膜材料对膜曝气生物膜反应器性能影响的比较
2016年4月 CIESC Journal April 2016第67卷 第4期 化 工 学 报 Vol.67 No.4
膜材料对膜曝气生物膜反应器性能影响的比较
曾庆楠1，吴云1,2，张宏伟1,2，张楠3
（1天津工业大学环境与化学工程学院，天津 300387；2天津工业大学省部共建分离膜与膜过程国家重点实验室，
天津 300387；3中海油天津化工研究设计院，国家工业水处理工程技术研究中心，天津 300131）
摘要：选择聚偏氟乙烯（PVDF）和聚丙烯（PP）中空纤维曝气膜作为膜曝气生物膜反应器（MABR）的膜组件
材料，比较两种膜材料由于亲疏水性能、表面形态、生物相容性等性质的差别，对MABR挂膜启动速度、生物附
着量、脱氮除碳及膜污染等性能的影响。研究显示，运行末期PVDF和PP膜纤维生物附着量分别为35.62 g·m−2
和30.63 g·m−2。通过场发射扫描电子显微镜观察两种膜表面生物污染情况，PVDF膜纤维表面呈鱼鳞状结构，
有效保护了膜孔不被微生物完全堵塞。在90 d的运行周期内以PVDF为曝气膜材料的MABR获得了90%以上的
COD去除率和78%的TN去除率；而以PP为曝气膜的MABR由于运行后期曝气膜纤维污染严重仅得到了76.5%
的COD去除率和49.1%的TN去除率。因此， PVDF曝气纤维更适于作膜曝气生物膜反应器的曝气膜。
关键词：MABR；PVDF；PP；生物膜；膜污染
DOI：10.11949/j.issn.0438-1157.20151362
中图分类号：X 703.1 文献标志码：A 文章编号：0438—1157（2016）04—1483—07
Effects of membrane materials on performance of membrane aerated
biofilm reactor
ZENG Qingnan1, WU Yun1,2, ZHANG Hongwei1,2, ZHANG Nan3
(1School of Environmental and Chemical Engineering, Tianjin Polytechnic University, Tianjin 300387, China; 2State Key Laboratory of Separation Membranes & Membrane Processes, Tianjin Polytechnic University, Tianjin 300387,
China; 3CNOOC Tianjin Chemical Research & Design Institute, National Industrial Water Treatment Engineering
Technology Research Center, Tianjin 300131, China)
Abstract: Polyvinylidene fluoride (PVDF) and polypropylene (PP) were chosen as membrane materials to
compare the effects of membrane materials on the start-up time, biomass, performance for nitrogen and carbon
removals as well as membrane fouling in membrane aerated biofilm reactor (MABR), resulting from their
different hydrophilic and hydrophobic properties, surface morphology and biocompatibility. The results showed that the biomass on PVDF and PP membrane fibers were 35.62 g·m−2 and 30.63 g·m−2, respectively. The
membrane fouling by microorganism was observed by using scanning electron microscope (SEM). The surface of
PVDF membrane fibers with scaly structure was found, which prevented the pores from being blocked by
microorganism on the surface effectively. MABR equipped PVDF membrane fibers achieved COD removal
efficiency of above 90% and TN removal efficiency of 78% during 90 days operation, while COD and TN
removal efficiencies of MABR occupied with PP membrane fibers were kept 76.5% and 49.1%, respectively,
2015-08-31收到初稿，2015-11-16收到修改稿。 联系人：吴云。第一作者：曾庆楠（1990—），女，硕士研究生。基金项目：国家自然科学基金项目（51108316）；中国博士后科学基金项目（2015M571267）；天津市科技计划项目（14ZCDGSF00128）。 Received date: 2015-08-31. Corresponding author: Prof. WU Yun, wuchloud@163.com Foundation item: supported by the National Natural Science Foundation of China (51108316), the Postdoctoral Science Foundation of China (2015M571267) and the Science and Technology Project of Tianjin (14ZCDGSF00128).
化 工 学 报 第67卷 ·1484·
owing to membrane fouling. It was suggested that PVDF membrane fibers should be more suitable for MABR.
