宋虹

(天津農(nóng)學(xué)院，天津 300384)

1 微藻的簡介

微藻是一種可以進(jìn)行光合作用并利用光合作用進(jìn)行自養(yǎng)而不斷生長的低等微型植物，通常生長于淡水和海洋系統(tǒng)的水體或者沉積物中。光合作用是微藻生存的最重要條件。微藻根據(jù)物種的不同，在生存的環(huán)境的直徑上也有所不同，范圍可以在幾微米到幾百微米。微藻通常依附于它們所選擇的環(huán)境上，以光合作用來確保自身的生存，大氣中有一半的氧氣都是由微藻所產(chǎn)生的，可見微藻的強(qiáng)大。微藻是環(huán)境中十分不起眼的生物組織，但它們的作用是其他植物難以匹敵的。微藻可以對周圍環(huán)境中的其他植物也產(chǎn)生影響，可以為整個(gè)生態(tài)系統(tǒng)提供營養(yǎng)。微藻在凈化環(huán)境上具有十分重要的作用，因此微藻成為處理廢水的研究對象[1]。

2 微藻膜-生物反應(yīng)器的三種類型

2.1 曝氣膜-生物反應(yīng)器(membrane aeration biofilm reactor,MABR)

曝氣膜-生物反應(yīng)器是采用透氣性致密膜或微孔膜以板式或管式等方式進(jìn)行組裝，在保持氣體分壓低于泡點(diǎn)的情況下，可實(shí)現(xiàn)生物反應(yīng)器的無泡曝氣。傳統(tǒng)工藝曝氣中氣泡大小難以控制，停留時(shí)間難以固定，而曝氣膜-生物反應(yīng)器對這一問題進(jìn)行改良，增加了接觸時(shí)間和傳氧效率，能夠有效控制曝氣工藝系統(tǒng)。

2.2 萃取膜-生物反應(yīng)器(extractive membrane bioreactor,EMBR)

萃取膜-生物反應(yīng)器有利于處理酸堿度或者對微生物有毒的廢水。萃取膜采取膜隔離的方式，將微生物與廢水隔離為兩個(gè)區(qū)域，膜能選擇性地濾入無毒的污水進(jìn)行處理，污水與微生物互不影響。傳統(tǒng)的處理工藝中，污水直接與微生物進(jìn)行接觸，會(huì)對微生物的生存環(huán)境造成不良影響，產(chǎn)生有毒氣體造成空氣環(huán)境污染。萃取膜生物反應(yīng)器將微生物與污水分離，通過膜的過濾，保護(hù)微生物的生存環(huán)境，保證了水處理系統(tǒng)的穩(wěn)定，保證污染物的降解率[2]。

2.3 固液分離型-生物反應(yīng)器

在傳統(tǒng)的廢水處理反應(yīng)器中，離不開活性泥對污染物的降解，但活性泥降解污染物能應(yīng)用的范圍較小，在許多地區(qū)難以實(shí)施，且活性泥的清洗工作難度大，而固液分離型-生物反應(yīng)器對活性泥的使用進(jìn)行了改良，大大提升了固液分離的效率。

3 微藻膜生物反應(yīng)器的工藝類型

3.1 分置式

分置式是指將膜組件和生物反應(yīng)器分開設(shè)置，在水處理過程中，部分可過濾混合物體通過膜組件進(jìn)入系統(tǒng)內(nèi)部進(jìn)行污水處理，而大型的污染物則被截留在膜的外面，隨著濃縮液回到生物反應(yīng)器內(nèi)。分置式更方便對膜的清洗和組件的更換，便于對設(shè)備進(jìn)行修理。但分置式采用高強(qiáng)度的旋轉(zhuǎn)的模式，容易造成微生物死亡或失去作用，加速了設(shè)備的老化和損壞，增高維修費(fèi)用[3]。

3.2 一體式

一體式是指將膜組件放置于生物反應(yīng)器內(nèi)部，污水先進(jìn)入生物反應(yīng)器，再經(jīng)過膜才能流入內(nèi)部，有效地過濾了污水中的污染物和雜質(zhì)，有利于污水的處理，且相較于其他方式，所需的占地面積較小，能夠運(yùn)用于更多地區(qū)。但一體式組合模式容易導(dǎo)致膜污染，需頻繁清洗膜組件，加速膜的損壞[4]。

3.3 復(fù)合式

復(fù)合式與一體式大致相同，復(fù)合式是在生物反應(yīng)器內(nèi)放置填料，以保證污水的過濾和處理，在一定程度上改善了水處理方法。

4 膜材料的選擇

(1)按膜的孔徑大小:可分為微濾膜(microfiltration,MF)、超濾膜(ultrafiltration,UF)納濾膜(nanofiltration,NF)和反滲透膜(reverse,RO)。

(2)按膜的材質(zhì):可分為有機(jī)膜和無機(jī)膜。

(3)按膜的結(jié)構(gòu):可分為對稱膜和不對稱膜。

(4)按膜的分離機(jī)理:分為多孔膜、致密膜和離子交換膜。

(5)按膜的物態(tài):可分為固膜、液膜和氣膜[5]。

5 微藻膜生物反應(yīng)器的優(yōu)點(diǎn)

