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时间:2019-06-28
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1、当代水处理新技术原理与应用南开大学环境科学与工程学院吴立波联系方式:蒙民伟楼322电话23503730(O)手机13820716597E-mail:wulb@nankai.edu.cn第七讲膜生物反应器原理与设计一、概念与形式二、主要MBR简介三、MSBR形式四、MSBR膜污染五、MSBR设计六、MSBR应用与实例一、概念与形式广义狭义泥水分离无泡曝气污染物萃取泥水分离膜生物反应器(membranebio-reactor,MBR),是由膜分离与生物处理组合而成的一种新型、高效的污水处理技术。MBR分类MBR是由生物反应器与微滤、超滤、纳滤或反渗透膜系统组成,可分为微滤膜生物反
2、应器和超滤膜生物反应器等。MBR按膜的组件在反应器的作用不同可分为分离膜生物反应器(membraneseparationbioreactor,MSBR,截留和分离固体)、无泡膜生物反应器(membraneaerationbioreactor,MABR,无泡曝气,用于高需氧量的废水处理)、萃取膜生物反应器(extractivemembranebioreactor,EMBR,用于工业废水中优先污染物的处理)。MBR处理废水机理示意图二、主要MBR简介2.1MABR2.2EMBR2.3MSBR2.1、MABR工艺原理无泡曝气生物反应器(MembraneAerationBiofilm
3、Reactor),简称为MABR,由中空纤维膜填料部分和水流部分组成。由于纤维膜微孔直径很小,为0.1~0.5μm,曝气产生肉眼不可见的气泡,因此称为无泡供氧。生物膜所需要的氧气是通过纤维束填料供给的,中空纤维膜不仅起着供氧作用,同时又是固着生物膜的载体。即,纯氧或空气通过中空纤维膜的微孔为生物膜进行无泡曝气,在中空纤维膜的外侧形成的生物膜与污水充分接触,污水中所含的有机物被生物膜吸附和氧化分解,从而使污水得到净化。无泡曝气膜生物反应器处理污水原理图。无泡曝气膜生物反应器处理污水原理图。MABR供氧方式中空纤维膜供氧有贯通式和闭端式两种方式;贯通式MABR内中空纤维膜两端分别
4、被固定在双层夹板上,气体由一端夹板持续通人膜内腔,一部分气体被生物膜消耗,剩余部分从另一端的夹板排出,由于该方式中有气体剩余,更适用于空气供氧。闭端式MABR内中空纤维膜一端被固定在双层夹板上,另一端密封,气体经夹板从纤维膜开口端通入,在压力作用下全部进入反应器,所以更适用于纯氧曝气。此外,该方式中纤维束呈流化态,反应器不易堵塞。MABR的特点由于曝气不产生气泡,氧直接以分子状态扩散进入生物膜,几乎百分之百地被吸收,传质效率可高达100%。由于生物膜生长在中空纤维膜的外表面,所以在供氧过程中,生物膜不会受到气体摩擦,不易脱落。氧在传递到生物膜的过程中不经过液相边界层,因此,传
5、质阻力比常规曝气法小得多,能耗大大降低。曝气过程不产生气泡,避免了传统曝气时污水中易挥发性物质如甲苯、苯酚随气泡进入大气而对环境造成的污染;同时不会由于表面活性剂的存在而产生泡沫。曝气过程中气液两相分离,溶液的混合与供氧互不干扰,因此可以各自独立设计,反应器的形式更加灵活多变。中空纤维膜的比表面积可高达5018m2/m3,为氧的传递和生物膜的生长提供了巨大的表面积,有利于反应器向小型化发展。MABR反应器中气液两相分离,气体压力不受容器内混合状态的影响,因此,可以通过调节气体压力的办法来控制氧的供应。对于一般废水,通过供氧控制,在保证生物膜生长需氧的同时,可以避免因过量曝气而
6、使污水中DO浓度过高,大幅度降低运行费用。对于含氮废水,通过供氧控制,只使靠近纤维膜的内层生物膜获得氧,从而达到同时硝化、反硝化和COD去除的效果。2.2、EMBR隔离式系统采用选择膜将污水与生物反应器隔开,该膜只容许目标污染物透过,进入生物反应器被降解。而各种对微生物有害的物理、化学条件不影响生物反应器一侧。萃取MBR示意图萃取MBR2.3、MSBR常规的污水处理法膜法污水处理再生系统膜生物反应器(MBR)和低污染反渗透膜相结合的污水再生系统传统活性污泥法局限以活性污泥为代表的传统好氧生物处理工艺长期以来在生活污水以及工业废水处理中得到了广泛应用。由于采用重力式沉淀池作为处
7、理水和微生物的固液分离手段,由此带来了以下几方面的问题:1由于沉淀池固液分离效率不高,曝气池内的污泥难以维持到较高浓度,致使处理装置容积负荷低,占地面积大;2处理出水水质不够理想且不稳定3传氧效率低,能耗高;4剩余污泥产量大;5管理操作复杂。MSBR工艺特点与传统的活性污泥处理工艺相比存在如下优点:出水水质好,BOD、氮、磷和悬浮物浓度很低,不含细菌、病毒、寄生虫卵等,水质符合三级标准,可直接回收或补充地下水。工艺流程短,占地省,省去了二沉池,占地约为生物处理的1/2。利于世代时间长的细菌如硝化菌的繁殖
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