1.1生物膜法
生物膜法是利用附著在填料或載體上生長(zhǎng)、繁殖的細(xì)菌、原生動(dòng)物、后生動(dòng)物等微生物形成的生物膜處理廢水。主要有生物濾池、生物轉(zhuǎn)盤、生物接觸氧化、生物流化床等，目前已經(jīng)廣泛的應(yīng)用在各個(gè)領(lǐng)域的廢水處理中。
1.2膜生物反應(yīng)器
膜生物反應(yīng)器是膜技術(shù)和活性污泥法相結(jié)合的一種廢水處理技術(shù)。在反應(yīng)器中可以維持高的生物量，實(shí)現(xiàn)水力停留時(shí)間和污泥停留時(shí)間相分離以及產(chǎn)生的污泥量少，處理效率高，出水水質(zhì)好，設(shè)備緊湊，占地面積小等優(yōu)點(diǎn)。目前對(duì)膜生物反應(yīng)器的研究已經(jīng)相當(dāng)成熟，并且已經(jīng)廣泛應(yīng)用在各個(gè)領(lǐng)域的廢水處理中。
1.3生物膜-膜生物反應(yīng)器
生物膜-膜生物反應(yīng)器(BMBR)是將膜分離與生物膜法技術(shù)相結(jié)合的一種新型廢水處理工藝，是一種既能控制污染又能實(shí)現(xiàn)廢水資源化的新興技術(shù)[2]。該工藝技術(shù)對(duì)污染物的去除作用主要是依靠附著在載體上生長(zhǎng)的微生物來(lái)完成，截留作用主要體現(xiàn)在膜以及膜上面形成的濾餅層的過(guò)濾作用上。廢水中的有機(jī)污染物的降解主要由三部分組成：一是附著在載體和少量膜組件上的生物膜的降解作用;二是生物反應(yīng)器內(nèi)懸浮微生物對(duì)有機(jī)物的降解作用;三是利用膜對(duì)有機(jī)大分子的截留作用，這樣有機(jī)大分子與微生物接觸反應(yīng)的時(shí)間就更長(zhǎng)，更能被有效的降解去除。目前，BMBR還處于實(shí)驗(yàn)研究階段，國(guó)內(nèi)外對(duì)此的報(bào)道尚不多。
2生物膜-膜生物反應(yīng)器的原理及特點(diǎn)
2.1工作原理
BMBR是在膜生物反應(yīng)器內(nèi)投加填料或培養(yǎng)形成顆粒污泥，微生物在填料表面附著生長(zhǎng)形成生物膜，廢水?dāng)y帶著污染物和氧氣流過(guò)生物膜時(shí)，廢水中溶解氧被消耗，有機(jī)污染物被生物膜上的微生物吸收降解使廢水得以凈化;微生物不斷生長(zhǎng)繁殖，生物膜也不斷增厚，增厚到一定程度時(shí)，在生物膜內(nèi)形成缺氧或厭氧層，為生物脫氮、除磷提供條件;通過(guò)在反應(yīng)器底部曝氣，使生物膜受到水的剪切力不斷脫落更新，處理后的廢水經(jīng)過(guò)膜組件分離后排放[3]。劉琳等[4]曾做過(guò)兩段式生物膜-膜生物反應(yīng)器處理廢水的試驗(yàn)，結(jié)果顯示BMBR運(yùn)行穩(wěn)定后出水水質(zhì)好，COD、氨氮、TP去除效率分別為95%、80%、60%以上。Wang等[5]利用好氧顆粒污泥-MBR處理合成廢水，結(jié)果表明，當(dāng)進(jìn)水總有機(jī)碳為56.8~132.6mg/L，氨氮為28.1~38.4mg/L時(shí)，TOC、氨氮、總氮的去除率分別84.7%~91.9%，85.4%~99.7%，41.7%~78.4%。
2.2生物膜-膜生物反應(yīng)器的優(yōu)點(diǎn)[6-9]
(1)BMBR綜合了生物膜法和MBR的優(yōu)點(diǎn)。反應(yīng)器內(nèi)由于填料的加入，使得懸浮污泥的濃度降低，改善了膜的通量、降低了膜的阻力、在一定程度上減緩了膜的污染，使膜的運(yùn)行周期更長(zhǎng)，減少了膜的清洗次數(shù)，降低處理工藝的動(dòng)力消耗。
(2)SS的去除率較好。生物膜法中如果厭氧層過(guò)厚，生物膜脫落后會(huì)產(chǎn)生大量的非活性的細(xì)小懸浮物分散于水中，使出水的澄清度降低，而BMBR由于膜分離設(shè)備的截留作用可以有效解決這個(gè)問(wèn)題。
(3)有較好的脫氮、除磷效果。硝化菌是化能自氧菌，在混合培養(yǎng)的活性污泥中無(wú)法與異養(yǎng)菌競(jìng)爭(zhēng)，所以在MBR中脫氮效果并不是很好，而投加了填料的BMBR可以承載大量的生物量，有利于世代時(shí)間較長(zhǎng)的硝化菌生長(zhǎng)，而且由于BMBR中形成了厭氧環(huán)境，脫氮效果會(huì)有所提高。
