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厌氧膜生物反应器的未来之路/任重而道远
厌氧膜生物反应器适用对象分析
废水处理工艺是由废水特性决定的,一种废水处理工艺或者单元不可能适用于所有不同特性废水的处理,厌氧膜生物系统不外乎如此。由于厌氧系统对氨氮和磷酸盐等营养元素的去除能力差,所以可以根据废水中SS和COD浓度将废水分成四大类,即图6中的a、b、c和d四个区域。
图6厌氧膜生物系统适用的不同特性废水分析
厌氧生物处理系统经过近一个世纪的发展,现如今的高效厌氧系统已经完全实现了水力停留时间和污泥停留时间的分离,UASB、EGSB以及IC反应器的开发和应用大大提高了处理效率。此外,随着近年来颗粒污泥的研究和应用,厌氧系统中可以维持更高的生物量,处理负荷得到了极大的提升。厌氧膜生物系统是在厌氧生物系统的基础上拓展而来的,膜系统最大的优势是可以实现微生物的100%截留并且确保出水SS浓度无后顾之忧。
从这点上来看,厌氧膜生物系统在高COD和SS浓度的废水处理上(图6中b区域)存在着一定的优势。这主要是传统的厌氧生物系统颗粒物的水解过程仍然是厌氧消化图5厌氧膜生物反应器应用糖果厂废水处理图6厌氧膜生物系统适用的不同特性废水分析的限速步骤,这一点在低温条件下尤其明显。膜滤系统的引入可以将高浓度的SS截留在厌氧反应器内部,从而保证了充足的污泥停留时间来水解这部分颗粒态有机污染物。
对于高COD浓度低SS浓度的废水而言(图6中d区域),现有的厌氧生物处理系统基本可以实现较高的有机物去除效率,因此除了对出水SS有特殊处理要求的情况,没有必要非要引入膜单元。如此一来不仅省去了复杂的膜组件运行控制设备,而且也降低了处理系统的能耗。针对低COD浓度水质(图6中a和c区域),相比传统厌氧生物处理工艺,厌氧膜生物系统的处理效果更具优势。虽然目前有研究表明,厌氧膜系统在处理低强度有机废水(如城市生活污水)时也能获得满意的出水水质,但其离实际工程应用尚还有一段距离。鉴于厌氧膜生物系统在处理废水的同时可以回收一部分甲烷等能源气体,在处理低浓度有机废水时还需要视具体的水质进行全面评估后才能确定。
这厌氧膜生物反应器的展望
相比好氧处理技术,厌氧膜生物反应器在低温、短水力停留时间条件下也可实现废水的有效处理,同时产生能源物质——沼气。可以说厌氧膜生物系统对有机废水的处理展现出了巨大的前景,不过在大规模投入应用之前,仍然存在着较多的难题有待研究和解决。
(1)膜污染的控制及缓解
膜污染问题很大程度上决定了厌氧膜生物系统的经济性和实用性。膜污染的影响因素很多,污泥组成、操作条件、膜组件的材料和构造都对膜污染有重要影响。虽然目前主流观点仍为膜表面滤饼层的形成是导致膜通量下降的主要原因,但由于厌氧膜生物反应器中污泥特性与好氧情况有着极大的不同,膜污染情况往往更复杂。滤饼层是由大量的微生物、胞外聚合物、无机盐以及其它微小颗粒物组成,具有多层孔隙结构,目前针对它的研究还不够深入。因此对膜污染机理的探究是从源头解决膜污染问题的关键。
前文提及的几座厌氧膜生物反应器实际工程,在设计上均采用外置式,即通过厌氧生物反应器与膜单元的串联。工程上之所以采用这种操作方式,其主要的原因是厌氧生物反应器内部的水力扰动不足以冲刷膜表面从而改善膜污染。这就需要通过外置的膜单元,利用水泵或者气泵来进行液体循环或者气体扰动以改善污染状况。
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