MBR污水處理一體化裝置
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膜-生物反應(yīng)器的技術(shù)原理與特點
在膜-生物反應(yīng)器中,由于用膜組件代替?zhèn)鹘y(tǒng)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(tǒng)活性污泥工藝中出水水質(zhì)不夠穩(wěn)定、污泥容易膨脹等不足,從而具有下列優(yōu)點:
(1)能地進行固液分離,出水水質(zhì)良好且穩(wěn)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(yīng)器內(nèi),實現(xiàn)反應(yīng)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(wěn)定;
(3)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,占地面積省;
(4)有利于增殖緩慢的微生物如硝化細(xì)菌的截留和生長,系統(tǒng)硝化效率得以提高。也可增長一些難降解有機物在系統(tǒng)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(yīng)器內(nèi),有利于難降解有機物降解效率的提高;
(5)膜-生物反應(yīng)器一般都在高容積負(fù)荷、低污泥負(fù)荷下運行,剩余污泥產(chǎn)量低,降低了污泥處理費用;
(6)易于實現(xiàn)自動控制,操作管理方便。
但膜-生物反應(yīng)器也存在一些不足:(1)在運行過程中,膜易受到污染,產(chǎn)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(shù)的不斷進步,其成本可望降低。
水解(酸化)-好氧處理系統(tǒng)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(tài)有機物截留并逐步轉(zhuǎn)變?yōu)槿芙鈶B(tài)有機物;對于工業(yè)廢水處理,主要是將其中難生物降解物質(zhì)轉(zhuǎn)變?yōu)橐咨锝到馕镔|(zhì),提高廢水的可生化性,以利于后續(xù)的好氧生物處理。水解工藝的開發(fā)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(xù)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(zhì)。而兩相厭氧消化中的產(chǎn)酸段(產(chǎn)酸相)是將混合厭氧消化中的產(chǎn)酸段和產(chǎn)甲烷段分開,以便形成各自的*環(huán)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(fā)酵工藝中的產(chǎn)酸相和混合厭氧消化工藝中的產(chǎn)酸過程均產(chǎn)生有機酸,但是由于三者的處理目的的不同,各自的運行環(huán)境和條件有著明顯的差異,主要表現(xiàn)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(tǒng)中,由于完成水解、酸化的微生物和產(chǎn)甲烷微生物共處于同一個反應(yīng)器中,整個反應(yīng)器的氧化還原電位(Eh)的控制必須首先滿足對Eh要求嚴(yán)格的甲烷菌,一般為300mV以下,因此,系統(tǒng)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(tǒng)中,產(chǎn)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(tǒng)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(tǒng)中,產(chǎn)酸相的pH值一般控制在6.0-6.5之間,在酸化反應(yīng)器pH值降低時,丙酸的相對含量增大,而丙酸對后續(xù)的甲烷相中的產(chǎn)甲烷菌將產(chǎn)生強烈的抑制作用。對于水解(酸化)-好氧處理系統(tǒng)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(tǒng)以及兩相厭氧消化系統(tǒng)的溫度均嚴(yán)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(yīng)條件不同,三種工藝系統(tǒng)種優(yōu)勢菌群也不相同。在厭氧消化系統(tǒng)種,由于嚴(yán)格地控制在厭氧條件下,系統(tǒng)中的優(yōu)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(tǒng)中的優(yōu)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(yīng)也主要為厭氧(兼性)菌。對于兩相厭氧消化系統(tǒng)中的產(chǎn)酸相,微生物的優(yōu)勢菌群隨控制的氧化還原電位不同而變化。當(dāng)控制的電位較低時,完成水解、產(chǎn)酸的微生物主要為厭氧菌;當(dāng)控制的電位較高時,則完成水解、產(chǎn)酸的微生物主要為兼性菌。
厭氧消化系統(tǒng)的啟動主要是培養(yǎng)消化污泥,消化污泥培養(yǎng)正常的一個主要標(biāo)志是產(chǎn)酸菌與甲烷菌數(shù)量上的動態(tài)平衡。產(chǎn)酸菌繁殖速度快,對環(huán)境條件要求較低,極易大量培養(yǎng)繁殖,而甲烷菌很脆弱,對環(huán)境條件要求高,初期培養(yǎng)較困難,因此,試運行中生物培養(yǎng)的主要目標(biāo)是甲烷菌的培養(yǎng)。一般來說,甲烷菌培養(yǎng)良好時,產(chǎn)酸菌必然良好,但產(chǎn)酸菌的過度繁殖,不利于甲烷菌的培養(yǎng),有時甚至不可能培養(yǎng)起來。
向消化池內(nèi)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(nèi)逐步投入生污泥,使消化污泥自行逐漸形成。此法培養(yǎng)時間較長,一般需2-3個月才能將消化污泥培養(yǎng)正常。
在培養(yǎng)消化污泥時,必須控制有機物的投配負(fù)荷,投配負(fù)荷太高,會導(dǎo)致?lián)]發(fā)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(yǎng)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(yīng)器內(nèi)污泥的增殖與馴化,通過形成生物膜和細(xì)胞聚集體
