承德市食品污水處理設(shè)備
MBR是放置在曝氣池或者二沉池里面,進(jìn)水中有大量的活性污泥,浸沒式超濾是相對于壓力式超濾而言的,浸沒式超濾放置在膜池中,進(jìn)水要求比壓力式超濾寬泛,抗污染的能力強(qiáng)。一般來說生化法之后不進(jìn)行深度處理,直接采用超濾過濾的話用MBR,如果還需進(jìn)一步處理(主要是去除COD),采用浸沒式超濾。承德市食品污水處理設(shè)備
優(yōu)點(diǎn):MBR流程簡單,投資少,浸沒式超濾運(yùn)行通量大,回收率高,產(chǎn)水水質(zhì)好
缺點(diǎn):MBR運(yùn)行通量低,同樣的產(chǎn)水量需要更多的膜;浸沒式超濾流程復(fù)雜,外圍配套設(shè)備多。
MBR工藝
在污水處理,水資源再利用領(lǐng)域,MBR又稱膜生物反應(yīng)器,是一種由活性污泥法與膜分離技術(shù)相結(jié)合的新型水處理技術(shù)。
簡介
在污水處理,水資源再利用領(lǐng)域,MBR又稱膜生物反應(yīng)器(Membrane Bio-Reactor),是一種由活性污泥法與膜分離技術(shù)相結(jié)合的新型水處理技術(shù)。膜的種類繁多,按分離機(jī)理進(jìn)行分類,有反應(yīng)膜、離子交換膜、滲透膜等;按膜的性質(zhì)分類,有天然膜(生物膜)和合成膜(有機(jī)膜和無機(jī)膜);按膜的結(jié)構(gòu)型式分類,有平板型、管型、螺旋型及中空纖維型等。
工藝組成
膜- 生物反應(yīng)器主要由膜分離組件及生物反應(yīng)器兩部分組成。通常提到的膜 - 生物反應(yīng)器實(shí)際上是三類反應(yīng)器的總稱: ① 曝氣膜 - 生物反應(yīng)器(Aeration Membrane Bioreactor, AMBR) ; ② 萃取膜 - 生物反應(yīng)器( ExtractiveMembrane Bioreactor, EMBR ); ③ 固液分離型膜 - 生物反應(yīng)器( Solid/Liquid SeparationMembrane Bioreactor, SLSMBR, 簡稱 MBR)。
曝氣膜
曝氣膜 -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(diǎn)(Bubble Point)情況下,可實(shí)現(xiàn)向生物反應(yīng)器的無泡曝氣。該工藝的特點(diǎn)是提高了接觸時(shí)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(shí)間的因素的影響。如圖 [1] 所示。
萃取膜
萃取膜 - 生物反應(yīng)器 又稱為 EMBR (Extractive Membrane Bioreactor)。因?yàn)楦咚釅A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(dāng)廢水中含揮發(fā)性有毒物質(zhì)時(shí),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(xué)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(xì)菌的活性污泥在膜外流動,廢水與微生物不直接接觸,有機(jī)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(yīng)器單元和廢水循環(huán)單元是各自獨(dú)立,各單元水流相互影響不大,生物反應(yīng)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(yùn)行條件如 HRT 和 SRT 可分別控制在范圍,維持大的污染物降解速率。
固液分離型膜
固液分離型膜 - 生物反應(yīng)器是在水處理領(lǐng)域中研究廣泛深入的一類膜 -生物反應(yīng)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(yùn)行狀況,改善污泥沉降性必須嚴(yán)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 1.5~3.5mg/L左右,從而限制了生化反應(yīng)速率。