(4)由于生物膜上的微生物種類豐富，載體的添加可以給微型動(dòng)物提供了相對(duì)穩(wěn)定的生長(zhǎng)環(huán)境，存在相當(dāng)數(shù)量的原生動(dòng)物和后生動(dòng)物，組成較長(zhǎng)的食物鏈，所以生物膜膜生物反應(yīng)器產(chǎn)生的污泥量少。
2.3生物膜-膜生物反應(yīng)器的缺點(diǎn)
BMBR和MBR一樣同樣具有以下2個(gè)缺點(diǎn)：(1)膜污染問(wèn)題，沒(méi)有有效的清洗技術(shù)。膜污染速率隨著溫度的下降而呈現(xiàn)加劇趨勢(shì)。(2)膜的制造成本高。
3生物膜-膜生物反應(yīng)器的研究進(jìn)展
1996年，美國(guó)的Dorr-Oliver公司首先將MBR用于廢水處理的研究以后，許多學(xué)者相繼對(duì)MBR進(jìn)行了大量的實(shí)驗(yàn)研究并開(kāi)發(fā)了多種MBR的變形新工藝，如分離式MBR、厭氧式MBR、一體式MBR等。20世紀(jì)90年代以后，MBR得到了最迅猛的發(fā)展，1995年以后MBR在國(guó)外尤其是在美國(guó)、日本、加拿大等國(guó)進(jìn)入了實(shí)際應(yīng)用階段。隨著MBR在實(shí)際運(yùn)行中膜污染的問(wèn)題出現(xiàn)，有的學(xué)者在研究此問(wèn)題時(shí)指出，在MBR中，由于膜組件與活性污泥混合液的直接接觸，在膜組件表面生長(zhǎng)出生物膜是不可避免的，也就是說(shuō)膜污染的問(wèn)題是不可避免的，膜污染在導(dǎo)致膜通量下降的同時(shí)也使出水水質(zhì)變差，但是當(dāng)時(shí)都未對(duì)此進(jìn)行深入的探討，直至后來(lái)BMBR的提出。一些學(xué)者認(rèn)為將膜分離技術(shù)和生物膜法相結(jié)合，將會(huì)有更大的優(yōu)勢(shì)。BMBR工藝最早是日本科研人員針對(duì)低濃度氨氮廢水處理提出的新工藝。澳大利亞新南威爾士大學(xué)膜與分離中心的FaneAG曾采用生物濾池與分離式膜分離設(shè)備相結(jié)合處理生活廢水，取得了很好的處理效果[10]。在膜分離技術(shù)與生物膜相結(jié)合的BMBR方面，國(guó)內(nèi)哈爾濱工業(yè)大學(xué)較早做此方面的工藝研究[11]。
3.1生物填料-MBR
在MBR中投加填料，微生物附著在填料表面生長(zhǎng)、繁殖形成生物膜。相較于傳統(tǒng)的MBR而言，填料上微生物種類更加豐富，提高了反應(yīng)器對(duì)有機(jī)物的去除率，具有更強(qiáng)的適應(yīng)性和穩(wěn)定性以及較強(qiáng)的抗沖擊負(fù)荷能力，同時(shí)也減少了懸浮的微生物，而且有些填料對(duì)胞外聚合物和某些溶解性產(chǎn)物等容易引起膜污染類的物質(zhì)有吸附作用，這樣有利于減少膜污染，減緩膜通量的下降速度。
朱友兵等[12]在研究改良性聚丙烯懸浮載體-MBR處理廢水時(shí)發(fā)現(xiàn)懸浮載體-MBR的去除效果較好，COD，NH3-N的去除效果都在90%以上，甚至達(dá)100%，出水的濁度接近零。生物填料-MBR處理工業(yè)廢水也具有較好的效果。黃健盛等[13]用投加多孔性聚合物填料的一體式MBR處理化工廢水，結(jié)果表明，反應(yīng)器穩(wěn)定運(yùn)行后，COD、NH3-N、TP的去除率分別為80.25%~87.15%、73.32%~99.78%和87.09%~93.82%。
YangQiqiong等[14]在研究一些多孔、軟性懸浮載體對(duì)膜污染的影響時(shí)發(fā)現(xiàn)，在MBR中投加懸浮填料可以減緩膜污染的形成，膜的臨界通量提高了大約20%，濾餅阻力減少了86%，膜污染的程度明顯低于未投加填料的MBR。鄭力菲等[15]研究發(fā)現(xiàn)，投加最適量(800mg/L)的粉煤灰，膜通量的衰減量最小，反應(yīng)器的除磷效果明顯增高，從原來(lái)的60%提高到90%。
填料MBR中，填料和膜是反應(yīng)器的核心，在填料的選擇上應(yīng)該謹(jǐn)慎，如果填料的選擇不當(dāng)，不但沒(méi)有優(yōu)勢(shì)，反而會(huì)損壞膜組件。
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