山东博润环保科技有限公司
当前位置:首页 > 应用文库 > 环保知识
应用文库
  • 山东博润环保科技有限公司
  • +86 533 2289560
  • +86 533 2287028
  • info@borun.cn
  • www..borunep.com
  • 山东省淄博高新技术开发区裕民路369号
  • No.369 Yumin Road, High&New Technology Distruct; Zibo,Shandong China
【深度】厌氧膜生物反应器 起死回生还是昙花一现?

厌氧膜生物反应器/从兴起到停滞


厌氧膜生物反应器概念的出现可追溯至上世纪的70年代,1978年Grethlein等人在将外置的膜组件应用到废水厌氧处理过程中发现其可以获得良好的处理效果(85%-95%的BOD去除率,72%的硝酸盐去除率以及24%-85%的磷酸盐去除率)。


这一技术自问世之初便获得了人们的青睐,针对它的研发工作也相继展开。20世纪80年代美国Dorr-Oliver公司在处理乳制品废水的过程中成功应用了名为MARS的厌氧膜生物处理工艺,得到了良好的处理效果。但是MARS系统只进行了中试规模的实验,并未获得实际工程的应用。


与此同时,日本也成功应用厌氧膜生物反应器处理高浓度有机废水,并且实现了水的再生利用。20世纪80年代末期在政府的鼓励和支持下,日本启动了为期6年的“水再生计划”,正是在这一计划的推动下,厌氧膜生物技术得到了较好的发展并在一定范围内得到了应用。


从1987年开始,厌氧消化超滤膜系统在南非进行了工业废水处理的应用研究并开展了一系列中试和实际工程项目。在这过程中,以预分离-厌氧消化超滤膜系统-氨吹脱-反渗透-气体纯化-产能为一体的能源资源回收工艺也得到了初步的研究和运行。

20世纪90年代迎来了膜生物处理技术发展的第一个黄金期,但是厌氧膜生物处理系统却并未在这一次技术更迭的浪潮中获得大范围的工程化应用,这主要受制于当时的技术发展水平和厌氧膜生物反应器自身的技术瓶颈。首先,虽然厌氧生物处理技术在当时已经取得了长足的进步和突破,但是其出水水质仍然无法与好氧技术相媲美,单一的厌氧处理单元尚无法圆满完成有机污染物去除的任务。


其次,在厌氧处理过程中,废水中的一部分营养物被微生物代谢吸收,但由于厌氧微生物世代周期长,对营养元素的去除能力非常有限。不仅如此,厌氧条件下的氨化作用会增加废水的氨氮浓度,同时会释放大量的磷酸。再者,厌氧生物处理系统尚无法在低温条件下获得良好的去除效果。厌氧系统的这些固有缺陷使得厌氧膜生物反应器的发展遇到了技术瓶颈。


与好氧膜生物反应器相比,厌氧膜系统的膜污染状况更为严重。在厌氧系统中,膜表面形成的滤饼层更加致密,多孔透过性差从而加快了膜污染的速率。由于厌氧特殊的环境要求,在膜清洗的操作上厌氧系统比好氧的要求更高。此外,由于当时膜材料成本的居高不下,导致膜组件投资费用昂贵。因此,虽然厌氧膜生物反应系统在发明之初受到了热捧,但是由于影响系统性能的上述几个关键难题未获得突破,研究人员便将重心转向了好氧膜生物反应系统的研发和应用工作上了。


曲折中前行/厌氧膜生物反应器的再次起航


虽然研究人员更为侧重好氧膜生物反应器的设计研发工作,但是却并未完全放弃厌氧膜系统的研究工作。随着近年来废水“零废物”处理概念以及资源化处理概念的提出,逐渐使得厌氧膜生物系统重新受到青睐。


2011年,斯坦福大学土木和环境工程系McCarty教授和韩国仁荷大学Bae教授课题组联合在环境领域国际顶尖期刊《EnvironmentalScience&Technology》上发文报导了厌氧流化床-厌氧流化床膜生物反应器两级串联工艺应用于模拟城市废水处理的研究工作,从而掀起了厌氧膜生物反应器新一轮的研究热潮。他们通过在反应器内填充颗粒活性炭作为微生物附着生长的介质,提高系统的处理效率并且颗粒活性炭在流化后还能对膜表面进行冲刷,显著缓解膜污染。


其实验室试验结果表明在中温运行条件下系统的出水中的COD浓度可低至7mg/L。该耦合体系的总耗能仅为0.058kWh/m3,该部分能量只占回收得到的甲烷能量值的30%,彰显了厌氧膜处理系统在城市污水处理的巨大潜力。此后,他们对反应器的运行参数如溶解氧浓度和流化床填充介质种类等进行优化,并评估了该套系统在处理实际城市污水方面的效能。


2012年他们着手开展了规模为12m3/d的中试应用研究。当反应器启动完成后,系统在冬天(气温为9℃)运行时其出水中COD在23mg/L以下,其处理效果完全达到了活性污泥法的水平。反应器内仅依靠颗粒活性炭的冲刷而无需化学药剂的清洗便可将膜通量维持在一个较高的水平,系统的总能耗约为0.227kWh/m3。