水处理中的生物膜技术：趋势与挑战

从地域分布来看，PE>200的MBBR污水厂欧洲占40%，北美占30% ，亚洲和南太平洋地区占20% (不包括印度)，非洲10%;而PE<200的MBBR污水厂欧洲占80%，北美占10% ，亚洲和南太平洋地区10% (不包括印度)。

MBBR是一个能有效进行部分硝化和厌氧氨氧化的工艺。ANITA™Mox是其中一个商业应用，应用MBBR或IFAS工艺处理高氨氮含量的侧流渗滤液，目前在欧洲已经有8个工程案例，美国则有3个，其中一个代表是位于瑞典马尔默的Sjolunda污水厂。

瑞典Sjolunda污水厂俯瞰图

颗粒污泥是生物膜被验证能有效并富有前景的生物技术。关于厌氧颗粒污泥的文章可以参考Nicolellaet等研究人员于2000年发表的文章 “Wastewater treatment with particulate biofilm reactors”。而好氧颗粒可以在序批式反应器中得以形成并富集。

其可行性最早由荷兰TU Delft大学的Beun等研究人员于1999年发表。此后，好氧颗粒污泥的工程案例已经超过25个，分布在欧洲(5个在荷兰)、南美、非洲和澳洲。这些污水厂都是被设计进行市政污水处理的，其中已建成的最大一个位于巴西的里约热内卢，日平均流量为55,000 m3，人口当量为517,000。

荷兰的Garmerwolde污水厂是Nereda工艺的一个商业应用案例，它成功对经格栅和除砂的初沉池出水进行了脱氮除磷的生物处理。该工艺的液体/生物质比例基本保持在一个常数值，进水、沉置和滗水(decanting)同步进行，约占运行时间的25 – 33%，其余为曝气时间，另外还需要10-15分钟让反应器回复静止状态。

这些特定的运行参数和调节能使出水的总氮和总磷的浓度分别低于5mg/L和1mg/L。生物反应器为一个空池，池底配有微孔曝气系统和布水系统，处理后的出水从池的顶部流出。反应器没有搅拌器，但有出水管和一个用于将沉降性较差的污泥排出的污泥管。

荷兰的Garmerwolde污水厂

另一个从颗粒污泥获利的系统是利用旋流分离器或者格栅来对颗粒污泥进行选择性富集的工艺。这种技术已经用于厌氧氨氧化工艺，这个工艺被称为DEMON™ ，其中的一个工程应用位于奥地利的Strass污水厂。

基于膜传导的生物膜反应器(MBfR-membrane biofilm reactor)也是拥有巨大发展潜力的。这个工艺的多样式是其很大的优势。这些系统里气体的输送通过膜(管式、中空纤维、平板)输送液进行，生物膜生长在膜的外部表面。

MBfR的逆扩散传质原理

目前有两种MBfR系统得到推广。第一种是基于氢气的MBfR，它传送氢气作为电子供体到生物膜。另一种是基于氧气/空气的MBfR，它传送氧气作为电子受体到生物膜，其另一个更为人熟知的名字叫MABR (membrane aerated biofilm reactor) 。

基于氢气的MBfRs已经在多种污染物的生物化学去除上展现了其可行性，例如硝态氮、亚硝态氮、高氯酸盐(perchlorate)、安定(promate)、硒酸盐(selenate/selenite)、砷酸盐(arsenate) 和铬酸盐(omate)等。

基于氢气的MBfRs膜的传质原理图

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