1.1生物膜法
生物膜法是利用附著(zhù)在填料或載體上生長(cháng)、繁殖的細菌、原生動(dòng)物、后生動(dòng)物等微生物形成的生物膜處理廢水。主要有生物濾池、生物轉盤(pán)、生物接觸氧化、生物流化床等，目前已經(jīng)廣泛的應用在各個(gè)領(lǐng)域的廢水處理中。
1.2膜生物反應器
膜生物反應器是膜技術(shù)和活性污泥法相結合的一種廢水處理技術(shù)。在反應器中可以維持高的生物量，實(shí)現水力停留時(shí)間和污泥停留時(shí)間相分離以及產(chǎn)生的污泥量少，處理效率高，出水水質(zhì)好，設備緊湊，占地面積小等優(yōu)點(diǎn)。目前對膜生物反應器的研究已經(jīng)相當成熟，并且已經(jīng)廣泛應用在各個(gè)領(lǐng)域的廢水處理中。
1.3生物膜-膜生物反應器
生物膜-膜生物反應器(BMBR)是將膜分離與生物膜法技術(shù)相結合的一種新型廢水處理工藝，是一種既能控制污染又能實(shí)現廢水資源化的新興技術(shù)[2]。該工藝技術(shù)對污染物的去除作用主要是依靠附著(zhù)在載體上生長(cháng)的微生物來(lái)完成，截留作用主要體現在膜以及膜上面形成的濾餅層的過(guò)濾作用上。廢水中的有機污染物的降解主要由三部分組成：一是附著(zhù)在載體和少量膜組件上的生物膜的降解作用;二是生物反應器內懸浮微生物對有機物的降解作用;三是利用膜對有機大分子的截留作用，這樣有機大分子與微生物接觸反應的時(shí)間就更長(cháng)，更能被有效的降解去除。目前，BMBR還處于實(shí)驗研究階段，國內外對此的報道尚不多。
2生物膜-膜生物反應器的原理及特點(diǎn)
2.1工作原理
BMBR是在膜生物反應器內投加填料或培養形成顆粒污泥，微生物在填料表面附著(zhù)生長(cháng)形成生物膜，廢水攜帶著(zhù)污染物和氧氣流過(guò)生物膜時(shí)，廢水中溶解氧被消耗，有機污染物被生物膜上的微生物吸收降解使廢水得以?xún)艋?微生物不斷生長(cháng)繁殖，生物膜也不斷增厚，增厚到一定程度時(shí)，在生物膜內形成缺氧或厭氧層，為生物脫氮、除磷提供條件;通過(guò)在反應器底部曝氣，使生物膜受到水的剪切力不斷脫落更新，處理后的廢水經(jīng)過(guò)膜組件分離后排放[3]。劉琳等[4]曾做過(guò)兩段式生物膜-膜生物反應器處理廢水的試驗，結果顯示BMBR運行穩定后出水水質(zhì)好，COD、氨氮、TP去除效率分別為95%、80%、60%以上。Wang等[5]利用好氧顆粒污泥-MBR處理合成廢水，結果表明，當進(jìn)水總有機碳為56.8~132.6mg/L，氨氮為28.1~38.4mg/L時(shí)，TOC、氨氮、總氮的去除率分別84.7%~91.9%，85.4%~99.7%，41.7%~78.4%。
2.2生物膜-膜生物反應器的優(yōu)點(diǎn)[6-9]
(1)BMBR綜合了生物膜法和MBR的優(yōu)點(diǎn)。反應器內由于填料的加入，使得懸浮污泥的濃度降低，改善了膜的通量、降低了膜的阻力、在一定程度上減緩了膜的污染，使膜的運行周期更長(cháng)，減少了膜的清洗次數，降低處理工藝的動(dòng)力消耗。
(2)SS的去除率較好。生物膜法中如果厭氧層過(guò)厚，生物膜脫落后會(huì )產(chǎn)生大量的非活性的細小懸浮物分散于水中，使出水的澄清度降低，而B(niǎo)MBR由于膜分離設備的截留作用可以有效解決這個(gè)問(wèn)題。
(3)有較好的脫氮、除磷效果。硝化菌是化能自氧菌，在混合培養的活性污泥中無(wú)法與異養菌競爭，所以在MBR中脫氮效果并不是很好，而投加了填料的BMBR可以承載大量的生物量，有利于世代時(shí)間較長(cháng)的硝化菌生長(cháng)，而且由于BMBR中形成了厭氧環(huán)境，脫氮效果會(huì )有所提高。