水力停留時(shí)間( HRT )與污泥齡( SRT)相互依賴,提高容積負(fù)荷與降低污泥負(fù)荷往往形成矛盾。系統(tǒng)在運(yùn)行過程中還產(chǎn)生了大量的剩余污泥,其處置費(fèi)用占污水處理廠運(yùn)行費(fèi)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將膜分離技術(shù)與傳統(tǒng)生物處理技術(shù)有機(jī)結(jié)合,MBR實(shí)現(xiàn)污泥停留時(shí)間和水力停留時(shí)間的分離,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*菌 (特別是優(yōu)勢菌群 ) 的出現(xiàn),提高了生化反應(yīng)速率。同時(shí),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。
工藝類型
以下討論的均為固液分離型膜 - 生物反應(yīng)器。 根據(jù)膜組件和生物反應(yīng)器的組合方式,可將 膜 - 生物反應(yīng)器 分為分置式、一體式以及復(fù)合式三種基本類型 。
分置式膜 - 生物反應(yīng)器把膜組件和生物反應(yīng)器分開設(shè)置,如圖 3所示。生物反應(yīng)器中的混合液經(jīng)循環(huán)泵增壓后打至膜組件的過濾端,在壓力作用下混合液中的液體透過膜,成為系統(tǒng)處理水;固形物、大分子物質(zhì)等則被膜截留,隨濃縮液回流到生物反應(yīng)器內(nèi)。分置式膜 -生物反應(yīng)器的特點(diǎn)是運(yùn)行穩(wěn)定可靠,易于膜的清洗、更換及增設(shè);而且膜通量普遍較大。但一般條件下為減少污染物在膜表面的沉積,延長膜的清洗周期,需要用循環(huán)泵提供較高的膜面錯(cuò)流流速,水流循環(huán)量大、動力費(fèi)用高 (Yamamoto, 1989),并且泵的高速旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的剪切力會使某些微生物菌體產(chǎn)生失活現(xiàn)象 ( Brockmann and Seyfried, 1997 ) 。
一體式膜 - 生物反應(yīng)器是把膜組件置于生物反應(yīng)器內(nèi)部,如圖 4 所示。進(jìn)水進(jìn)入膜 -生物反應(yīng)器,其中的大部分污染物被混合液中的活性污泥去除,再在外壓作用下由膜過濾出水。這種形式的膜 -生物反應(yīng)器由于省去了混合液循環(huán)系統(tǒng),并且靠抽吸出水,能耗相對較低;占地較分置式更為緊湊,近年來在水處理領(lǐng)域受到了特別關(guān)注。但是一般膜通量相對較低,容易發(fā)生膜污染,膜污染后不容易清洗和更換。
復(fù)合式膜 - 生物反應(yīng)器在形式上也屬于一體式膜 - 生物反應(yīng)器,所不同的是在生物反應(yīng)器內(nèi)加裝填料,從而形成復(fù)合式膜 - 生物反應(yīng)器,改變了反應(yīng)器的某些性狀。
工藝特點(diǎn)
與許多傳統(tǒng)的生物水處理工藝相比, MBR 具有以下主要特點(diǎn):
一、出水水質(zhì)優(yōu)質(zhì)穩(wěn)定
由于膜的高效分離作用,分離效果遠(yuǎn)好于傳統(tǒng)沉淀池,處理出水極其清澈, 懸浮物和濁度接近于零,細(xì)菌和病毒被大幅去除 ,出水水質(zhì)優(yōu)于建設(shè)部頒發(fā)的生活雜用水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)(CJ25.1-89 ),可以直接作為非飲用市政雜用水進(jìn)行回用。
同時(shí),膜分離也使 微生物被*被截流在生物反應(yīng)器內(nèi), 使得系統(tǒng)內(nèi)能夠維持較高的微生物濃度,不但提高了反應(yīng)裝置對污染物的整體去除效率,保證了良好的出水水質(zhì),同時(shí)反應(yīng)器對進(jìn)水負(fù)荷(水質(zhì)及水量)的各種變化具有很好的適應(yīng)性,耐沖擊負(fù)荷,能夠穩(wěn)定獲得優(yōu)質(zhì)的出水水質(zhì)。
二、剩余污泥產(chǎn)量少
該工藝可以在高容積負(fù)荷、低污泥負(fù)荷下運(yùn)行,剩余污泥產(chǎn)量低(理論上可以實(shí)現(xiàn)零污泥排放),降低了污泥處理費(fèi)用。
