海綿浸沒式膜生物反應器在廢水處理中的研究進展

北極星環(huán)保網(wǎng)訊:海綿浸沒式膜生物反應器(sponge-submergedmembranebioreactor，SSMBR)作為一種新型的廢水處理工藝，具有可持續(xù)通量大、污染物去除率高、跨膜壓差(TMP)增量小、膜污染率低等優(yōu)異特性，在處理污廢水領(lǐng)域有著廣闊的研究和應用前景。介紹了SSMBR裝置的結(jié)構(gòu)特征，綜述了國內(nèi)外對SSMBR性能的研究進展，并簡單探析了膜污染的形成過程及水力停留時間和微生物絮凝劑對膜污染的影響。

關(guān)鍵詞:海綿浸沒式膜生物反應器;膜污染;膜污染控制

在廢水處理技術(shù)中，膜生物反應器(MBR)是一種將膜分離技術(shù)與生物技術(shù)有機結(jié)合的高效廢(污)水處理工藝，該技術(shù)利用膜分離替代二沉池進行固液分離，可分別控制水力停留時間(HRT)和污泥停留時間(SRT)。因其出水水質(zhì)高、占地面積小、可直接回用等優(yōu)點在污水處理和中水回用方面得到廣泛研究與應用。國內(nèi)外的諸多實驗研究及工程應用結(jié)果也均表明MBR技術(shù)具有良好的廢水處理性能。

MBR作為一種廣泛應用的廢水處理技術(shù)，雖具有優(yōu)越的處理性能，但膜污染是阻礙其廣泛應用的關(guān)鍵因素之一，也是研究者們關(guān)注的焦點。膜污染會導致膜過濾性能嚴重下降，不僅縮短膜的使用壽命，而且增加操作和維護成本。

針對膜污染問題，國內(nèi)外學者進行了大量研究，如投加明礬或天然沸石、采用親水聚合物改性、改善進水預處理、開發(fā)抗污染能力強的新型膜材料等。另外，使用生物質(zhì)載體(例如塑料介質(zhì)、粉末狀活性炭(PAC)、海綿等)是一種有效控制膜污染的方法，并且具有廣闊的發(fā)展前景。Lee等人發(fā)現(xiàn):當使用活性炭涂層聚氨酯立方體作為附著生長介質(zhì)時，膜耦合移動床生物膜反應器(M-CMBBR)中生物膜污染率低于傳統(tǒng)膜生物反應器(CMBR)。Jin等人指出在陶瓷浸沒式膜生物反應器中生物絮體不容易被懸浮載體打破。

此外，在有載體的浸沒式膜生物反應器(SMBR)中，胞外聚合物(EPS)和溶解性微生物(SMP)含量均低于無載體SMBR。Ng等人研究表明:在SMBR系統(tǒng)中高濃度的PAC可以減少上清液中的污染成分，如EPS、膠體和浮游細胞，為吸附、分解和降解3個過程的同步進行提供更好的條件。作為附著生長介質(zhì)，海綿在生物處理過程中表現(xiàn)出優(yōu)異的特性，如內(nèi)部孔隙率高、比表面積大、穩(wěn)定性好、重量小、成本低等。

在MBR中投加海綿具有可以增強處理效果，提高可持續(xù)通量或滲透通量，減少膜污染的優(yōu)點。本文SSMBR的

相關(guān)特性(即有機物的去除效率以及跨膜壓差的變化)、膜污染的影響因素及一些控制膜污染的措施進行綜述和分析。

1、SSMBR裝置

SSMBR系統(tǒng)采用浸沒式聚偏氟乙烯(PVDF)中空纖維膜組件，其中的海綿為網(wǎng)狀多孔聚酯聚氨酯海綿(PUS)，密度為28～45kg/m3，尺寸為10mm×10mm×10mm。在運行前，海綿立方體浸沒在廢水中馴化，采用提升泵控制進水流量并輸送廢水至反應器，出水流量由抽吸泵控制。用液位傳感器記錄反應器中廢水體積，壓力表測量跨膜壓差的變化。SSMBR系統(tǒng)中安裝了空氣擴散器以保持較高的空氣流速[10]。

