在過去的100年中，活性污泥法在污水處理中得到了廣泛的應(yīng)用。但隨著成本的加大和排污指標(biāo)的日趨嚴(yán)格，市場對(duì)于污水處理技術(shù)提出了新的要求。然而創(chuàng)新的腳步并未停止，最新的污水處理技術(shù)正不斷推向市場。

在傳統(tǒng)的活性污泥污水凈化系統(tǒng)中，活性污泥的分離效果是污水處理系統(tǒng)性能好壞的一個(gè)重要評(píng)判指標(biāo)。低成本的分離技術(shù)，活性污泥的殘留量為3~5g/L。隨著污水凈化量的加大，殘留量也會(huì)相應(yīng)的成比例加大。此時(shí)，往往不能徹底的將凈化處理后的污水中的固體物質(zhì)過濾、分離出來，使得凈化處理后的污水中含有大腸桿菌和其他污水處理用的菌種。這就是為什么要使用膜生物反應(yīng)器來分離活性污泥的主要原因。

在膜生物反應(yīng)器中，污水的凈化處理也是利用生物技術(shù)進(jìn)行的。這里的膜起著物理隔離的作用，只允許凈化后的水通過，所有的固體物質(zhì)，包括微生物等都被隔離、過濾出來。采用這一技術(shù)后，被過濾隔離出來的固體物明顯增加，污水處理設(shè)備的污水凈化能力也相應(yīng)提高。同時(shí)，還省略了沉淀池，大大的減少了污水處理設(shè)備的占地面積。

實(shí)踐中使用的膜生物污水凈化設(shè)備原則上可分為管式和浸沒式兩大類。在好氧的生物污水處理設(shè)備中，使用的是浸沒式膜生物反應(yīng)系統(tǒng)。專門為此而研發(fā)設(shè)計(jì)的膜生物反應(yīng)裝置有的直接安裝在硝化池中，有的安裝在過濾容器處。在曝氣系統(tǒng)的幫助下，污水進(jìn)入膜生物反應(yīng)系統(tǒng)。這一措施可以清理粘附在濾膜上的污垢和雜質(zhì)；在濾膜的另一側(cè)，可生成輕微的負(fù)壓。在負(fù)壓吸力的作用下干凈的清水穿過濾膜，使得膜生物反應(yīng)器處理后的污水達(dá)到了回用的水質(zhì)。

目前，已經(jīng)有上千套浸沒式膜生物反應(yīng)器用于大大小小的污水凈化處理設(shè)備中了。這些膜生物反應(yīng)器的不同之處在于，對(duì)經(jīng)濟(jì)性有一定影響的濾膜模塊的結(jié)構(gòu)形式。

浸沒式膜生物反應(yīng)器

目前，膜生物反應(yīng)器的膜和膜組件的結(jié)構(gòu)形式繁多。其共同點(diǎn)是都具有從污水中過濾、分離生物物質(zhì)的功能。利用微濾膜和超濾膜，將活性污泥過濾出來。同時(shí)，其跨膜壓力損失也很小，只需很少的能源就可使污水穿過濾膜。超濾膜還可以過濾病毒，其表面也非常的光潔，易于清潔。因此，它更加適用于在這種情況下使用。
 
箱式結(jié)構(gòu)的Bio-Cel膜組件

就浸沒式膜生物反應(yīng)器的濾膜結(jié)構(gòu)而言，目前主要有兩種形式，毛細(xì)管式濾膜和平板濾膜。具體表現(xiàn)為：

利用毛細(xì)管式濾膜過濾時(shí)，液體介質(zhì)是由外向內(nèi)流動(dòng)的。集束的毛細(xì)管式濾膜以很高的充填密度而著稱。毛細(xì)管的長度可達(dá)2m，根據(jù)各個(gè)生產(chǎn)廠家的生產(chǎn)制造工藝不同，毛細(xì)管的兩端或者一端是固定的。

平板式濾膜系統(tǒng)中，各片濾膜之間是平行疊放在一起懸掛起來的。在兩個(gè)濾膜之間夾著一塊平板。濾膜的周邊與平板粘接在一起或者焊接成一體。在導(dǎo)流板的作用下，膜組件中會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)制性的流動(dòng)。這種形式濾膜的充填密度比毛細(xì)管式要小。

在選擇毛細(xì)管式或者平板式濾膜時(shí)，應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：

毛細(xì)管式濾膜

在毛細(xì)管式濾膜中，膜組件的污垢沉積和堵塞是最大的問題。當(dāng)毛發(fā)和纖維通過毛細(xì)管時(shí)毛細(xì)束會(huì)發(fā)生堵塞，卡在毛細(xì)管中，無法在清潔時(shí)徹底清潔出來。這將使得毛細(xì)管自上而下發(fā)生堵塞，逐步的減小濾膜的流通面積，使得本來就不大的面積越來越小。只能用手工方式對(duì)堵塞的毛細(xì)束進(jìn)行清理。