Key words: MABR; PVDF; PP; biofilm; membrane fouling
引 言
氮元素污染的日益加剧，使污水脱氮问题成为
目前水处理领域亟待解决的重要问题。在废水脱氮
中，生物脱氮是最为经济有效的处理技术 [1]。膜曝
气生物膜反应器（MABR）最早是由美国的Yeh等[2]
提出，是将气体分离膜技术与生物膜法污水处理技
术相结合的新型污水处理工艺[3]。其净化原理为当
污水以一定流速流经附着在曝气膜表面的生物膜周
围时，在浓度差驱动和微生物吸附等作用下水中的
污染物进入生物膜内部，被微生物同化或分解成无
机代谢产物，从而达到净化水体的目的。因其独特
的曝气方式和生物膜分层结构，MABR具有氧利用
率高、生物降解能力强[4]的优点，相比于传统生物
膜系统能实现较好的脱氮效果[5]。有学者将MABR
应用于处理工业废水[6]，展现出MABR的可行性和
优越性，之后用其处理挥发性有机物废水[7]，并取
得了良好的效果。因此，MABR已成为近年来污水
处理技术的研究热点，有广泛的应用前景[8]。
MABR的性能受曝气膜材料及组件形式[9]影响
较大，选择合适的膜材料是提高MABR运行效率的
关键因素[10]。根据表面性能与结构不同，目前适于
MABR膜材料主要有疏水性微孔膜、致密膜和复合
膜3种。致密膜气体传质阻力大，气体通量不高[11]，
复合膜生产成本高，制备过程复杂[12]，以上这些因
素限制了致密膜和复合膜的广泛应用，而疏水性微
孔膜具有膜通量高、价格低廉[13]的特点，成为了研
究者的首选。
本研究选择聚偏氟乙烯和聚丙烯中空纤维作
为膜曝气生物膜反应器的膜组件材料，比较两种膜
材料由于亲疏水性能、表面形态、生物相容性等特
性差别对MABR挂膜启动速度、生物附着量、脱氮
除碳及膜污染等性能的影响。
1 实验材料和方法
1.1 MABR装置
本研究实验装置如图1所示，膜曝气生物膜反
应器由有机玻璃制成，有效容积为2.0 L。原水经蠕
动泵进入反应器，出水通过反应器上部的溢流口排
出，反应器设有循环水进口和出口，并通过隔膜泵
控制反应器内水流的循环流速。两个反应器分别内
图1 MABR装置 Fig.1 Schematic diagram of MABR
置相同膜表面积的PVDF和PP材料的膜曝气组件
（下文将两个反应器分别简称为RPVDF和RPP），组
件均为贯通式，空气从组件顶端经气泵加压进入膜
内腔，底端排气，并通过出口调节阀控制水中溶解
氧浓度在0.5 mg·L−1以下。经测定实验所用的
PVDF和PP膜纤维的平均膜表面水滴接触角分别
为74.14°和141.36°。
1.2 进水水质
本实验用水采用人工配水，废水COD为250
mg·L−1，碳氮比为5:1，废水主要包括C6H12O6 （250 mg·L−1）、NH4Cl（50 mg·L−1）、KH2PO4（10 mg·L−1），并投加CaCl2·2H2O（44.1 mg·L−1）、
MgSO4·7H2O（55 mg·L−1）、FeSO4·7H2O（30
mg·L−1）、MnSO4·H2O（20 mg·L−1）、ZnSO4·7H2O
（1 mg·L−1）等微量元素[14]，NaHCO3作为缓冲溶
剂，调节原水pH在7.5左右。
1.3 实验方法
本实验采用循环挂膜法进行挂膜，接种污泥取
自某污水处理厂（A2/O工艺）二沉池回流污泥，按
照A/O脱氮方式驯化。将驯化好的污泥加入到反应
器内（MLSS约为5000 mg·L−1），并补充碳源和部
分营养元素。初期挂膜期间，以小流量进水，且循
环流速不宜过高，之后逐渐加大进水量。经过一段
时间的密闭循环，膜纤维表面附着生物膜，排出反
应器中泥水混合液。
MABR反应器运行为连续进水，温度控制在室
温，水力停留时间（HRT）为12 h。
MBBR工艺介绍和优缺点
MBBR工艺介绍和优缺点