2、SSMBR處理廢水的特性

2.1可持續(xù)通量

Guo等人采用SSMBR工藝處理合成廢水時發(fā)現(xiàn)，海綿體積比對于可持續(xù)通量有較大影響。在相同的污泥濃度下，設(shè)定反應器中海綿的體積比為0(無海綿)、10%和20%，測量膜的可持續(xù)通量，結(jié)果表明當海綿所占的體積比為10%時，其處理廢水的可持續(xù)通量最大，是未添加海綿時的2倍。Ngo等人對SSMBR中可持續(xù)再生水進行試驗，在相同操作條件下將2種不同類型的海綿(S28-30/45R和S16-18/80R)投加到生物反應器中，其可持續(xù)通量分別是SMBR(未添加海綿)處理廢水時的2倍和1.4倍。

上述研究結(jié)果表明投加海綿可以顯著提高可持續(xù)通量。結(jié)合懸浮海綿的流動性分析可得:在SMBR中添加海綿提高可持續(xù)通量主要是由于懸浮著的海綿在一定程度上能夠清洗沉積在膜表面上的污染物質(zhì)，防止毛孔阻塞，并且降低膜表面濾餅層的形成，從而增加可持續(xù)通量。

而海綿體積比為20%時的可持續(xù)通量低于體積比為10%的通量，可能是由于海綿達到一定數(shù)量后若再增加海綿個數(shù)會使其流動性變差，不利于膜的高效運行。因此反應器中海綿體積比對膜通量有很大影響。

2.2對有機物和營養(yǎng)物質(zhì)的去除效果

SSMBR系統(tǒng)表現(xiàn)出高效的有機物去除能力。Guo等人采用SSMBR工藝用于廢水處理和再利用的研究結(jié)果表明:當污泥濃度為10，15g/L時其COD和PO3-4-P的去除率均分別超過97%和98%，且出水ρ(PO3-4-P)<0.1mg/L。當污泥濃度為15g/L時，NH+4-N去除率可達89%。Deng等人比較了SSMBR與傳統(tǒng)膜生物反應器(CMBR)處理廢水的能力，結(jié)果表明兩者在去除廢水中的DOC、COD方面無顯著差異，均達到90%以上。而在去除PO3-4-P、NH+4-N和TN方面SSMBR要好于CMBR，尤其是對PO3-4-P的去除效果更為明顯，SSMBR對PO3-4-P去除率為63.57%，而CMBR僅為27%。

由此可見，添加海綿對DOC和COD的去除效果影響不顯著，其去除效果主要依靠活性污泥。另外，SSMBR系統(tǒng)對PO3-4-P的去除率高可能是因為海綿的結(jié)構(gòu)使海綿表面具有良好的缺氧環(huán)境以及在海綿內(nèi)部提供了厭氧條件，有利于PO3-4-P的去除。

2.3跨膜壓差(TMP)的變化

Guo等人在研究不同污泥濃度對TMP變化的影響時發(fā)現(xiàn)，設(shè)定恒定膜通量為30L/(m2-h)，運行7d，當污泥濃度從5g/L增加到15g/L時，TMP值隨污泥濃度的增大而逐漸降低。當污泥濃度為15g/L時，TMP達到最小值29.5kPa。因此，污泥濃度是影響TMP變化的一個關(guān)鍵要素。Nguyen等人也指出SSMBR中TMP的變化速率很大程度上依賴活性污泥濃度和海綿結(jié)構(gòu)，在相同條件下比較了SSMBR與未添加海綿的MBR中的TMP變化。試驗結(jié)果表明:

SSMBR中的TMP從0.6kPa/d增加到4.6kPa/d，而在相同條件下未添加海綿的MBR中的TMP由0.6kPa/d增加到6.7kPa/d?？梢奡SMBR中添加了海綿介質(zhì)處理廢水時，TMP的增量低于無添加海綿的反應器。

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