国外膜生物反应器在污水处理中的研究进展魏源送

魏源送,郑祥,刘俊新(中国科学院生态环境研究中心水污染控制研究室,北京　100085)　　[]。,,。,,。,。。　　[];;　　[]TU992.3;X703.1　[]A　[]1005-829X(2003)01-0001-07Developmentsofmembranebioreactors(MBRs)forwastewatertreatmentinabroadWeiYuansong,ZhengXiang,LiuJunxin(ResearchCenterforEco-environmentalSciences,ChineseAcademyofSciences,Beijing100085,China)Abstract:Developmentsofmembranebioreactors(MBR)forwastewatertreatmentinforeigncountriearethor-oughlyreviewed.ThescaleandamountofMBRappliedtowastewatertreatmentareexpanding,however,membranefoulingismainlytheabstructivefactorofapplyingMBRfurthertowastewatertreatment.Itisnotedthatairsparginginhollowfibremoduleisefficientforamelioratingmembranefouling,thoughtherearemanycountermeasuresofmembranefoulinginMBR.ThecostanalysisshowsthattheapplicationofMBRmaybemuchcheaperinsmall/mid-scalewastewatertreatmentplants,butconventionalactivatedsludgeprocessesaremoresuitableforlarge-scalewastewatertreatmentplants.Themolecularbiologicaltechniqueallowsustostudymicrobialcommunityofmembranebioreactorsatthegeneticlevel.Keywords:membranebioreactors;wastewatertreatment;activatedsludge　　,,,〔1〕,。,。,,。,,,。　　〔2,3〕:(Membraneseparationbioreactor)();(Membraneaerationbiore-actor)(,);(Extractivemembranebioreactor)()。,。;。。　　2070,,2080(:),90,90。,()66%。—1—2003年1月第23卷第1期　　　　　　　　　　　IndustrialWaterTreatment　　　　　　　　　　　Jan.,2003Vol.23No.1,98%,55%。1〔3〕。表1　膜生物反应器在不同种类废水中的应用比例/%2724271291　1.1　好氧膜生物反应器处理效果　　2〔3〕。HRT()、SRT()CODBOD5,。,MBR20%～50%80%～100%。,。,MBR,。表2　好氧膜生物反应器处理城市和工业废水的效果和运行参数()COD/(mg·L-1)44.2～70251333～68000COD/(mg·L-1)3.9～18720～3840COD/%90～9890～99.8BOD5/(mg·L-1)98～256800～54400BOD5/(mg·L-1)0.8～10nd～520BOD5/%90～9790～97COD(MLSS)/(kg·kg-1·d-1)0～0.340.05～0.35/(g·L-1)10～20502～4020(VSS)COD/(kg·kg-1·d-1)0.03～0.450.012～2.72COD/(kg·m-3·d-1)1.2-3.20.25-16HRT/h2～2414～389SRT/d5-∞6.2～600/(L·m-2·h-1)5～3003.9～150/(L·m-2·h-1·MPa-1)200～200058～2000,,,,,,/μm0.02～0.50.001～0.2/(kW·h·m-3):2～10:0.2～0.4:8～271.2　厌氧膜生物反应器处理效果　　3〔3〕。,。、。:。,;,,。表3　厌氧膜生物反应器处理高浓度有机废水的效果和运行参数COD/(mg·L-1)6700～85000COD/(mg·L-1)80～5390COD/%90～97COD(VSS)/(kg·kg-1·d-1)0.038～0.12COD＊/(m3·kg-1)0.16～0.29/(g·L-1)7.6～56.6(COD)/(kg·m-3·d-1)1～28.5HRT/h12～170SRT/d25～161/(m·s-1)0.7～3.5/(L·m-2·h-1·MPa-1)25～2400,,/μm0.1～0.2:＊0.35m3/kg。1.3　影响好氧膜生物反应器运行效果的参数　　,HRTSRT、、、(、)。　　TMP,〔4〕,:4。　　、MBRCOD。MBRCOD1.2～3.2kg/(m3·d)〔3〕。(MLSS)12～25g/L,HRT5～6h,COD1.0～2.3kg/(m3·d),CODTKN96%95%〔5,6〕。COD6～13kg/(m3·d),(MLSS)10～22g/LHRT—2—专论与综述　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　2003-01,23(1)1.5h,COD95%～99%〔7〕。,〔8〕。,MBR。A/O(/):HRTBOD5TN(99%60%);,〔9〕。,TN,TP〔10〕。