：
1膜造價高，使膜 - 生物反應器的基建投資高于傳統污水處理工藝;
2 膜污染容易出現，給操作管理帶來不便;
3 能耗高：首先 MBR 泥水分離過程必須保持一定的膜驅動壓力，其次是 MBR 池中 MLSS 濃度非常高，要保持足夠的傳氧速率，必須加大曝氣強度，還有為了加大膜通量、減輕膜污染，必須增大流速，沖刷膜表面，造成 MBR 的能耗要比傳統的生物處理工藝高。
MBR污水處理一體化裝置影響MBR應用的關鍵因素研究
由于膜通量的提高、膜壽命的延長會大幅度降低MBR的運行費用，因此，在保證出水水質的前提下，膜通量應盡可能大，這樣可減少膜的使用面積，降低基建費用與運行費用。因此控制膜污染，保持較高的膜通量，是MBR研究的重要內容。而膜通量與膜材料、操作方式、水力條件等因素密切相關。
膜的選擇
現有膜可分為有機膜和無機膜兩種。
(1)高分子有機膜材料： 聚烯烴類、聚乙烯類、聚丙烯腈、聚砜類、芳香族聚酰胺、含氟聚合物等。
有機膜成本相對較低，造價便宜，膜的制造工藝較為成熟，膜孔徑和形式也較為多樣，應用廣泛，但運行過程易污染、強度低、使用壽命短。
(2)無機膜 ：是固態膜的一種，是由無機材料，如金屬、金屬氧化物、陶瓷、多孔玻璃、沸石、無機高分子材料等制成的半透膜。
目前在MBR中使用的無機膜多為陶瓷膜，優點是：它可以在pH=0~14 、壓力P<10MPa 、溫度<350 ℃的環境中使用，其通量高、能耗相對較低，在高濃度工業廢水處理中具有很大競爭力;缺點是：造價昂貴、不耐堿、彈性小、膜的加工制備有一定困難。
由于較高的投資成本限制了無機膜生物反應器在我國的廣泛應用，國內MBR系統普遍采用有機膜。常用的膜材料為聚乙烯、聚丙烯等。分離式MBR通常采用超濾膜組件，截留分子量一般在2～30萬。截留分子量越大，初始膜通量越大，但長期運行膜通量未必越大。張洪宇進行無機膜的通量衰減試驗表明：孔徑0.2μm的膜比0.8μm的膜更適合于MBR。何義亮用PES平板膜組件進行膜通量衰減規律的研究發現：在該試驗條件下，膜初始通量衰減主要是由于濃差極化引起，膜截留分子量愈小，通量衰減率愈大;膜長期運行的通量衰減主要是由于膜污染引起，膜截留分子量愈大，通量衰減幅度愈大，化學清洗恢復率愈低。
對于淹沒式MBR，既可用超濾膜，也可使用微濾膜。由于膜表面的凝膠層也起到了過濾作用，在處理生活污水時，微濾膜與超濾膜的出水水質沒有明顯差別，因此淹沒式MBR多采用0.1～0.4 μm微濾膜。
為了便于工業化生產和安裝，提高膜的工作效率，在單位體積內實現大的膜面積，通常將膜以某種形式組裝在一個基本單元設備內，在一定的驅動力下，完成混合液中各組分的分離，這類裝置稱為膜組件。工業上常用的膜組件形式有五種：板框式、螺旋卷式、圓管式、中空纖維式和毛細管式。前兩種使用平板膜，后三者使用管式膜。圓管式膜直徑 >10mm; 毛細管式- 0.5~10.0mm ;中空纖維式 <0.5mm> 。

生物膜的培養及馴化
生物氧化池中采用自然培菌法培養生物膜。培菌時, 先向氧化池內注入生活污水至填料上表面, 再向氧化池內加入10m3 過濾后的糞便水, 開啟羅茨鼓風機對氧化池進行悶曝。經過一個星期的悶曝氣后, 填料上開始出現黏稠狀的生物膜。接下來打開氧化池的進水閥門, 連續向氧化池內進水, 進水量由2m3、4 m3、6 m3 逐步增大。連續進水時經常觀察氧化池內水面的顏色、懸浮物含量、曝氣及氣泡等情況。水溫在20 ~ 25# 時, 經過30~ 50 d 左右的培養, 可完成氧化池內的生物膜培養, 此時氧化池處理水量可達到設計處理量( 1#、2#生物氧化池單池設計處理量為30 m3 /h, 3#、4#、5#生物氧化池單池設計處理量為40 m3 /h)。
如果要縮短生物膜的培養時間, 可用本站其他生物氧化池底的沉積污泥作為菌種進行接種培菌。培菌時先向氧化池內注入10~ 20 m3 其他氧化池內的沉積污泥作為菌種, 再向氧化池內注入10~ 15 m3 過濾后的糞便水, 使氧化池在高BOD5 負荷下掛膜。繼續向氧化池內添加生活污水至填料以上 20 cm 左右, 進行悶曝, 悶曝時間為2 d。悶曝2后開始小水量進水, 進水量從小逐步加大到設計處理量。采用接種培菌, 一般在14~ 20 d 左右就能完成氧化池內生物膜的培養。
水力停留時間對運行效果的影響。