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北極星水處理網(wǎng)訊:中國的環(huán)境保護(hù)是從20世紀(jì)70年代開始起步的，1972年中國參加邁入斯德哥爾摩聯(lián)合國人類環(huán)境大會，目前為止，中國的環(huán)境保護(hù)行業(yè)穩(wěn)步發(fā)展了40年，近幾年來可以清晰地看到國家的政策導(dǎo)向不斷為環(huán)境加碼，也形成了近年來的環(huán)保市場爆發(fā)的現(xiàn)象，在這個一切皆環(huán)保的時代在無論國家層面與大眾認(rèn)知層面，都更加關(guān)注和專業(yè)，也造就了目前標(biāo)準(zhǔn)高，監(jiān)管嚴(yán)，認(rèn)知強(qiáng)的環(huán)境氛圍。而對污水處理行業(yè)，城市居民的聚集度越來越高，生活水平的不斷提高，工業(yè)化的不斷發(fā)展，所面臨的污水是一個更為復(fù)雜的局面。

相對而言排水標(biāo)準(zhǔn)的提高，也就是所謂的“提質(zhì)增效”，這是目前污水處理行業(yè)的一個大環(huán)境和大趨勢，曾經(jīng)的一些的污水處理工藝和技術(shù)甚至已經(jīng)完全不合用于現(xiàn)有的情況，這無疑會對污水處理的運(yùn)營者們形成一個較大的困局。這簡單的四字，在實(shí)踐起來卻是困難重重，提質(zhì)的同時要增效，仔細(xì)思考對比了很多種傳統(tǒng)的提標(biāo)技術(shù)，大多都不足以滿足這個苛刻的命題，這時候已經(jīng)迫切地需要具有革命性的新技術(shù)來打破困難。

活性污泥法生化處理是大部分污水處理廠的運(yùn)行的核心和根基，所以解決問題的核心還是聚焦在了生化處理工藝的優(yōu)化?！禕iofilm Reactor Technology & Design》一書中作為新型生物膜技術(shù)提到了MBfR（membrane biofilm reactor）技術(shù)，現(xiàn)在大多數(shù)人更愿意叫做MABR（membrane aerated bio-reactor），深入探究之后，了解到該技術(shù)是以生物膜法和曝氣相結(jié)合的技術(shù)，那么“提質(zhì)增效”的難題就似乎就有了突破點(diǎn)。很早之前就有利用膜材料分離氣體傳遞給液體的應(yīng)用，而MABR研究開始于20世紀(jì)80年代后期，隨著不斷挖掘和深入，MABR目前也已有了部分的工程應(yīng)用。

所謂的MABR技術(shù)，首先是一種無泡曝氣技術(shù)，更精確一點(diǎn)可以說是一種傳氧技術(shù)，主要是利用膜材料，將曝氣側(cè)的氧傳遞到污水中，而在靠近污水的膜側(cè)，會慢慢富集一些需氧的微生物，從而形成一層生物膜，由于MABR存在特殊的曝氣模式和傳氧機(jī)制，微生物膜會產(chǎn)生明顯的分層結(jié)構(gòu)，其微生物膜可大致分為3個基本功能層，即好氧層、缺氧層乃至厭氧層，也就意味著MABR具備著同步硝化反硝化的能力。

膜材料是MABR的核心，一般來說目前MABR膜材料主要可以分三大類，即微孔膜、致密膜、復(fù)合膜。微孔膜材料通過膜材料的微孔來傳遞氣體。這種膜的優(yōu)點(diǎn)是氣體在微孔內(nèi)傳遞時受到的阻力很小，所以氧傳遞效率高。缺點(diǎn)是當(dāng)微孔膜材料為親水性材料時，液體可能會滲入膜的孔道中，使氣體的傳質(zhì)阻力增大，不利于氧氣傳遞到生物膜；而致密膜通過溶液擴(kuò)散的機(jī)理來傳質(zhì)。以硅樹脂為例，由于氧氣在硅樹脂中的溶解度比在水中的溶解度要高很多，所以氧氣可以在硅樹脂中溶解擴(kuò)散，這也是長期浸潤在污水中，最為優(yōu)勢可靠的一種。

而MABR組件的裝置的形式，與一般的MBR組件相差無幾，MABR也有片式膜或平板式膜的形式，但為了保證不過分影響應(yīng)用于生化池體內(nèi)的流態(tài)，增大膜與污染物的接觸面積，一般應(yīng)用于污水處理中，中空纖維式的膜具有更好的優(yōu)勢。MBR膜主要功能用作過濾，而MABR膜只是用于傳遞氧氣，所以一般情況下不會受到污染和堵塞，這些保證了MABR的穩(wěn)定可靠性，膜絲有一個比較長的更換周期，一般來說能夠超過10年。

單純從技術(shù)的角度進(jìn)行探討，MABR如何解決污水處理提質(zhì)增效的問題呢？首先從提質(zhì)角度來看MABR，MABR技術(shù)本身也可以說是一種IFAS工藝的處理技術(shù)，膜在正常工作時置于生化池內(nèi)時，一般而言對提標(biāo)改造項(xiàng)目來說都是缺氧區(qū)，膜絲的外表面會形成一層生物膜系統(tǒng)，當(dāng)然，每種生物膜系統(tǒng)都有其優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)，要對所有生物膜系統(tǒng)進(jìn)行一個全面的總結(jié)是比較困難的，生物膜法有些共性的優(yōu)勢是顯而易見的，生物膜固著于固體表面上的生物膜對廢水水質(zhì)、水量的變化有較強(qiáng)的適應(yīng)性，操作穩(wěn)定性好。不會發(fā)生污泥膨脹，運(yùn)轉(zhuǎn)管理較方便，即使增殖速度慢的微生物也能生長繁殖。而在活性污泥法中，世代期比停留時間長的微生物被排出曝氣池，因此，生物膜中的生物相更為豐富，且沿水流方向膜中生物種群具有一定分布。生物膜法同高營養(yǎng)級的微生物存在，有機(jī)物代謝對較多的轉(zhuǎn)移為能量，合成新細(xì)胞即剩余污泥量較少。

