沉浸式生物膜反应器的新型曝气系统简介.doc

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1、沉浸式生物膜反应器的新型曝气系统简介蔡高荣、谢宏炅、刘颖、董彬彬川源（中国）机械有限公司摘要：现行生物滤膜反应器（MBR）所采用的曝气方式常以穿孔曝气器为主，其主要考虑为搅拌效果。唯穿孔曝气器所产生的气泡粒径颇大，直接造成溶氧效率低下，为满足溶氧的需求，只有加大曝气量，造成能耗的提升。为此，发展出喷射式曝气系统为主体，适用于MBR系统的曝气器，利用喷射式曝气系统的高溶氧效率及高搅拌能力，降低曝气系统能耗，同时可利用曝气系统所附加的反冲洗系统，降低滤膜阻塞的情形。关键词：生物滤膜、MBR、穿孔式曝气、喷射式曝气、低能耗一、概

2、述生物滤膜反应槽系结合滤膜过滤技术与生物反应槽来处理污染废水，一般滤膜在生物反应槽中主要用途可分为三种，最常见系利用滤膜优良固液分离能力，将活性污泥与处理水分离，藉此取代传统终沉池效用；第二种形式则是利用滤膜来当作生物反应槽中的无泡式曝气系统，将氧气通入滤膜中，作为反应槽中氧气质量传输之用；第三种则是利用滤膜来萃取废水中无法被传统污泥程序所去除的有机污染物，而剩余污染物再由生物处理程序去除。MBR名词最早出现于1969年文献中，当时是利用微滤膜当作固液分离设备，以此取代并省下传统活性污泥法的终沉池所需面积。1970年代滤膜

3、技术引进日本市场，日本学者Yamamoto首先将中空纤维滤膜结合于活性污泥系统，利用孔径为0.1mm之中空纤维滤膜置入传统活性污泥好氧槽内，再经由泵浦直接将处理完成之放流水抽出，结果显示经处理后之放流水质极佳，其COD与TOC去除率分别可达到95%和97%，60%的氮亦藉由间歇曝气的脱硝作用去除，因而逐渐引起各界高度重视，纷纷开始着手进行相关研究。到今日，MBR系统已被广泛应用于家庭废水处理、城市废水处理、纺织厂废水处理、纸浆废水处理及面包食品工厂废水处理等。自冷战结束后，美国及世界各国面临传统武器及核子武器过剩、需分解破

4、坏的难题，在这些武器当中发现最常使用的致癌性化学药品为RDX（Hexahydro-1,3,5-trinitro-1,3,5-triazine）。根据研究指出，RDX可以利用碱水解来快速破坏分解，但会产生含甲酸、乙酸、甲醛、胺及亚硝酸的高污染性废水。ZohandStenstrom尝试利用连续流式缺氧MBR系统来处理人工仿真合成废水并探讨其处理效率，实验结果证明MBR系统可以有效处理仿真RDX水解后废水，其COD、NO3--N及NO2--N去除率分别为97%、93.3%及55%，在操作负荷上最高可达0.50kgN/kgMLVS

5、S/d与1.82kgCOD/kgMLVSS/d（F/M=0.5kgN/kgSS/d）。二、薄膜单元近年来在水处理程序上应用薄膜已经相当广泛，唯须考虑其经济性。依水回收用途及原水水质状况才能决定采用适当的薄膜。目前主要使用于污水处理的薄膜大都为MF与UF。其主要功能是去除污水中的悬浮颗粒、细菌、病毒、有机物。若使用RO，则可更进一步去除有机物、氮、磷等物质。生物薄膜程序中，一个重要单元即为薄膜分离单元，故对薄膜的基本原理与性质亦需有正确的了解，兹以薄膜分类与功能、薄膜操作影响因子与应用与薄膜使用的限制及缺点等项目分述如下：1

6、、薄膜的材质分类薄膜程序是利用不同种类的薄膜材料，通过筛滤、渗透或电泳等方式达到溶质分离的效果。一般常用于水及废水处理之薄膜，其孔径介于0.0001-2micron之间，分为MF、UF、NF、RO，孔径最大为MF，最小为RO。由于MF及UF孔径较大，能截留分子量较大之物质，故多使用于工业废水处理及二级处理水再利用。而RO由于孔径小、成本高，用于海水淡化及家庭用净水器较多。依薄膜的材质来分，常用的薄膜材质有聚酰胺膜醋酸纤膜等。若依处理对象的性质来分，薄膜可以分为亲水性与疏水性薄膜，由此可因水样性质不同而选择适合的薄膜。滤膜材

7、质的选择极为重要，不同材质特性会造成不同的过滤效果，进而影响滤膜阻塞与否，对可以过滤的时效也会相对改变。以日本三菱公司所生产的中空纤维膜而言，采用的材质为聚乙烯，其表面经过“永久亲水性”的处理，因而具有不会吸附有机物的特性。由于这些有机物多半为菌类，大多由蛋白质构成，且蛋白质具有亲油性特质，因此可减缓滤膜孔径阻塞的现象。若聚乙烯本身为疏水性材质，则会吸附蛋白质、细菌等有机物，因此不经处理的PE膜在经过一段时间操作后，其过滤通量会因膜表面阻塞而造成明显快速的下降，清洗膜的频率也会相对提高。2、薄膜的应用范围与功能各种薄膜形式

8、的应用范围与功能见表1，可知薄膜最主要的功能在于过滤机制。图1显示一般在活性污泥槽中污泥的粒径大小的分布，由图中可发现小于0.1µm的颗粒只占总体积分布的0.3%，若采用0.1µm孔径的中空纤维膜，则滤膜对悬浮物的去除率可达99.7%以上。此外若选择0.4µm孔径的中空纤维膜，由于当污泥浓度高时污泥会聚