 MABR原理浅析     MABR是气体分离膜技术与生物膜法污水处理技术相结合产生的新型污水处理工艺。MABR 装置主要由曝气膜组件和微生物膜两部分组成。利用中空纤维曝气膜作为微生物膜附着载体并为微生物无泡曝气，污水在附着生物膜的曝气膜周围流动时，水体中的污染物在浓差驱动和微生物吸附等作用下进入生物膜内，并经过生物代谢和增殖被微生物利用，使水体中的污染物同化为微生物菌体固定在生物膜上或分解成无机代谢产物，从而达到对水体的净化过程。
MABR的基本原理可以归纳为三点：无泡曝气、异相传质、分层结构。
1、无泡曝气 MABR 采用微孔膜（如疏水性聚合物膜）或透气性致密膜（如硅橡胶膜）进行无泡供氧。采用膜组件形式有管式膜和中空纤维膜，且以后者为多。一般气相走膜内腔，废水在膜外侧流动。无泡曝气的传质阻力小，氧转移速率高，且无泡曝气的装置体积和能耗都更低。
与传统曝气相比，无泡曝气还具有以下优点： ①在供氧过程中，生物膜不会受到气泡摩擦，不易脱落； ②氧传递到生物膜过程中不经过液相边界层，因此，传质阻力比常规曝气法小得多，能耗大大降低： ③曝气过程不产生气泡，避免了传统曝气时污水中易挥发性物质随气泡进入大气而对环境造成的污染，同时不会由于表面活性剂的存在而产生泡沫。 ④曝气过程中气液两相分离，溶液的混合与供养互不干扰，因此可以各自独立设计，反应器的形式更加灵活多变。 根据气体在膜管内的运行，可以将供氧方式分为贯通式（flow - through )和闭端式（dead -end）两种。
贯通式会不可避免的损失一部分气体。闭端式虽然不损失气体，但会有一部分溶解在水体中的氮气、二氧化碳气和水蒸气反向扩散到膜管内，直致达到饱和状态，最后积累在管的末段，有效的传质面积逐渐减少，传质效果会悉化。 而贯通式不存在这样的问题。尽管气、二氧化碳和水蒸气会进入管内，但都会随着伉流被带到管外而建立起一个平衡。
MABR 的膜材料可以分类：微孔膜，如聚四氯乙烯；致密膜，如硅树脂：还有将致密膜薄层覆盖在微膜上的复合膜。 (1）微孔膜 微孔膜传质是通过微孔内体的均相传递来实现的。在微孔膜内，气体在膜内传递时的阻力可以忽略的。然而，微膜的一个缺点是如果液体渗透到了微孔内，依靠液相压力和微孔直径的传质效果的降低将会出现，同时，蛋白质和细胞残骸等物质可能会导致微孔变成亲水性的，并充满了液体，因而，长期的使用微孔膜的操作是不适宜的。此类膜材米料的另外的一个缺点是较低的泡点，限制了膜界面的压力的最大值。 徽孔膜已经应用在一系列的MABR实验装置中然而，并非是所有的微生物都成功地附着在其上并生长为生物膜，电显微镜的观测证明，对于微孔孔径为10微末的微孔膜，细菌的细胞在绝大多数的微孔的内壁附着并生长。  (2）致密膜 致密膜的组分传质机理属于溶液扩散。较高的渗透性源自氧气等组分在硅树脂中的溶解度要数倍高于其在水中的溶解度。与微孔膜同样厚度的硅树脂膜并非都是适用的，但它的优点是允许使用较高的膜界面压力。当使用纤维加强型的硅树脂，其压力可以大到3×105Pa．由于致密膜对化学物质和机械压力具有很高的抵抗性，因而可以应用在膜曝气中。 不像是微孔膜，膜孔的堵塞和灾难性的液体进入对于致密膜而言不算什么问题。然而，到目前为止，还没有全面系统地对 MABR 氧传质特点进行分析。 复合膜 复合膜在 MABR 中的应用最早由 Wilderer PA 提出。1微米厚度的聚合物覆盖在微孔膜上（微孔孔径0.04-1.0微米），这样来获得无泡曝气，而且压力可达到 6.95×10，复合膜兼有微孔膜和致密膜的特点。 2、异相传质 氧和营养物分别从生物膜的两侧（即生物腿的异相）进入到生物膜内，而在常规的生物膜系统内，氧和营养物从膜的同侧进入膜内，这是无泡曝气生物膜系统传质的最特殊之处，见下图的对比：
3、分层结构 由于无泡曝气和异相传质这两个重要因素，再加上传质阻力的存在，附着在膜材料上的生物膜内部出现了氧和底物的浓度梯度分布而出现了活性中心分层的结构。
理解 MABR 独特的分层结构是理解其所具有的处理性能的基础。以硝化反硝化为例，由于微生物膜内部存在非常明显的氧和底物的浓度梯度，在最外层，溶解氧浓度较低，而有机碳源充足，适合反硝化反应的进行；而在生物膜的层，溶解氧浓度很高，有机碳浓度较低，适合硝化质应的进行。因而 MABR 非常适合完成同步硝化反硝化脱氮的功能。
1、相比传统污水处理工艺，可降低90%的能耗 2、减少污泥产量 3、节省占地，低异味和低噪音 4、出水品质高
5、操作简单，运行维护成本低。 6、在更短的停留时间内需要更少的氧气，且不会影响硝化作用 7、减少了同步硝化/反硝化的需氧量，且不需要回流泵 8、比微孔曝气器拥有更高的氧气床各地效率 1、对挥发性有机物的去除 挥发性有机物在传统曝气生物讲解过程中，挥发性组分会随着气泡进入大气，造成二次污染，MABR具有无泡曝气的特点，因此在曝气时不会由于表面活性剂的存在而产生泡沫。
2、高浓度污水应用 MABR可在较高的氧分压下通过膜曝气的形式供氧，氧气可不形成气泡直接被附着在曝气膜表面的生物膜利用，因此可以获得较高的传氧速率和氧气利用率，相应的就获得了较高的容积负荷。因此MABR适用于使用纯阳作为气源处理高浓度废水。 3、高氨氮废水应用 MABR具有无泡曝气的特点，氧气的传质效率近乎100%，生物膜的厚度较薄，因此试验中的硝化反应速率较高，使用该工艺 ，限制硝化速率的因素仅仅与膜材料可以供给给生物膜的有效面积有关系，表面积越大，硝化速率越高。 4、同步除碳和脱氮 MABR系统中，通过控制供养条件特殊的生物膜分层结构，此结构中：内层为好氧层、外层为厌氧层。内层氧气浓度高且有机底物含量低，适宜硝化菌富集。外层处于缺氧/厌氧状态，且有机底物丰富，为反硝化提供了良好的条件。因此MABR能被用来在统一生物膜内有效的实现同步硝化反硝化和有机碳的去除。 END |
|
|
