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雙碳背景下污水處理新工藝——透氧膜生物反應器(MABR)

?xxx我國是世界上最大的能源生產國和消費國,自“雙碳”目標提出以來,關于“雙碳”目標的“時間表”與“路線圖”就一直備受關注,我國污水處理行業的碳排放量約占全社會總排放量的1%,在環保產業中占比最大,因此污水處理廠的“低碳化”改造意義重大。

?xxxMABR(Membrane Aeration Bioreactor)中文翻譯為曝氣膜生物反應器或透氧膜生物反應器,單從字面上理解MABR是用膜來曝氣的生物工藝,但實際上,所謂的膜曝氣是一種無泡曝氣技術,不是指用膜的微孔進行曝氣傳氧,膜曝氣更像是一種透氣膜,像人的肺一樣,將吸入的空氣中的氧氣傳到血液中供人體生命活動,而剩余的氮氣、二氧化碳等則被呼出,MABR膜就是將氧氣傳給生長在膜上的微生物,水中的污染物通過擴散作用進入以MABR膜為載體生長的生物膜中,最終實現污染物的去除。該工藝是一種新型污水處理工藝,具有高效脫氮能力,在污水廠提標改造,減碳降耗方面,具有顯著優勢,尤其在雙碳要求的背景下,MABR工藝在污水處理領域的減碳功效巨大。

?xxxMABR工藝的研究可以追溯到上世紀60年代。著名的F. J. Ludzack和Morris Ettinger在1960年就用透氣塑料膜來進行氧化作用;1978年西弗吉尼亞大學的Charles Jenkins教授的團隊進行了污水處理的小試研究,得到了不錯的效果;1986年,加拿大人Pierre Cté博士團隊進行了中試研究,后明尼蘇達大學的Michael Semmens教授及愛爾蘭都柏林大學的Eoin Casey教授的團隊也相繼進行了相關的中試研究,使得MABR技術在污水處理領域占據了一席之地。

?xxxMABR工藝是集合了曝氣工藝、膜工藝與生化工藝的特點,其優點主要體現如下幾個方面:

?xxx1、傳氧率較高

?xxx由于MABR是無孔膜,氧氣以分子形式傳輸,傳氧過程屬于無泡曝氣,氧氣在水體中的實際停留時間被延長;其次空氣可以低壓方式進行輸送,不需要克服靜水壓力來穿過中空纖維膜。經測試MABR的傳氧速率可達8~14g O2/m2/d,曝氣效率是常規曝氣系統的3-4倍。

?xxx2、同步硝化反硝化

?xxx與我們所學的生物膜工藝不同,MABR工藝的傳質過程屬于異向傳質,即氧氣的傳輸方向與污染物的傳遞方向相反,如下圖所示。由于透氧膜的傳氧作用使得MABR膜上形成了的生物類型依次為靠近MABR膜的好氧層、缺氧層與厭氧區,污染物如COD、NH3-N等的傳質擴散作用是從混合液一側向MABR生物膜一側進行,此時硝化和反硝化反應可以分別在生物膜的內外兩側進行,即實現了同步硝化反硝化作用;

?xxx3、運行能耗低

?xxx運行能耗低。相比較常規的生化處理工藝,MABR工藝可降低50%~70%的能耗;

?xxx4、碳源投加少

?xxx碳源投加少。節約30%~50%的碳源投加;

?xxx5、占地面積小

?xxx節約50%以上的系統占地;

?xxx6、污泥產量低

?xxx減少50%污泥產量;

?xxx7、抗沖擊能力增強

?xxx受水溫、水質、水量影響小;

?xxx8、即插即用

?xxx模塊化設計,縮短工程周期;

?xxxMABR的主要生產廠商及產品有杜邦公司的Oxymem產品、蘇伊士公司的ZeeLung產品及以色列Fluenc公司的新一代平板MABR膜產品,且各公司的產品在國內外均得到實際應用,應用規模已超過10萬噸。目前國內對該技術的關注度也越來越高,國產化進程在快速推進,浙江開創環??萍脊煞萦邢薰揪o跟時代步伐,致力創新水技術,已率先開發出了國產的MABR產品,并得到小規模的應用,相信在不久的將來,國產的MABR技術將為污水處理的減碳帶來巨大貢獻。



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