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(3)萃取式膜生物反应器(EMBR) 在萃取式膜生物反应器中所采用的膜是选择性萃取膜,它能将废水与生物反应器完全隔离开,具有选择性的萃取膜只容许原废水中的目标污染物透过,然后用专性菌对其进行单独的生物降解,从而不受水中离子强度和pH值的影响,废水中其他对生物具有毒害的物质则不能进入生物反应器,生物反应器的功能得到优化,其示意图见图5-6。
图5-6 EMBR示意
其特点是废水与活性污泥被膜隔离开来,废水在膜腔内流动,与进水槽和出水槽相连,而含某种专性细菌的活性污泥在膜外流动,废水与微生物不直接接触。膜是硅胶或其他疏水性聚合物,具有选择透过性,能萃取废水中的挥发性有机物(VOC)如芳烃、卤代烃等,污染物先在膜中溶解扩散,以气态形式离开膜表面后溶解在膜外的混合液中,最终作为专性细菌的底物而被分解成CO2、水等无机小分子物质。由于膜的疏水性,废水中的水及其他无机物均不能透过膜向活性污泥中扩散。
萃取式膜生物反应器的优点:a.生物反应器与膜单元可以相对独立地设计安装,相互干扰小;b.膜污染少,因隔离式膜无孔,不会产生堵塞问题;c.微生物生存条件可以控制在最佳状态,微生物生存条件完全不受污水水质的影响,可培养和使用特效菌种或纯菌进行有机物降解;d.效率高,高选择性、高效地降解有毒有害污染物;e.可以使易挥发性有机物质降解,在普通的生物反应器中,易挥发有机物不是被生物降解,而是被空气吹脱挥发到大气中;f.耗能少,无需高的膜面流速,所以无较强的水力循环,节省能量。
不足:a.应用范围有限,只适用于单一污染物的废水。b.需要选择专用透过膜,目前研究中可利用的膜只有硅橡胶膜。c.存在生物膜阻力问题,生物在萃取膜上生长造成膜堵,使污染物透过量随时间下降。d.可以处理的污染物有限,隔离式膜生物反应器的萃取膜选择性强,因此可选择的膜材料和透过这种膜并被生物降解的污染物有限,目前能够被处理的污染物只是一些含氧碳水化合物。
上述三类膜生物反应器的对比结果如表5-5、表5-6所示。
表5-5 三类膜生物反应器的特点比较
表5-6 膜生物反应器的膜材料和膜构型
(4)MBR工艺的新发展
①生物膜-膜反应器(复合MBR工艺)。在膜生物反应器系统中加入填料形成生物膜,附着和悬浮生长的微生物协作完成对污染物的降解过程,两相之间的可转化性增强了系统的调节机制,使复合系统复杂的生态结构具备了较强的抗冲击负荷能力。在复合式膜生物反应器中安装填料的目的有两个:一是提高处理系统的抗冲击负荷,保证系统的处理效果;二是降低反应器中悬浮性活性污泥浓度,减小膜污染的程度,保证较高的膜通量。复合式膜生物反应器示意见图5-7。
图5-7 生物膜-膜反应器(复合式)示意
文献报道复合式半软性填料膜生物反应器内存在较好的同步硝化反硝化现象,进水COD为800mg/L左右,pH为7.0~8.0,HRT为10h,温度为25℃时,DO为2.5mg/L左右,C/N为20左右的条件下同步硝化反硝化效果最好,且COD,NH4+-N,TN去除率都可以达到90%以上。
②厌氧MBR工艺。厌氧MBR,即厌氧生物处理与膜分离相结合的工艺。各类厌氧反应器都可以与膜分离组合使用,如完全混合厌氧反应器、上流式厌氧污泥床(UASB)、膨胀污泥颗粒床(EGSB)等。膜分离的使用,可以不需设计严格的三相分离器,即可实现对生物污泥及大分子物质的有效截留,因此可以弥补厌氧反应器由于三相分离器设计或运行不当带来的生物流失和对悬浮性有机物处理不够好的缺陷。厌氧MBR应用的废水主要是一些高浓度的有机废水,如食品废水等,也有一些研究是针对低浓度的生活污水。由于厌氧MBR不能像好氧MBR那样可以通过曝气对膜面的紊动来控制膜污染,因此膜容易被污染,运行周期较短。
③投加基因工程菌MBR工艺。基因工程菌(GEM)是指运用生物工程技术把某种降解菌的基因片段通过转基因工程转入菌株,培养出具有特定降解功能的高效特种菌。MBR工艺中投加GEM,由于膜对GEM的高效截留作用,有利于保持GEM的种群优势,提高系统对污水中难降解有机物的去除效果。与传统活性污泥法相比,膜出水中GEM流失密度很小,大幅度降低了由GEM流失可能带来的生态风险。
④好氧颗粒污泥MBR工艺。在好氧颗粒污泥MBR工艺中,好氧颗粒污泥浓度可维持在14~16g/L,较高的污泥浓度和颗粒污泥内部缺氧、厌氧环境的存在,使MBR中硝化和反硝化过程并存。与絮状污泥MBR相比,颗粒污泥MBR的膜通量衰减速度下降50%以上,且通过空气反冲或用水清洗即可基本恢复膜通量。但是目前对于好氧颗粒污泥MBR的研究均是小试规模,在更大规模的试验中如何保持颗粒污泥的稳定性和颗粒污泥MBR的优势有待于今后进一步研究和验证。
⑤强化MBR脱氮除磷工艺。几乎所有的传统脱氮除磷工艺都可以与MBR结合,MBR工艺的一些自身特点可以强化原有的生物脱氮除磷工艺:膜对生物量的完全截留可以提高硝酸菌和聚磷菌的总量,从而提高系统的脱氮和除磷能力;减少了污泥膨胀而导致的脱氮除磷系统崩溃的风险;膜表面的凝胶层对胶体形态的磷有一定的截留;MBR在保证聚磷效果的前提下,可以减少污泥排放,提高单位剩余污泥含磷量。
文章来源:《水处理新技术、新工艺与设备》
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