使污泥達到預(yù)定的濃度和活性,從而使反應(yīng)器可在設(shè)計負(fù)荷下正常運行。通??刹捎靡延械奈鬯幚韽S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(yīng)器仲停留3-5d,然后開始連續(xù)進水。開始時,COD負(fù)荷應(yīng)低于1.0kg/(m3·d)。對于高濃度的廢水要進行適當(dāng)?shù)南♂?,并在啟動過程中逐漸減少稀釋倍數(shù),增加負(fù)荷。當(dāng)廢水中可生物降解的COD去除率達到80%左右時,即可按設(shè)計負(fù)荷連續(xù)運行了。
MBR工藝的特點
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:
1 出水水質(zhì)穩(wěn)定
由于膜的分離作用,分離效果遠好于傳統(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行回用。
同時,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),同時反應(yīng)器 對進水負(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)定獲得的出水水質(zhì)。
2 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)荷下運行,剩余污泥產(chǎn)量低(理論上可以實現(xiàn)零污泥排放),降低了污泥處理費用。
3 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。
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(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,可增長一些難降解的有機物在系統(tǒng)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(xiàn)自動控制
該工藝實現(xiàn)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(wěn)定,是污水處理中容易實現(xiàn)裝備化的新技術(shù),可實現(xiàn)微機自動控制,從而使操作管理更為方便。
6 易于從傳統(tǒng)工藝進行改造
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。
7 膜-生物反應(yīng)器的不足
膜-生物反應(yīng)器也存在一些不足。主要表現(xiàn)在以下幾個方面:
1膜造價高,使膜 - 生物反應(yīng)器的基建投資高于傳統(tǒng)污水處理工藝;
2 膜污染容易出現(xiàn),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(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。
MBR污水處理一體化裝置影響MBR應(yīng)用的關(guān)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(zhì)的前提下,膜通量應(yīng)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(nèi)容。而膜通量與膜材料、操作方式、水力條件等因素密切相關(guān)。
膜的選擇
現(xiàn)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(yīng)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(tài)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(yōu)點是: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(yīng)器在我國的廣泛應(yīng)用,國內(nèi)MBR系統(tǒng)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(guī)律的研究發(fā)現(xiàn):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(xué)清洗恢復(fù)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(zhì)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(yè)化生產(chǎn)和安裝,提高膜的工作效率,在單位體積內(nèi)實現(xiàn)大的膜面積,通常將膜以某種形式組裝在一個基本單元設(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。工業(yè)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(xì)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(xì)管式- 0.5~10.0mm ;中空纖維式 <0.5mm> 。
生物膜的培養(yǎng)及馴化
生物氧化池中采用自然培菌法培養(yǎng)生物膜。培菌時, 先向氧化池內(nèi)注入生活污水至填料上表面, 再向氧化池內(nèi)加入10m3 過濾后的糞便水, 開啟羅茨鼓風(fēng)機對氧化池進行悶曝。經(jīng)過一個星期的悶曝氣后, 填料上開始出現(xiàn)黏稠狀的生物膜。接下來打開氧化池的進水閥門, 連續(xù)向氧化池內(nèi)進水, 進水量由2m3、4 m3、6 m3 逐步增大。連續(xù)進水時經(jīng)常觀察氧化池內(nèi)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(jīng)過30~ 50 d 左右的培養(yǎng), 可完成氧化池內(nèi)的生物膜培養(yǎng), 此時氧化池處理水量可達到設(shè)計處理量( 1#、2#生物氧化池單池設(shè)計處理量為30 m3 /h, 3#、4#、5#生物氧化池單池設(shè)計處理量為40 m3 /h)。
如果要縮短生物膜的培養(yǎng)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(nèi)注入10~ 20 m3 其他氧化池內(nèi)的沉積污泥作為菌種, 再向氧化池內(nèi)注入10~ 15 m3 過濾后的糞便水, 使氧化池在高BOD5 負(fù)荷下掛膜。繼續(xù)向氧化池內(nèi)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(shè)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(nèi)生物膜的培養(yǎng)。
水力停留時間對運行效果的影響。