三、占地面積小,不受設(shè)置場合限制
生物反應(yīng)器內(nèi)能維持高濃度的微生物量,處理裝置容積負(fù)荷高,占地面積大大節(jié)省; 該工藝流程簡單、結(jié)構(gòu)緊湊、占地面積省,不受設(shè)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。
四、可去除氨氮及難降解有機(jī)物
由于微生物被*截流在生物反應(yīng)器內(nèi),從而有利于增殖緩慢的微生物如硝化細(xì)菌的截留生長,系統(tǒng)硝化效率得以提高。同時(shí),可增長一些難降解的有機(jī)物在系統(tǒng)中的水力停留時(shí)間,有利于難降解有機(jī)物降解效率的提高。
五、操作管理方便,易于實(shí)現(xiàn)自動控制
該工藝實(shí)現(xiàn)了水力停留時(shí)間( HRT )與污泥停留時(shí)間( SRT )的*分離,運(yùn)行控制更加靈活穩(wěn)定,是污水處理中容易實(shí)現(xiàn)裝備化的新技術(shù),可實(shí)現(xiàn)微機(jī)自動控制,從而使操作管理更為方便。
六、易于從傳統(tǒng)工藝進(jìn)行改造
該工藝可以作為傳統(tǒng)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(shí)現(xiàn)城市污水的大量回用)等領(lǐng)域有著廣闊的應(yīng)用前景。
膜 - 生物反應(yīng)器也存在一些不足。主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面:
o 膜造價(jià)高,使膜 - 生物反應(yīng)器的基建投資高于傳統(tǒng)污水處理工藝;
o 膜污染容易出現(xiàn),給操作管理帶來不便;
o 能耗高:首先 MBR 泥水分離過程必須保持一定的膜驅(qū)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(qiáng)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(tǒng)的生物處理工藝高。
工藝用膜
膜可以由很多種材料制備,可以是液相、固相甚至是氣相的。目前使用的分離膜絕大多數(shù)是固相膜。根據(jù)孔徑不同可分為:微濾膜、超濾膜、納濾膜和反滲透膜;根據(jù)材料不同,可分為無機(jī)膜和有機(jī)膜,無機(jī)膜主要是微濾級別膜。膜可以是均質(zhì)或非均質(zhì)的,可以是荷電的或電中性的。廣泛用于廢水處理的膜主要是由有機(jī)高分子材料制備的固相非對稱膜。
膜的分類依據(jù)及分類:
一、 MBR 膜材質(zhì)
1、高分子有機(jī)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(jī)膜成本相對較低,造價(jià)便宜,膜的制造工藝較為成熟,膜孔徑和形式也較為多樣,應(yīng)用廣泛,但運(yùn)行過程易污染、強(qiáng)度低、使用壽命短。
2、無機(jī)膜 :是固態(tài)膜的一種,是由無機(jī)材料,如金屬、金屬氧化物、陶瓷、多孔玻璃、沸石、無機(jī)高分子材料等制成的半透膜。
目前在 MBR 中使用的無機(jī)膜多為陶瓷膜,優(yōu)點(diǎn)是:它可以在 pH = 0~14 、壓力P<10MPa 、溫度 <350 ℃的環(huán)境中使用,其通量高、能耗相對較低,在高濃度工業(yè)廢水處理中具有很大競爭力;缺點(diǎn)是:造價(jià)昂貴、不耐堿、彈性小、膜的加工制備有一定困難。
二、 MBR 膜孔徑
MBR 工藝中用膜一般為微濾膜( MF )和超濾膜( UF ),大都采用 0.1 ~ 0.4 μ m膜孔徑,這對于固液分離型的膜反應(yīng)器來說已經(jīng)足夠。
微濾膜常用的聚合物材料有:聚碳酸酯、纖維素酯、聚偏二氟乙烯、聚砜、聚四氟乙烯、聚氯乙烯、聚醚酰亞胺、聚丙烯、聚醚醚酮、聚酰胺等。
超濾常用聚合物材料有:聚砜、聚醚砜、聚酰胺、聚丙烯腈( PAN )、聚偏氟乙烯、纖維素酯、聚醚醚酮、聚亞酰胺、聚醚酰胺等。
三、 MBR 膜組件
為了便于工業(yè)化生產(chǎn)和安裝,提高膜的工作效率,在單位體積內(nèi)實(shí)現(xiàn)大的膜面積,通常將膜以某種形式組裝在一個(gè)基本單元設(shè)備內(nèi),在一定的驅(qū)動力下,完成混合液中各組分的分離,這類裝置稱為膜組件( Module )。
