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双碳背景下污水处理新工艺 ——透氧膜生物反应器(MABR)

发布时间:2022-10-24

我国是世界上最大的能源生产国和消费国,自“双碳”目标提出以来,关于“双碳”目标的“时间表”与“路线图”就一直备受关注,我国污水处理行业的碳排放量约占全社会总排放量的1%,在环保产业中占比最大,因此污水处理厂的“低碳化”改造意义重大。

MABR(Membrane Aeration Bioreactor)中文翻译为曝气膜生物反应器或透氧膜生物反应器,单从字面上理解MABR是用膜来曝气的生物工艺,但实际上,所谓的膜曝气是一种无泡曝气技术,不是指用膜的微孔进行曝气传氧,膜曝气更像是一种透气膜,像人的肺一样,将呼入的空气中的氧气传到血液中供人体生命活动,而剩余的氮气、二氧化碳等则被呼出,MABR膜就是将氧气传给生长在膜上的微生物,水中的污染物通过扩散作用进入以MABR膜为载体生长的生物膜中,最终实现污染物的去除。该工艺是一种新型污水处理工艺,具有高效脱氮能力,在污水厂提标改造,减碳降耗方面,具有显著优势,尤其在双碳要求的背景下,MABR工艺在污水处理领域的减碳功效巨大。 

MABR工艺的研究可以追溯到上世纪60年代。著名的F. J. Ludzack和Morris Ettinger在1960年就用透气塑料膜来进行氧化作用;1978年西弗吉尼亚大学的Charles Jenkins教授的团队进行了污水处理的小试研究,得到了不错的效果;1986年,加拿大人Pierre Cté博士团队进行了中试研究,后明尼苏达大学的Michael Semmens教授及爱尔兰都柏林大学的Eoin Casey教授的团队也相继进行了相关的中试研究,使得MABR技术在污水处理领域占据了一席之地。

MABR工艺是集合了曝气工艺、膜工艺与生化工艺的特点,其优点主要体现如下几个方面:

(1)传氧效率高。由于MABR是无孔膜,氧气以分子形式传输,传氧过程属于无泡曝气,氧气在水体中的实际停留时间被延长;其次空气可以低压方式进行输送,不需要克服静水压力来穿过中空纤维膜。经测试MABR的传氧速率可达8~14g O2/m2/d,曝气效率是常规曝气系统的3-4倍。

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(3)运行能耗低。相比较常规的生化处理工艺,MABR工艺可降低50%~70%的能耗;(2)同步硝化反硝化。与我们所学的生物膜工艺不同,MABR工艺的传质过程属于异向传质,即氧气的传输方向与污染物的传递方向相反,如下图所示。由于透氧膜的传氧作用使得MABR膜上形成了的生物类型依次为靠近MABR膜的好氧层、缺氧层与厌氧区,污染物如COD、NH3-N等的传质扩散作用是从混合液一侧向MABR生物膜一侧进行,此时硝化和反硝化反应可以分别在生物膜的内外两侧进行,即实现了同步硝化反硝化作用;

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(4)碳源投加少。节约30%~50%的碳源投加;

(5)占地面积小。节约50%以上的系统占地;

(6)污泥产量低。减少50%污泥产量。

(7)抗冲击能力增强。

(8)即插即用。

MABR的主要生产厂商及产品有杜邦公司的Oxymem产品、苏伊士公司的ZeeLung产品及以色列Fluenc公司的新一代平板MABR膜产品,且各公司的产品在国内外均得到实际应用,应用规模已超过10万吨。目前国内对该技术的关注度也越来越高,国产化进程在快速推进,浙江开创环保科技股份有限公司紧跟时代步伐,致力创新水技术,已率先开发出了国产的MABR产品,并得到小规模的应用,相信在不久的将来,国产的MABR技术将为污水处理的减碳带来巨大贡献。