此外，在膜的底部容易積存過濾的污垢。而膜又是從下方固定的，沉積的污垢不易離開模塊。污垢逐漸積累起來，向上堆積，會(huì)減少過濾面積、使得效率降低。

為了避免上述兩種不良影響，在膜分離生物反應(yīng)器的入口通常安裝一個(gè)粗過濾器（濾網(wǎng)孔尺寸小于0.5mm）。這一措施可以降低上述兩種不利影響的作用，但是不能完全根除。一旦生物凈化池中的細(xì)菌進(jìn)入膜分離生物反應(yīng)器中，就有可能生長成堵塞毛細(xì)孔的纖維物。為解決這一問題，可以降低入口處污水中的營養(yǎng)物質(zhì)，使污水池中的好氧菌得不到生長繁殖所需的營養(yǎng)。

平板式濾膜

在平板式濾膜中，由于沒有濾膜纖維束，基本上不會(huì)形成毛細(xì)束的堵塞。大多數(shù)的平板式濾膜模塊下部都是完全敞開的，因此在模塊的下方不會(huì)出現(xiàn)污垢沉積。在平板式濾膜中，由于邊緣與支架之間的連接有可能因流量的減小而出現(xiàn)流通不暢（圖1）。另外，由于平板之間的間距不均勻，將產(chǎn)生不可避免的應(yīng)力變形，在應(yīng)用中還出現(xiàn)過縫隙堵塞的現(xiàn)象。解決這些問題的措施是利用高壓壓縮空氣進(jìn)行吹凈，避免污垢的聚集。與毛細(xì)管式濾膜不同，一般情況下平板式濾膜不能逆向沖洗，從而使得濾膜的清潔方案受到了一定的限制。

圖1 浸沒式濾膜工作時(shí)會(huì)遇到的問題

將毛細(xì)管式和平板式濾膜的優(yōu)點(diǎn)結(jié)合在一起

Microdyn-Nadir公司最新研發(fā)成功的浸沒式濾膜能夠很好的解決上述種種問題，該產(chǎn)品目前已申請(qǐng)了專利。它成功地將毛細(xì)管式濾膜和平板式濾膜的優(yōu)點(diǎn)結(jié)合在一起了。其平板式濾膜的使用經(jīng)驗(yàn)已積累了十余年。其中一種是利用專用材料連接兩塊濾膜組件，而不是真正使用“平板”的模塊結(jié)構(gòu)方式。它的邊緣是封閉的，通過模塊中間的孔來實(shí)現(xiàn)被過濾污水的吸取（圖2）。一塊塊這樣的膜塊垂直連接在一起構(gòu)成一個(gè)完整的膜組件。為了盡可能的減少過濾時(shí)的壓力損失，設(shè)計(jì)為在中部吸取被過濾的液體介質(zhì)。

從2008年開始，這種Bio-Cel膜分離生物反應(yīng)器也有了“模塊式”的結(jié)構(gòu)。這一創(chuàng)新性的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)進(jìn)一步提高了濾膜的維護(hù)保養(yǎng)和維修性能，使得在大型設(shè)備中使用這種系統(tǒng)變得更加靈活方便。在IFAT展會(huì)期間，新型的Bio-Cel BC-400型膜分離生物反應(yīng)器首次投放市場。它是專門為大型設(shè)備而研發(fā)設(shè)計(jì)的，濾膜面積為400m2�；谄淇膳c空心纖維相媲美的充填密度，使它能夠在較小的體積內(nèi)有著最大的過濾面積。
 
Bio-Cel膜組件的結(jié)構(gòu)：各個(gè)濾膜垂直的集成在一起，構(gòu)成一個(gè)組件

新型膜生物反應(yīng)器的優(yōu)點(diǎn)

■ 沒有成束的裝置，使用的是平板式濾膜；

■ 不起沫，因?yàn)檫@一系統(tǒng)是向下敞開的；

■ 沒有邊緣堵塞的現(xiàn)象，因?yàn)闉V膜的側(cè)面不受限制；

■ 沒有縫隙堵塞的現(xiàn)象，因?yàn)槟K的使用是非常靈活的，沒有引起縫隙變小的內(nèi)應(yīng)力；

■ 濾膜模塊可以反向沖洗，由于各個(gè)濾膜縫隙處有著很好的流體動(dòng)力學(xué)條件，因此其效率明顯的高于毛細(xì)管式濾膜；

■ 具有很高的充填密度。

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