(4)由于生物膜上的微生物種類(lèi)豐富，載體的添加可以給微型動(dòng)物提供了相對穩定的生長(cháng)環(huán)境，存在相當數量的原生動(dòng)物和后生動(dòng)物，組成較長(cháng)的食物鏈，所以生物膜膜生物反應器產(chǎn)生的污泥量少。
2.3生物膜-膜生物反應器的缺點(diǎn)
BMBR和MBR一樣同樣具有以下2個(gè)缺點(diǎn)：(1)膜污染問(wèn)題，沒(méi)有有效的清洗技術(shù)。膜污染速率隨著(zhù)溫度的下降而呈現加劇趨勢。(2)膜的制造成本高。
3生物膜-膜生物反應器的研究進(jìn)展
1996年，美國的Dorr-Oliver公司首先將MBR用于廢水處理的研究以后，許多學(xué)者相繼對MBR進(jìn)行了大量的實(shí)驗研究并開(kāi)發(fā)了多種MBR的變形新工藝，如分離式MBR、厭氧式MBR、一體式MBR等。20世紀90年代以后，MBR得到了最迅猛的發(fā)展，1995年以后MBR在國外尤其是在美國、日本、加拿大等國進(jìn)入了實(shí)際應用階段。隨著(zhù)MBR在實(shí)際運行中膜污染的問(wèn)題出現，有的學(xué)者在研究此問(wèn)題時(shí)指出，在MBR中，由于膜組件與活性污泥混合液的直接接觸，在膜組件表面生長(cháng)出生物膜是不可避免的，也就是說(shuō)膜污染的問(wèn)題是不可避免的，膜污染在導致膜通量下降的同時(shí)也使出水水質(zhì)變差，但是當時(shí)都未對此進(jìn)行深入的探討，直至后來(lái)BMBR的提出。一些學(xué)者認為將膜分離技術(shù)和生物膜法相結合，將會(huì )有更大的優(yōu)勢。BMBR工藝最早是日本科研人員針對低濃度氨氮廢水處理提出的新工藝。澳大利亞新南威爾士大學(xué)膜與分離中心的FaneAG曾采用生物濾池與分離式膜分離設備相結合處理生活廢水，取得了很好的處理效果[10]。在膜分離技術(shù)與生物膜相結合的BMBR方面，國內哈爾濱工業(yè)大學(xué)較早做此方面的工藝研究[11]。
3.1生物填料-MBR
在MBR中投加填料，微生物附著(zhù)在填料表面生長(cháng)、繁殖形成生物膜。相較于傳統的MBR而言，填料上微生物種類(lèi)更加豐富，提高了反應器對有機物的去除率，具有更強的適應性和穩定性以及較強的抗沖擊負荷能力，同時(shí)也減少了懸浮的微生物，而且有些填料對胞外聚合物和某些溶解性產(chǎn)物等容易引起膜污染類(lèi)的物質(zhì)有吸附作用，這樣有利于減少膜污染，減緩膜通量的下降速度。
朱友兵等[12]在研究改良性聚丙烯懸浮載體-MBR處理廢水時(shí)發(fā)現懸浮載體-MBR的去除效果較好，COD，NH3-N的去除效果都在90%以上，甚至達100%，出水的濁度接近零。生物填料-MBR處理工業(yè)廢水也具有較好的效果。黃健盛等[13]用投加多孔性聚合物填料的一體式MBR處理化工廢水，結果表明，反應器穩定運行后，COD、NH3-N、TP的去除率分別為80.25%~87.15%、73.32%~99.78%和87.09%~93.82%。
YangQiqiong等[14]在研究一些多孔、軟性懸浮載體對膜污染的影響時(shí)發(fā)現，在MBR中投加懸浮填料可以減緩膜污染的形成，膜的臨界通量提高了大約20%，濾餅阻力減少了86%，膜污染的程度明顯低于未投加填料的MBR。鄭力菲等[15]研究發(fā)現，投加最適量(800mg/L)的粉煤灰，膜通量的衰減量最小，反應器的除磷效果明顯增高，從原來(lái)的60%提高到90%。
填料MBR中，填料和膜是反應器的核心，在填料的選擇上應該謹慎，如果填料的選擇不當，不但沒(méi)有優(yōu)勢，反而會(huì )損壞膜組件。
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