MBBR是移动床生物膜反应器 MBBR工艺原理是通过向反应器中投加一定数量的悬浮载体，提高反应器中的生物量及生物种类，从而提高反应器的处理效率。由于填料密度接近于水，所以在曝气的时候，与水呈完全混合状态，微生物生长的环境为气、液、固三相。载体在水中的碰撞和剪切作用，使空气气泡更加细小，增加了氧气的利用率。另外，每个载体内外均具有不同的生物种类，内部生长一些厌氧菌或兼氧菌，外部为好养菌，这样每个载体都为一个微型反应器，使硝化反应和反硝化反应同时存在，从而提高了处理效果。
MBBR工艺兼具传统流化床和生物接触氧化法两者的优点，是一种新型高效的污水处理方法，依靠曝气池内的曝气和水流的提升作用使载体处于流化状态，进而形成悬浮生长的活性污泥和附着生长的生物膜，这就使得移动床生物膜使用了整个反应器空间，充分发挥附着相和悬浮相生物两者的优越性，使之扬长避短，相互补充。与以往的填料不同的是，悬浮填料能与污水频繁多次接触因而被称为“移动的生物膜”。 MBBR的主要特点是： ①处理负荷高；
②氧化池容积小，降低了基建投资； ③ MBBR工艺中可不需要污泥回流设备，不需反冲洗设备，减少了设备投资，操作简便，降低了污水的运行成本；
④MBBR工艺污泥产率低，降低了污泥处置费用； ⑤ MBBR工艺中不需要填料支架，直接投加，节省了安装时间和费用。
生物流化床（Moving Bed Biofilm Reactor Process简称MBBR法）是生长生物膜的载体层在废水中不断流动的生物接触氧化法。载体是聚乙烯中空圆柱体，长5～7mm，直径10mm，内部有十字支撑，外部有翅片，密度0.95g／cm2，空隙率88％，可供生物膜附着的比表面积约 800 m2／m3，能给微生物提供良好的生长环境；填充率可高达67%，可在好氧操作下以空气搅拌，或在兼/厌氧操作下以机械搅拌，使生物接触材在水中均匀的悬浮流动。这种载体的特殊形状使微生物在有保护的载体内表面生长而去除废水中的 BOD5。
三种MBBR工艺比较
三种MBBR工艺比较
移动床生物膜反应器（moving bed biofilm reactor，简称MBBR）由德国Linde AG股份公司首次提出，通过在普通活性污泥池中投加特定的悬浮填料，提高污水处理容积负荷率和出水指标，强化系统对高盐度、有毒有害化合物的耐受性。
MBBR结合传统的活性污泥法和生物接触氧化法的优点，使固相生物膜和液相的活性污泥发挥各自生物降解优势，实现优势互补，克服了传统的活性污泥生物量不足和接触氧化工艺传质混合效率低的问题，使生化反应效率成倍提高。
MBBR特点：
简单：只是在曝气池投加一定量填料，即可将活性污泥池或厌氧池改装为MBBR
改造费用低：填料投加量10-70%（按有效容积）；
高效：容积负荷可提高2-4倍，占地面积小
能耗低：水头损失小，能耗只比活性污泥略有增加
稳定性高：温度变化和毒性物质对MBBR工艺的影响要远远小于对活性污泥法的影响，当温度变化、污水成分发生变化、或污水毒性增加时，MBBR 耐受力很强。
应用范围：
污水处理厂提标改造
解决氨氮超标问题
污水处理厂扩容改造
高浓度、难降解有机物厌氧处理效率提高
高浓度、难降解有机物好氧预处理
目前，全球已投入运营的MBBR项目约200多个项目，大多采用三种类型的MBBR工艺：
1）一种为Linpor MBBR工艺，是德国Linde公司开发的一种悬浮载体生物膜反应器,其生物膜载体为正方形聚氨酯海绵块，尺寸为10mm×10mm，它们放入曝气池中，由于其相对密度≈1，故在曝气状态下悬浮于水中。其比表面积大，每1m3泡沫小方块的总表面积大1000m2，在其上可附着生长大量的生物膜，其混合液的生物量比普通活性污泥法大几倍，MLSS≥10000mg/L，因此单位体积处理负荷要比普通活性污泥法大。适用于超负荷的污水处理厂的改建和扩建。
Lipor工艺可根据其所能达到的处理功能和对象的不同，以3种不同的方式运行。
交替好氧缺氧生态陶粒混凝土生物膜反应器脱氮性能分析
