膜-生物反应器的研究及其在废水处理中的应用

第23卷第4期2003年8月膜科学与技术Ⅷ^佃RANESCIENCEANDTECHJ()I()GYVl01．23No．4Aug．2003文章编号：1007—8924{2003)04—0224—10膜一生物反应器的研究及其在废水处理中的应用王建华徐又一朱宝库(浙江大学高分子科学与工程学系，杭州310027)摘要：综述了废水处理领域中的膜一生物反应器的基本特点、应用现状、存在的问题以及国内外研究的进展；重点阐述了膜一生物反应器运行工艺、新型膜材料与器件以及影响膜污染形成的因素与防治措施；并对今后的研究方向进行了展望．关键词：膜一生物反应器；废水处理；膜污染中图分类号：TQ028．8文献标识码：A膜一生物反应器(meInbranebioreactor，)是一种膜分离技术与微生物学、生物化学等相结合进行废水处理的新工艺，主要由“膜组件，生物反应器和物料输送”3部分组成．它与传统的生化污水处理技术相比，具有固液分离效果好、生化效率高、出水水质优、设备集中、占地面积小、污泥浓度高、污泥负荷低、便于管理和自动控制等优点，基本解决了传统的活性污泥法存在的污泥膨胀、污泥浓度低等因素造成的出水水质达不到中水回用要求的问题【卜引，在中水回用和废水处理中有广阔的应用前景．1的应用现状经过30多年的发展，膜一生物反应器主要有内置式MBR(SubmergedMBR)和外置式MBR(Reci卜culatedMBR)2大类产品，20世纪90年代初已经进入实际应用阶段(表1)．1997年Kubota公司应用MBR工艺的污水处理厂在英国北部的Porlock建成[，用于去除悬浮物、COD／BOD、细菌及氮，最大处理量1900m3／d，进水POD=160mg／L，出水BOD<4mg／L、COD<25nag／L、NH3<1mg／L、浊度(NTU)<0．3NTU／L，用NaCl0进行膜表面化学清洗(1次／a)，膜的使用寿命达到7a．1999年Zenon公司应用MBR技术对美国科罗拉多州的Arapahoe县的污水处理厂改造成功，处理能力最高为5678m3／d，出水水质(Ⅸ]D<5mg／L、固体悬浮物<5mg／L、总磷<0．2mg／L、总氮<10rag／L)完全达到可以回用的要求．到2000年已有处理能力高达12700m3／d规模的废水处理工程．在国内，杭州浙大凯华膜技术有限公司、天津膜天膜工程有限公司等的产品在国内的废水处理领域也都得到了初步应用．表1国外MBR主要的应用情4～5]收稿日期：2003—07—10基金项目：十五“863”资助项目(2002AA601230)作者简介：王建华(1979一)，男，辽宁新民市人，在读硕士，从事废水处理与高分子材料，电话：0571*通讯联系人，E—mail：opl—yyxu@面u．edu．cn．维普资讯http://www.cqvip.com第4期王建华等：膜一生物反应器的研究及其在为水处理中的应用·225·Davies[6』等对SMBR与传统活性污泥法(ASP)的经济性进行了比较，结果如表2所示．可以看到：废水处理规模扩大有利于降低运行费用和占地等的投资成本(SMBR法的占地为ASP法的1／3～1／2)，从而使单位废水处理成本降低；SMBR的出水水质优于ASP法(BOD为4TI1g／L，NH4一N为5TI1g／L)，且单位BOD污泥产率为0．26l【g／kg，仅为ASP法的30％．但其中膜更换费用所占的比例较大(约为40％～75％)．因此降低膜成本、提高单位膜面积的处理能力是MBR能否大规模推广应用的关键．表2SMBR与ASP的经济性比较[6]此外，与SMBR相比较，由于RMBR流体的外部循环需要较高的膜面流速(一般要求2～5m／s)和较高的膜驱动压力(tr~smembranepressure，TMP)，以减少膜污染和维持较高的膜通量，因此，目前RMBR的动力消耗相对较高．表3列出了Zenon公司的肥R(Z一8管式膜组件)和SMBR(Z—W500中空纤维膜组件)能耗比较的结果．从表3中可以看到，SMBR的操作压力低，每m3废水处理的能耗是RMBR的1／10～l／20，这是内置式膜组件及Sf、佃R得到更广泛应用的主要原因．顾国维L5J等比较了不同研究者关于SMBR与RMBR的能耗对比数据后认为，能耗与通量、膜污染、污泥浓度、曝气量与方式、系统规模、泵及流程设计等因素均有关系．除了控制膜污染的因素之外，工艺流程进行优化设计是降低能耗的关键．德国的Gunde8J等人通过对比Kubota公司的平板膜和Zenon公司的中空纤维膜发现：在相同的水质和工作压力条件下，出水水质没有明显的差异，而平板膜单位膜面积的膜通量高于中空纤维膜，表现出较低的膜阻力特性．表3Zenon公司膜组件在RMBR与SMBR工艺中运行条件的比较[7】为了进一步提高MBR的