鄉鎮污水處理設備生物膜工藝原理

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鄉鎮污水處理設備生物膜工藝原理

1、厭氧膜生物反應器的工藝操作效果及影響因素

1.1 厭氧膜生物反應器的典型工藝

通過分離厭氧反應器和膜形成厭氧膜生物反應器。有四種常用的厭氧反應器：分別是*混合的厭氧反應器，厭氧流化床、上流式厭氧污泥床和厭氧污泥膨脹床反應器。*混合厭氧反應器與膜生物反應器結合，操作較為簡單，成本低，使用廣泛，但有著較差的出水質量，造成的膜污染會比較嚴重。相比之下，*混合厭氧反應器與膜生物反應器結合、上流式厭氧污泥床與膜生物反應器結合這兩種形式，具有污泥顆粒較大，膜污染較少等特點，有機工業廢水濃度高，處理應用程序的潛力很大。厭氧污泥膨脹床反應器與膜生物反應器結合，以及厭氧流化床與膜生物反應器結合，這兩種形式由于添加載體而具有較低的懸浮污泥濃度，并且上清液中溶解的微生物產物含量低于*混合的厭氧氧反應器與膜生物反應器結合形式，有著較低程度的膜污染。然而，由于載體膨脹所需的大量能量消耗，在設計反應器時選擇載體的類型和顆粒的尺寸對膜污染和操作成本具有重大影響

1.2 去除污染物

由于膜的保留，與常規厭氧過程相比，厭氧膜生物反應器在去除有機污染物以及固體懸浮固體方面具有很大的改進。不同厭氧膜生物反應器工藝，在對某些低濃度合成或者是高濃度有機廢水與城市實際廢水進行處理的操作條件和操作效果。當厭氧膜生物反應器對濃度低的城市污水進行處理時，有機負荷范圍為0.3～5.0kg氧氣需求/(m3•d)，需求氧氣的平均去除率約為80%，高達95%，固體懸浮物的去除率會有99%。當厭氧膜生物反應器對濃度高的有機廢水進行處理時，一般有機負荷高于5.0kg氧氣需求/(m3•d)，穩定運行期間反應器的氧氣去除率為80%～90%，高達99%。高效的厭氧膜生物反應器在去除城市污水中的大多數痕量有機污染物，有著比較好的效果，如藥物，個人護理產品以及內分泌干擾物。Dutta、Monsalvo等人應用兩級厭氧流化床結合膜生物反應器與上流式厭氧污泥床結合膜生物反應器對城市污水進行處理，一些微量有機物達到90%以上的去除率，該機制包括厭氧生物降解，生物載體或者是顆粒污泥的吸附，以及膜保留。但是，厭氧膜生物反應器處理城市廢水中氮與磷的效果有限，需要通過后續工藝進一步去除或再循環。

1.3 影響因素

用于城市廢水處理的類型不同反應器的典型工藝參數，其中有污泥停留時間、有機負載、水力停留時間和溫度。厭氧膜生物反應器在污泥停留時間長的條件下操作(大于30d)，而類型不同的反應器水力停留時間范圍不同。全混合厭氧反應器結合膜生物反應器運行需要較長的水力停留時間較長(大于10h)；上流式厭氧污泥覆蓋結合膜生物反應器在水力停留時間通常是10h左右;厭氧流化床結合膜生物反應器具有短的水力停留時間，可穩定運行，不超過8h。隨著水力停留時間的減少，污泥負荷將增加，這可能影響氧氣需求去除率，甲烷產率以及厭氧膜生物反應器的純度。然而，一些研究表明，水力停留時間的減少對流出物的需氧量幾乎沒有影響，這主要是因為膜的保留。在厭氧生物的降解過程中溫度會對其造成很大影響。在高溫下，微生物有較高活性，溫度降低，微生物就會隨之降低活性，水解速率也會因此降低，就會降低需氧量去除率以及甲烷產率。特別是當溫度降到15℃以下時，甲烷在水中的溶解度增加，導致甲烷回收率下降。然而，一些研究發現，低溫操作能夠改變厭氧生物反應器中的微生物結構，主導細菌是氫型產甲烷菌，可以實現穩定的甲烷產生。不只考慮水力停留時間和溫度，甲烷回收率也受到進水需氧量和硫酸鹽比率的影響。為了將甲烷產率提高，可以對溫度和水力停留時間進行調整，進而減少進水硫酸鹽。

2、厭氧膜生物反應器的應用前景

在近幾年，很多研究證明了厭氧膜生物反應器工藝，在城市處理污水中的應用具有經濟性和可操作性。但是城市污水中的氮磷營養素未被有效去除，這就是厭氧膜生物反應器的在城市污水處理中應用的嚴重障礙。在這樣的情況下，研究人員嘗試將其他技術結合厭氧膜生物反應器，以去除和回收氮、磷的目的：

(1)結合厭氧氨氧化技術。

厭氧氨氧化技術把NO2-N當做電子受體，將污水中的氨氮氧直接化成氮氣。在低溫條件下，氨氮(大于80%)與總氮去除率(大于75%)更高，應用在污水脫氮方面有良好的潛力。

(2)結合光合自養技術。

厭氧膜生物反應器的出水含有很多氮和磷營養物，能夠成為光合生長微藻的基質，生物固氮因此實現，微藻也能作為能源再循環利用。

(3)結合生物電化學系統。

對氧氣需求進行去除時，通過生物電化學方法以無機沉淀的形式回收污水中的氮和磷，能夠用作農業肥料，去除氨氮效率會有83.4%。去除磷的效率約為52.4%。