膜生物反应器在我国的研究及应用(2)

　　理论上讲，膜生物反应器能将污泥完全截留在生物反应器内，实现不排泥操作——污泥零排放。1991年，在MBR处理生活污水的小试中，Chaize和Huyard首次研究了MBR对污泥产率的影响，在SRT为50d和100d时，污泥产量大大减少，他们认为这是低F／M比例和较长污泥龄的结果。Muller在处理生活污水的中试研究发现：当污泥浓度（MLSS）高达4060gL-1和污泥完全截留SRT＝（∞）时，几乎不产生污泥。桂萍在不同SRT（5—80d）条件下，用一体式MBR处理生活污水发现：理论产率系数YG与衰减系数b值随SRT的延长而下降。刘锐用一体式MBR处理生活污水，在280天的未排泥的条件下运行，发现表观产率系数Yb随运行时间的延长呈明显的降低趋势，Yb从运行初期的0.248kgVSS／KgCOD下降为0.038kgVSS/KgCOD。张绍园应用食物链中能量递减的原理，在两段式MBR中引入后生动物一蠕虫（worm），发现有蠕虫存在时，其污泥产率低于常规活性污泥法污水处理系统；当蠕虫浓度保持100个/ml以上时，污泥产率为0.1kgSS/(kg去除COD），污泥产率为0.1kgSS／（kg去除COD），约为常规活性污泥法的1／4。但该方法还有待进一步的研究，如维持蠕虫在系统内最佳数量，使污泥产率趋向于零，达到不排放污泥的目的。

        2  膜生物反应器运行的影响因素

　　膜生物反应器由膜分离单元与生物处理单元组成，因此影响MBR稳定运行的因素不仅包括常规生物动力学参数：容积负荷、污泥浓度、污泥负荷等，还包括膜分离的参数：膜的固有性质（膜材料、膜孔径、荷电性等）、滤液的性质、操作方式、反应器的水力学条件等。其中生物动力学参数主要影响MBR的处理效果，膜分离参数主要影响MBR的处理能力。

        2.1  影响MBR稳定运行的生物动力学参数

        2.1.1  有机负荷

　　研究表明：好氧MBR出水受容积负荷与水力停留时间（HRT）的影响较小，而厌氧MBR出水受冲击负荷与HRT的影响较大。李红兵用MBR处理生活污水，在水力停留时间为1.5、5.8h，COD或负荷在高负荷（5.76Kg/(m3.d)与稳态运行新下0.8-1  kg/(m3.d)处理效果基本相同，系统对COD去除率都达到90％以上。吴志超采用好氧MBR处理巴西基酸生产废水发现：容积负荷分别为1.2、2.4、3.6、4.8kg／m3.d)，出水COD浓度变化不大；且HRT对出水水质无明显的影响。而何义亮用厌氧MBR处理高浓度食品废水却发现：当容积负荷从2kg／（m3.d）升高到4.5kg／(m3.d），COD去除率从90％下降至70％；且HRT对处理效果有重要影响。对这些研究的比较发现：在好氧MBR中，污泥浓度随容积负荷的增加迅速升高，有机物去除速率加快，污泥负荷基本保持不变，从而抑制出水水质的恶化；而在厌氧MBR中，污泥浓度升高缓慢，污泥负荷与容积负荷几乎呈正相关关系，因此厌氧MBR出水水质易受容积负荷的影响。

        李红兵、顾平对MBR处理生活污水的研究表明：冲击负荷对有机物的去除没有显著的影响，但NH3－N受冲击负荷影响明显，出水NH3-N的恶化程度与冲击负荷的大小成正比。这一现象可能是由于膜的拦截作用对NH3－N的去除并无贡献，因此MBR对氮的去除效果易受生物反应器处理效果影响。顾平的研究还发现：在冲击负荷条件下，膜通量衰减幅度是正常COD负荷的数十倍。通过分析冲击负荷期间进水COD和MLSS间的关系，发现反应器内MLSS的变化规律与最大膜通量的降低有类似之处，COD冲击负荷使反应器内活性污泥浓度迅速增加，混合液的粘度增加，从而使液-固分离困难；同时处于对数增长期的污泥活性高、有大量细胞外聚合物存在，增加了膜过滤阻力，导致膜最大出水量降低。

        2.1.2  污泥浓度

　　污泥浓度是MBR系统的重要参数，不仅影响有机物的去除能力，还对膜通量产生影响。许多研究都表明污泥浓度与溶解性微生物产物是影响膜通量的重要参数。表7为MLSS对膜通量、过滤阻力的影响，这些研究成果表明：一定条件下污泥浓度越高，膜通量愈低。顾平在一体式MBR处理生活污水的研究却发现：当曝气强度足够大时（气水比近似100：1），MLSS由10g／L变化到35g/L时，MLSS与膜通量没有明显的相夫性；但如果降低暖气强度，MLSS对膜通量可能产生一定的影响。

　　污泥浓度对膜通量的影响程度与曝气强度，膜面循环流速，水力学条件等密切相关。桂萍应用正交试验的方法对一体式MBR中膜污染速度与污泥浓度、曝气量和膜通量的关系进行考察，研究结果表明：不同污泥浓度均存在一个污泥在膜表面大量沉积的临界膜通量，当膜通量小于临界膜通量，膜污染主要由溶解性有机物在膜面的沉积引起；当膜通量大于临界膜通量，膜污染主要由悬浮污泥在膜面的沉积引起；在污泥浓度较低时，曝气强度对膜的污染影响不大，在中、高污泥浓度条件下，增加曝气强度有利于减缓膜污染；临界膜通量J与污泥浓度MLSS、曝气强度QA有以下关系：QA／J=8.34e0.07MLSS.但该试验中各变量的取值范围较窄。刘锐在桂萍试验的基础上，采用均匀设计法，扩大各变量的取值范围，以膜过滤阻力上升速率K作为膜污染发展速度的表征指数，建立了膜污染发展速度模型：K=8.933*107.△P.MLSS0.532.J0.376ULr-3.047，膜过滤阻力上升速率K随膜通量J与污泥浓度MLSS的增加而增加，随膜间液体上升流速ULr的增加而减小。

        2.2  膜分离的参数

　　在保证出水水质的前提下，膜通量应尽可能大，这样可减少膜的使用面积，降低基建费用与运行费用，因此控制膜污染，保持较高的膜通量，是MBR的研究的重要内容。

        2.2.1  膜的选择

　　现有膜材料可分为有机膜和无机膜两种。由于较高的投资成本限制了无机膜在我国的广泛应用，国内MBR曾遍采用有机膜，常用的膜材料为聚乙烯、聚丙烯等。分离式MBR通常采用超滤膜组件，截留分子量一般在2—30万。截留分子量越大，初始膜通量越大，但长期运行膜通量未必越大。张洪宇进行无机膜的通量衰减实验表明：0.2μm的膜比0.8μm的膜更适合于MBR。何义亮用PES平板膜组件进行膜通量衰减规律研究发现：在该实验条件下，膜初始通量衰减主要是由于浓差极化引起，膜截留分子量愈小，通量衰减率愈大；膜长期运行的通量衰减主要是由于膜污染引起，膜截留分子量愈大，通量衰减幅度愈大，化学清洗恢复率愈低。 (责任编辑：泉水)

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