,Seo/,,TN92%,TP66%〔11〕。(、、),,TNTP80%95%〔12〕。,(Criticalflux)〔13〕,,,〔14〕。表4　分体式和一体式膜生物反应器的运行参数比较()()Zenon'sPermaflowZ-8Zenon'sZeeWeedZW-500/m2246/(L·m-2·h-1)50～10020～50/kPa40020～50/(m·s-1)3～5-/(m3·h-1)～40Qin/Qpermeate25～75-/(kW·h·m-3)4～120.3～0.6:。1.4　好氧膜生物反应器的膜污染机理及其控制　　〔15〕。,,。(IUPAC,Interna-tionalUnionofPureandAppliedChemistry),、,〔16〕。,:、、、〔17〕。1.4.1　膜污染机理　　3:(、、)、(、)、〔18〕。,,,,。,〔19〕,。(95～200mm6～10mm),(EPS,Extracellu-larpolymericsubstance),,,〔15,20,21〕。,Defrance、65%,30%5%〔22〕,,。CarrollBooker,,,,〔23〕。1.4.2　膜污染控制对策　　、/;;;;;;。、、、。　　(1)(、)、。:(→)(→)。。()()〔24〕。Zenon,MitsubishiRayon。,,。,。:;;—3—2003-01,23(1)　　　　　　　　　　　　　　国外膜生物反应器在污水处理中的研究进展();、、;。()〔25,26〕:1)-,,;2),(/=0.39/0.6mm),,,(/=1.8/2.7mm)。,Zenon;3),,,;4)。,,,;5),0.5～3.0m,0.2～0.35mm。(3mm),,(8.5,9.510mm),,〔27～29〕。　　(2),Field1995〔13〕。,、(DOTM,Directobservationthroughmicro-scope),,()〔13,30～33〕。〔31,33〕,,,,;DOTM;。,,,;,,,〔32〕。　　(3),()〔34〕:,(0.5m/s;Re≈1200),,(109m-1·s-1);(4m/s;Re≈9000),,。,Tardieu〔34〕。。,,(),。,〔1.2m3/(m2·h)3.6m3/(m2·h)〕,,。,〔15,35〕。　　(4)。,(※),5:(Bubbleflow)、(Slugflow)、(Churnflow)、(Annularflow)(Mistflow)〔36,37〕。:(Air-jet)(Air-lift)。,(),,〔27〕。,,,2～4〔36〕。1.5　好氧MBR膜对污泥特性和微生物群落的影响　　,、。1.5.1　污泥特性　　、。,,,,,,〔20,38～41〕。,,,,,。1.5.2　微生物群落　　。,〔42〕。,。(—4—专论与综述　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　2003-01,23(1)),,,〔41,43～47〕,。,,,,。()〔48〕。,(FISH,Fluorescentinsituhybridization),:,〔41〕。,FISHDGGE(Denaturinggradientgelelec-trophoresis):MBR;MBR;MBR(、),〔42〕。2　　　MBR,Zenon,MitsubishiRayon,Suez-LDE/IDIKubota。Zenon、MitsubishiRayonKubota,Suez-LDE/IDI。,MBR≤378.5m3/d,3785～18925m3/dMBR〔49〕。2.1　实例分析　　ArapahoeLoneTree,2(SBR),3000m3/d。,SBRZenoGem〔4〕。19988199945。2.2　经济分析　　,:(1)(),,;(2),Kubota3a8a,;(3),Kubota(表5　ZenoGem在美国科罗拉多州LoneTree城市污水处理厂的应用情况/(m3·d-1):3800;:3306/(m3·d-1):5700;:3952/9144ZW-500(,)/m2144×46=6624/m3380/m3440MLSS/(g·L-1)12～15MLVSS/(g·L-1)8～10SRT/d:15～20;:14.4～18.6HRT/h3.8HRT/h2.4BOD5/(mg·L-1):205;:2.8;:5NH4+-N/(mg·L-1):34.6;:4.4(TN);:10(TN)TP/(mg·L-1):15.8;:0.11;:5;:0.2rogTSS/(mg·L-1):251;:2.2;:5BOD5(TSS)/(kg·kg-1)0.8表6　一体式膜生物反应器(SMBR)和传统活性污泥(CAS)污水处理厂的经济分析和比较SMBRCAS/235037500235037500/(m3·d-1)140022500140022500/(m3·d-1)6501050065010500/￡5930415608559304156085PST/ASP/FST/￡5190001669562/￡4800006200000/￡700013642921900325573/￡1260009560953800001787783/￡61300072925249802043942259/￡20000295312000050000/￡4200500042004200/￡1000010691713000148070/￡30000460563/￡11173334741900062460/￡7537360210156200264730/(￡·m-3)11.56.213.24.9)1992US＄400/m21999US＄100/m2〔50〕。:2000m3/d(Kubota),1992,2004,、,—5—2003-01,23(1)　　　　　　　　　　　　　　国外膜生物反应器在污水处理中的研究进展,,〔50〕。Davis〔51〕(6),: