膜-生物反应器的研究及其在废水处理中的应用(2)

4.膜－生物反应器工艺的研究

目前MBR技术的核心目标是提高生化效率、降低能耗、膜污染的控制与再生等。通常采用的主要工艺控制参数有以下几种。 4.1混合液悬浮污泥浓度（MLSS）

由于膜的固/液分离作用替代了传统活性污泥法的二次沉淀池，将活性污泥完全截留，使得MBR可以在高的MLSS下运行。Muller[18]等考察MBR运行工艺后，得到在不排泥条件下，污泥浓度可达到40－50g/L，能够达到降低污泥产量和稳定的处理效果。Hong S.P[19]等研究表明：污泥浓度在3.6－8.4m/L之间膜的通量基本不变，说明在其实验的条件范围内MLSS不是膜污染的主要原因。Yammamoto[20]研究得到MLSS临界浓度：当超过40g/L时膜通量迅速下降，但临界浓度随操作条件的不同而有所变化。Viswanathan[21]等认为由于高的MLSS影响到氧的传质效率，为维持污泥活性需要更多氧气供应，导致能耗的增加，不利于MBR的经济运行。同时，当处理废水中有较多不可生物降解或难降解的物质和有毒物质时，这些物质会在MBR中积累，对MBR运行不利，所以在一定期间内要对污泥进行适当的排放[22]。此外，污泥浓度的变化会改变污泥的其它特性，如污泥粘度[23]，颗粒的分布[24],混合液的可过滤性[25]等，从而影响膜 通量。 4.2污泥停留时间（SRT）和水力停留时间（HRT）

MBR的另一个特点是可以实现分别控制SRT和HRT,使确定MBR的工艺条件时更灵活。Bouhabila[26]等在SRT分别为10、20、30d的条件下考察了污泥产量和COD去除效果，发现随着SRT的延长，COD去除效率提高，污泥产量下降。刑传宏[27]等根据物料平衡推导了错流式MBR内的生物浓度公式： X=Y×SRT[Ci-Ce∕HRT+CI-Csup/SRT] Y=Yg/1+KdSTR

X为以VSS表示的生物浓度，单位mg/L；Y为真产率系数（包括内源呼吸）；Ci、Ce、 Csup分别表示进水、出水、污泥上清液的COD浓度(单位mg/L)；STR为污泥停留时间(单位h)；HTR为水力停留时间(单位h);Yg 为普通活性污泥生物动力学常数(温度20℃时，活性污泥消耗单位质量COD所产生的VSS量) ；Kd为微生物衰减常数(单位d-1)。

可以看出，污泥浓度X不仅与进出水质、HRT、SRT有关，而且与反应器混和液上层清夜COD浓度有关，该式对于判断MBR的运行状况具有一定的意义。Cicek [28]研究也发现过长的SRT会对微生物的活性不利。因为随着SRT的增加，污泥浓度也增加，到一定程度会导致营养的极度匮乏使微生物大量的死亡，释放出大量不可生物降解的细胞残留物，并且微生物细胞内源呼吸加剧而产生大量的难降解的SMP（soluble microbial product），从而使出水COD不稳定，同时也会降低氨/氮的去除率[29~30]。但Hang-Sik[31]等人研究了SMP溶解性微生物的特性后，表明随着SRT的延长，SMP逐渐积累最后有降低趋势，但并未影响到污泥的活性，同时污泥停留时间长使污泥驯化而有部分降解，因此出水水质稳定。他们认为一部分胶体和微生物在膜表面吸附形成一薄污染层使膜的孔径变窄增加了膜的截留率,对此还需进一步的研究。 4.3溶解氧（DO）

对于COD不高的有机废水，MBR法多数采用好氧微生物来降解水中的有机物，所以必须保持充足的溶解氧用以维持污泥的活性。樊耀波[32]等对毛纺厂的污水进行处理结果表明：DO是影响出水效果的一个关键因素，当DO为1mg/L时，对COD有良好的去除效果（可达90％以上），但 DO再增加对COD的去除影响不大。在短期缺氧的条件下，也能获得较好的出水效果，但时间过长时出水会有异味。考虑到为了减少曝气的能耗，DO应选择合适的值。张悍民[33]等研究表明：曝气强度增加对氨/氮的去除率也增加。Chiemchaisri[34]等人发现较低的DO（0.5mg/l）对硝化有明显的抑止作用，当提高到1 mg/l时可达完全硝化。原因是：MBR中的SRT较长，F/M(food/microorganism ratio)值低，形成的絮凝体有利于硝化菌的繁殖和生长；另外溶解氧的增加也会促进硝化菌的增殖，同时膜的截留作用也使硝化菌聚集，这就大大加强了氨/氮的去除率[35]。为了增加氧的传递效率和利用效率，80年代以后出现了膜法无泡充氧的方式，由于氧以分子形态扩散进入水中，效率几乎可达100％ [36]。膜法无泡充氧技术大大提高了氧的利用效率，降低了动力能耗，并且无泡沫产生，同时出水水质也较好[37]。 4.4抗COD负荷冲击性

MBR出水水质稳定，耐COD负荷冲击能力强，已得到许多研究者的证实。王连军[38]等采用MBR处理水质波动较大的啤酒厂废水时，在较高的COD负荷和强冲击下COD去除率可达95％。孟耀斌[39]等用RMBR处理生活污水时，即使进水COD三倍于正常浓度时，体系仍能正常运行；其建立的数学模型显示，在冲击负荷消除15min内恢复正常水平，表现很好的抗负荷冲击能力，但长期在过高的负荷冲击下运行仍对体系不利。Muller[18]等人在研究MBR对进水COD不断变化的生活污水处理时，也得到稳定的COD去除率，并认为污泥停留时间长，碳的去除不受异养生物活性下降的影响。在较高的COD负荷冲击下，MBR出水稳定的原因归纳起来主要有以下几个方面[40]：① 较长的SRT增强了对难降解有机物的生化能力； ② 膜的有效分离作用，保证出水质量的稳定；③ 反应器中污泥