5.1 固液分離效果較好

微藻膜生物反應(yīng)器具有較強(qiáng)的固液分離能力，能夠有效處理污水，過濾和降解污水的懸浮物和污染物，實(shí)現(xiàn)水的再利用。

5.2 膜的高效截留作用

膜能夠?qū)⑽⑸锿耆亓粼谏锓磻?yīng)器內(nèi)部，提升微生物的工作效率，提升反應(yīng)器停留時(shí)間，靈活控制。

5.3 占地面積小

膜-生物反應(yīng)器相較于傳統(tǒng)的活性泥池水處理技術(shù)更加節(jié)省占地空間，其將活性泥池結(jié)合起來，研發(fā)了新型的水處理設(shè)備，改善了傳統(tǒng)的水處理系統(tǒng)，將多種水處理技術(shù)合為一體，在很大程度上減少了設(shè)備占地面積，節(jié)省土地建設(shè)的投資成本。

5.4 硝化效率高

膜生物反應(yīng)器有利于硝化反應(yīng)器內(nèi)部的細(xì)菌，減少制約水處理過程的不利因素，提升設(shè)備的工作效率，有效地控制了反應(yīng)器內(nèi)細(xì)菌滋生的問題。

5.5 降解率較高

污泥齡長，極大程度上提高了活性泥對污染物的降解率。當(dāng)污泥濃度高，而進(jìn)水負(fù)荷低的情況下，系統(tǒng)中的營養(yǎng)與微生物低，污泥齡變長，提升了對污染物的降解率，確保污水的處理效果[6]。

5.6 污泥零排放

由于污泥的年齡可以無限延長，所以不存在污泥更換和排放問題，污泥可以持續(xù)使用，可實(shí)現(xiàn)污泥的零排放。

5.7 操作方便，自動(dòng)化控制

科學(xué)技術(shù)的發(fā)達(dá)，自動(dòng)化技術(shù)的廣泛應(yīng)用，使得設(shè)備大多可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制，減少了人力資源的投入，降低建設(shè)成本，提升污水處理效率。

6 長期運(yùn)行條件下膜-生物反應(yīng)器的膜污染特性

6.1 膜污染簡介

膜污染是制約膜-生物反應(yīng)器的最主要因素。在污水處理過程中，大量的污泥會(huì)對膜造成嚴(yán)重的污染，影響水處理工藝的實(shí)施。本文通過對膜污染的相關(guān)內(nèi)容進(jìn)行研究，進(jìn)一步分析造成膜污染的主要因素。

6.2 研究裝置和方法

(1)選取某一正常運(yùn)行的膜-生物反應(yīng)器進(jìn)行污水處理，在處理污水的過程中對其不同時(shí)間段的不同狀態(tài)進(jìn)行記錄。定期更改運(yùn)行模式，以觀察造成膜污染的其他原因，并進(jìn)行記錄。

(2)在研究過程中，研究人員可以通過自己調(diào)試廢水來對膜污染原因進(jìn)行測試。在調(diào)試廢水時(shí)，可以向廢水中添加一些可能會(huì)對膜造成污染的成分，調(diào)試多種廢水進(jìn)行研究。通過使用不同類型的廢水進(jìn)行處理，我們可以觀察到不同的污水對膜的污染程度，以便于尋找出膜污染的最主要原因，制定解決方案。

6.3 結(jié)果與討論

6.3.1膜過濾壓差的時(shí)間變化

在研究初期，膜表面僅有少量污染物附著，隨著污水的持續(xù)濾入，越來越多的污染物開始堆積在膜外側(cè)，甚至在一定程度上堵塞了膜孔，導(dǎo)致污水從其他部位濾入。

6.3.2膜污染的控制方法

(1)空曝氣。在污染物附著達(dá)一定程度時(shí)，加大空曝氣密度進(jìn)行清洗，在一定程度緩解了膜污染的狀況。但空曝氣清洗方法并不干凈徹底，許多部位難以清洗到位，無法完全清除膜污染。

(2)利用藥物進(jìn)行清洗。當(dāng)膜污染再次加劇，使用相關(guān)化學(xué)藥物對膜組件進(jìn)行浸泡，在一段時(shí)間后對膜進(jìn)行沖洗；因?yàn)槲勰嘀形廴境煞值膹?fù)雜性，藥物清洗的效果并不理想，很多時(shí)候不能達(dá)到預(yù)想的效果，藥物清洗容易導(dǎo)致藥物殘留，藥物大量積累會(huì)加劇膜污染，也會(huì)對水處理過程造成影響。

6.4 膜的阻力變化

在膜-生物反應(yīng)器的使用過程中，膜的阻力隨著時(shí)間的變化而逐漸提升，在設(shè)備啟動(dòng)初期，膜阻力較小，但在設(shè)備運(yùn)行一段時(shí)間后，膜阻力開始慢慢上升。污泥中的顆粒大小也在很大程度上影響的膜的阻力，當(dāng)污泥中顆粒較大時(shí)，不會(huì)對膜孔造成堵塞，雖然在一定程度上會(huì)阻礙污水的濾入，但并不是非常明顯的造成膜阻力增大；當(dāng)污泥中顆粒變小時(shí)，會(huì)大量堵塞膜孔，膜阻力便會(huì)明顯增大，導(dǎo)致污水無法濾入生物反應(yīng)器內(nèi)。膜污染的加劇，會(huì)使膜阻力也不斷提升，就必須及時(shí)對膜進(jìn)行清洗，以保證膜的正常運(yùn)行。