工業(yè)上常用的膜組件形式有五種:
板框式( Plate and Frame Module )、螺旋卷式 (Spiral Wound Module) 、圓管式(TubularModule) 、中空纖維式 (Hollow Fiber Module) 和毛細(xì)管式 (Capillary Module)。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(xì)管式- 0.5~10.0mm ;中空纖維式<0.5mm> 。
表:各種膜組件特性
MBR 工藝中常用的膜組件形式有:板框式、圓管式、中空纖維式。 板框式:
是 MBR 工藝早應(yīng)用的一種膜組件形式,外形類似于普通的板框式壓濾機(jī)。優(yōu)點(diǎn)是:制造組裝簡單,操作方便,易于維護(hù)、清洗、更換。缺點(diǎn)是:密封較復(fù)雜,壓力損失大,裝填密度小。
圓管式:
是由膜和膜的支撐體構(gòu)成,有內(nèi)壓型和外壓型兩種運(yùn)行方式。實(shí)際中多采用內(nèi)壓型,即進(jìn)水從管內(nèi)流入,滲透液從管外流出。膜直徑在 6~24mm 之間。圓管式膜優(yōu)點(diǎn)是:料液可以控制湍流流動,不易堵塞,易清洗,壓力損失小。缺點(diǎn)是:裝填密度小。
中空纖維式:
外徑一般為 40 ~ 250 μm ,內(nèi)徑為 25 ~ 42μm 。優(yōu)點(diǎn)是:耐壓強(qiáng)度高,不易變形。在 MBR中,常把組件直接放入反應(yīng)器中,不需耐壓容器,構(gòu)成浸沒式膜 -生物反應(yīng)器。一般為外壓式膜組件。優(yōu)點(diǎn)是:裝填密度高;造價(jià)相對較低;壽命較長,可以采用物化性能穩(wěn)定,透水率低的尼龍中空纖維膜;膜耐壓性能好,不需支撐材料。缺點(diǎn)是:對堵塞敏感,污染和濃差極化對膜的分離性能有很大影響。
MBR 膜組件設(shè)計(jì)的一般要求:
o 對膜提供足夠的機(jī)械支撐,流道通暢,沒有流動死角和靜水區(qū);
o 能耗較低,盡量減少濃差極化,提高分離效率,減輕膜污染;
o 盡可能高的裝填密度,安裝,清洗、更換方便;
o 具有足夠的機(jī)械強(qiáng)度、化學(xué)和熱穩(wěn)定性。
膜組件的選用要綜合考慮其成本,裝填密度、應(yīng)用場合、系統(tǒng)流程、膜污染及清洗、使用壽命等。
應(yīng)用領(lǐng)域
進(jìn)入 90 年代中后期,膜 - 生物反應(yīng)器在國外已進(jìn)入了實(shí)際應(yīng)用階段。加拿大 Zenon 公司首先推出了超濾管式膜 -生物反應(yīng)器,并將其應(yīng)用于城市污水處理。為了節(jié)約能耗,該公司又開發(fā)了浸入式中空纖維膜組件,其開發(fā)出的膜 -生物反應(yīng)器已應(yīng)用于美國、德國、法國和埃及等十多個(gè)地方,規(guī)模從 380m 3 /d 至 7600m 3 /d。日本三菱人造絲公司也是世界上浸入式中空纖維膜的提供商,其在 MBR 的應(yīng)用方面也積累了多年的經(jīng)驗(yàn),在日本以及其他國家建有多項(xiàng)實(shí)際 MBR工程。日本 Kubota 公司是另一個(gè)在膜 -生物反應(yīng)器實(shí)際應(yīng)用中具有競爭力的公司,它所生產(chǎn)的板式膜具有流通量大、耐污染和工藝簡單等特點(diǎn)。國內(nèi)一些研究者及企業(yè)也在 MBR實(shí)用化方面進(jìn)行著嘗試。
現(xiàn)在,膜 - 生物反應(yīng)器已應(yīng)用于以下領(lǐng)域:
一、城市污水處理及建筑中水回用
1967年*個(gè)采用 MBR 工藝的廢水處理廠由美國的 Dorr-Oliver 公司建成,這個(gè)處理廠處理 14m 3 /d 廢水。 1977年,一套污水回用系統(tǒng)在日本的一幢高層建筑中得到實(shí)際應(yīng)用。1980 年,日本建成了兩座處理能力分別為 10m 3 /d 和 50m 3 /d的 MBR 處理廠。 90 年代初期,日本就有 39 座這樣的廠在運(yùn)行,大處理能力可達(dá) 500m 3 /d ,并且有 100 多處的高樓采用MBR 將污水處理后回用于中水道。