MABR

僅針對MABR的生物膜系統(tǒng)，有一個特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)是相對其他生物膜系統(tǒng)來說十分鮮明的，就是氧的傳質(zhì)由內(nèi)向外，決定了生物膜系統(tǒng)內(nèi)層靠近膜絲表面的是好氧微生物，外層是缺氧或厭氧生物膜。生物膜的傳氧的梯度方向與生物轉(zhuǎn)盤，生物濾池，MBBR是截然相反的。生物膜的梯度性決定了MABR可以具備同步硝化反硝化的功能，在有限的池容內(nèi)，可以直接完成對總氮的去除，這是非常顯著的優(yōu)點(diǎn)，也可以歸結(jié)為“提質(zhì)”。

同時生物膜的分布對碳源的有效利用是有提升效果的，大部分的好氧異氧微生物會富集在膜絲內(nèi)側(cè)，污水中的有效碳源必須要擴(kuò)散通過生物膜系統(tǒng)外側(cè)的缺氧或厭氧生物膜才能與之接觸。大多數(shù)碳源都是被反硝化利用，而不會過多地被好氧異氧微生物消耗，這也算是MABR技術(shù)能夠直接體現(xiàn)增效的一點(diǎn)。

然而MABR對于增效的體現(xiàn)不僅限于對碳源的高利用率，最重要的一點(diǎn)是，MABR本身作為一種曝氣，對氧氣的利用率是非常高的，換言之就是節(jié)能。事實(shí)上MABR傳氧的主要動力來源，并非來自于曝氣鼓風(fēng)，而是來自于存在氧濃度差異的自然正向滲透，甚至可以把MABR膜理解為人的肺，污水理解為人體的血液，而微生物就是血液中的血紅蛋白，所以MABR膜也可以說是滲透膜。

結(jié)合一些MABR資料和試驗(yàn)數(shù)據(jù)，以空氣作為介質(zhì)傳氧時，一般所排出尾氣的氧濃度在16%以下，氧利用率在25%以上。也許可能會有疑問，25%左右的氧利用率，池深較深的微孔曝氣似乎也能達(dá)到，那MABR的優(yōu)勢何在？原因是MABR在曝氣的過程中并不需要克服水的底部靜壓，氣液并不是直接接觸傳氧，而中空纖維膜的壓損是非常低的，一般不會超過10kpa，所以在選擇曝氣鼓風(fēng)機(jī)的時候，在風(fēng)壓要求上就可以大大降低，某些研究數(shù)據(jù)是可以佐證這一點(diǎn)的。MABR的曝氣動力效率可達(dá)到10kgO2/kwh，在適宜條件下甚至可以達(dá)到14kgO2/kwh，這個數(shù)值是傳統(tǒng)曝氣形式的3-4倍，相應(yīng)而言幾乎能夠節(jié)約75%的曝氣電耗。生化處理最主要的成本就來自于曝氣所需的電耗，對市政污水處理廠而言，曝氣的能耗幾乎會占據(jù)全廠能耗的50%以上，在曝氣上的增效，相信會讓更多污水處理運(yùn)營者有信心。

當(dāng)然沒有絕對完美的技術(shù)，以我本身淺薄了解再看MABR，也看到了MABR技術(shù)應(yīng)用的幾點(diǎn)問題。一是如何在大面積布置MABR膜和膜組件的池體里，有效的循環(huán)污泥，會不會影響影響原有生化系統(tǒng)的水流流態(tài)？這涉及一個水力動力學(xué)的復(fù)雜計(jì)算，或許針對不同目標(biāo)不同工程會有不同解決方案，但這確實(shí)是一個在前期值得認(rèn)真思考的問題。二是膜的可靠度高嗎？經(jīng)調(diào)研看來國內(nèi)外幾家擁有MABR技術(shù)的廠商，膜也是千差萬別，而對于MABR膜是否能長期適應(yīng)污水處理生化池的復(fù)雜情況，MABR比較害怕硬物劃傷，也害怕高含油，高硬度的污水，這幾點(diǎn)是值得擔(dān)心的。三是投資成本的問題，往往制約一個好技術(shù)發(fā)展的就是經(jīng)濟(jì)性的問題，MABR能夠幫你省錢，但是別忘了，以膜作為生物載體，目前看來是有些奢侈的，雖然回報(bào)很高，但最后算回經(jīng)濟(jì)賬的時候，還得需要有勇氣去接受它。

而隨著MABR技術(shù)的繼續(xù)發(fā)展和研究的深入，希望可以看到MABR能在國內(nèi)的污水處理市場上應(yīng)用起來，MABR已經(jīng)是一個基本成熟的技術(shù)，與目前國內(nèi)污水處理市場的契合度還是非常高的新穎技術(shù)，有機(jī)會并且有信心能在新一輪的“提質(zhì)增效”大展拳腳。

原標(biāo)題:淺析MABR膜曝氣技術(shù)在污水處理“提質(zhì)增效”的前景

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