1998 年 5 月,清華大學(xué)進(jìn)行的一體式膜 - 生物反應(yīng)器中試系統(tǒng)通過了國家鑒定。 2000年初,清華大學(xué)在北京市海淀鄉(xiāng)醫(yī)院建起了一套實(shí)用的 MBR 系統(tǒng),用以處理醫(yī)院廢水,該工程于 2000 年 6 月建成并投入使用,目前運(yùn)轉(zhuǎn)正常。2000 年 9 月,天津大學(xué)楊造燕教授及其的科研小組在天津新技術(shù)產(chǎn)業(yè)園區(qū)普辰大廈建成了一個(gè) MBR 示范工程,該系統(tǒng)日處理污水 25噸,處理后的污水全部用于衛(wèi)生間的沖洗及綠地澆灑,占地面積為 10 平方米,處理每噸污水的能耗為 0.7kW · h 。
二、工業(yè)廢水處理
90年代以來, MBR 的處理對象不斷拓寬,除中水回用、糞便污水處理以外, MBR在工業(yè)廢水處理中的應(yīng)用也得到了廣泛關(guān)注,如處理食品工業(yè)廢水、水產(chǎn)加工廢水、養(yǎng)殖廢水、化妝品生產(chǎn)廢水、染料廢水、石油化工廢水,均獲得了良好的處理效果。 90 年代初,美國在 Ohio 建造了一套用于處理某汽車制造廠的工業(yè)廢水的 MBR 系統(tǒng),處理規(guī)模為 151m 3 /d,該系統(tǒng)的有機(jī)負(fù)荷達(dá) 6.3kgCOD/m 3 · d , COD 去除率為 94%,絕大部分的油與油脂被降解。在荷蘭,一脂肪提取加工廠采用傳統(tǒng)的氧化溝污水處理技術(shù)處理其生產(chǎn)廢水,由于生產(chǎn)規(guī)模的擴(kuò)大,結(jié)果導(dǎo)致污泥膨脹,污泥難以分離,后采用 Zenon 的膜組件代替沉淀池,運(yùn)行效果良好。
三、 微污染飲用水凈化
隨著氮肥與殺蟲劑在農(nóng)業(yè)中的廣泛應(yīng)用,飲用水也不同程度受到污染。LyonnaisedesEaux 公司在 90 年代中期開發(fā)出同時(shí)具有生物脫氮、吸附殺蟲劑、去除濁度功能的 MBR工藝, 1995 年該公司在法國的 Douchy 建成了日產(chǎn)飲用水 400m 3 的工廠。出水中氮濃度低于 0.1mgNO 2 /L,殺蟲劑濃度低于 0.02 μ g/L 。
四、糞便污水處理
糞便污水中有機(jī)物含量很高,傳統(tǒng)的反硝化處理方法要求有很高污泥濃度,固液分離不穩(wěn)定,影響了三級處理效果。 MBR 的出現(xiàn)很好地解決了這一問題,并且使糞便污水不經(jīng)稀釋而直接處理成為可能。
日本已開發(fā)出被稱之為 NS 系統(tǒng)的屎尿處理技術(shù),核心部分是平板膜裝置與好氧高濃度活性污泥生物反應(yīng)器組合的系統(tǒng)。 NS 系統(tǒng)于 1985年在日本琦玉縣越谷市建成,生產(chǎn)規(guī)模為 10kL/d , 1989 年又先后在長崎縣、熊本縣建成新的屎尿處理設(shè)施。 NS 系統(tǒng)中的平板膜每組約0.4m 2 共幾十組并列安裝,做成能自動打開的框架裝置,并能自動沖洗。膜材料為截流分子量 20000 的聚砜超濾膜。反應(yīng)器內(nèi)污泥濃度保持在15000~18000mg/L 范圍內(nèi)。到1994 年,日本已有 1200 多套 MBR 系統(tǒng)用于處理 4000 多萬人的糞便污水。
五、土地填埋場 / 堆肥滲濾液處理
土地填埋場 / 堆肥滲濾液含有高濃度的污染物,其水質(zhì)和水量隨氣候條件與操作運(yùn)行條件的變化而變化。 MBR 技術(shù)在 1994年前就被多家污水處理廠用于該種污水的處理。通過MBR 與 RO 技術(shù)的結(jié)合,不僅能去除 SS、有機(jī)物和氮,而且能有效去除鹽類與重金屬。近美國 Envirogen 公司開發(fā)出一種 MBR用于土地填埋場滲濾液的處理,并在新澤西建成一個(gè)日處理能力為 40 萬加侖 ( 約 1500m 3 /d) 的裝置,在 2000年底投入運(yùn)行。該種 MBR 使用一種自然存在的混合菌來分解滲濾液中的烴和氯代化合物,其處理污染物的濃度為常規(guī)廢水處理裝置的 50 ~ 100倍。能達(dá)到這一處理效果的原因是, MBR 能夠保留高效細(xì)菌并使細(xì)菌濃度達(dá)到 50 , 000mg/L 。在現(xiàn)場中試中,進(jìn)液 COD 為幾百至40 , 000 ,污染物的去除率達(dá) 90% 以上。