第１２卷 ２０１３年 第５期 ｌ０月 广州大学学报（自然科学版） Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｇｕａｎｇｚｈｏｕ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ（Ｎａｔｕｒａｌ Ｓｃｉｅｎｃｅ Ｅｄｉｔｉｏｎ） Ｖｏ１．１２ Ｎｏ．５ ０ｃｔ． ２０ｌ３
文章编号：１６７１—４２２９（２０１３）０５－００６８－０６
交替好氧缺氧生态陶粒混凝土生物膜
反应器脱氮性能分析
石明岩 ，罗 琦 ，郑海良２，刘嘉宇２，张伟成 ，张洁欢。，许
（１．广州Ｉ大学土木丁程学院，广东广州５１０００６；２．广州市深水大通水务有限公司，广东广州Ｉ ５１１４５０）
摘要：以粉煤灰陶粒为粗集料，研制出新型生态陶粒混凝土填料．采用间歇曝气方式，构建了交替好氧缺氧生 态陶粒混凝土生物膜反应器（Ｅｃｏｌｏｇｉｃａｌ Ｃｅｒａｍｓｉｔｅ Ｃｏｎｃｒｅｔｅ Ｂｉｏｆｉｌｍ Ｒｅａｃｔｏｒｓ，简称ＥＣＣＢＲ）．以实际城市污水为进 水，在水温为２５～３Ｏ。Ｃ、进水ｐＨ为７．０～７．５、ＤＯ浓度为２．５～３．０ ｍｇ・Ｌ～、进水ＣＯＤ浓度为１０６～２０５ ｍｇ・ 。、进水氨氮浓度为１２．４—２２．９ ｍｇ・Ｉ 、进水总氮浓度为ｌ９．５～３０．６ ｍｇ・Ｌ 的条件下，对反应器处理城市 污水脱氮性能进行了评价．结果表明，试验条件下ＣＯＤ、氨氮和总氮去除率分别为７８．６％～９１．８％、８３．４％～ ９３．６％和６３．４％～７３．８％，污染物去除主要集中在反应器的前中部；ＳＯＵＲ、生物膜干质量和生物膜厚度呈现沿 廊道递减的规律，平均每块填料下降比率分别为０．８１％、１．３％和１．０５％，单位质量填料的微生物活性则沿廊 道上升，末端较前端增加了５１．５％，表明反应器具备良好的抗冲击负荷能力． 关键词：粉煤灰陶粒；生态混凝土；交替好氧缺氧；城市污水；脱氮；生物膜活性 中图分类号：Ｔｕ ５２８．２ 文献标志码：Ａ
填料是生物膜载体，其性能直接影响微生物
的生长、繁殖、脱落和形态 ．从２０世纪７０年代 初至今，蜂窝状填料、立体波纹填料、软性填料和
生物接触氧化有关资料
生物接触氧化有关资料
温度对启动挂膜的影响：
一、水温在15℃以下挂膜时间延长，且较难成功；水温在15℃以上，在曝气强度较小，水力负荷较小时，挂膜成熟的时间会相对缩短。因此，为了生物接触氧化池能尽快启动运行，宜在水温较高的时间段内进行挂膜，推荐水温应大于15℃，在保证溶解氧充足的情况下，要尽量采用较小的汽水比。为了改善传质条件，加速生物膜的更新，可在挂膜成熟以后逐渐增大曝气强度和汽水比，使生物膜能有一个适应负荷逐渐增加的过程。
二、各种填料对充氧性能影响评价测试：
在装有填料的处理池中，曝气器的充氧效率常会发生较大的变化。一般采用微气泡曝气方式的装置主要是考虑到了当气泡较小时，氧的传递效率及利用率会提高，但其所带来的一个麻烦就是其在曝气时所产生的都是微气泡，对水体搅动不足，从而不利于填料表面生物膜的更新，而且微气泡在上升过程中与填料发生碰撞时常常表现出非但不会破碎，反而倾向于聚合的现象从而降低了氧的利用率。采用大气泡和中气泡曝气方式进行设计的曝气装置，空白试验中在氧的利用率方面常常表现的不及微气泡装置，但这种曝气装置所产生的气泡由于泡径一般比较大，常常会形成对水体的剧烈搅动，由于气泡的表面张力较小，这使得气泡上升过程中在与填料的枝条相碰撞时会不断的被切割破碎，因而在含有填料的构筑物中这种曝气装置的氧利用率常常呈现出相对提高的趋势。 填料类型 氧的总转移系数 氧的转换速率 充氧能力 氧的利用率/% 充氧动力效率
无填料 25.02 0.229 0.0106 10.09 2.387
弹性立体填料 49.18 0.451 0.0208 19.8 4.683
组合填料 31.18 0.286 0.0132 12.57 2.975
塑料球形填料 24.72 0.227 0.0105 10 2.365
半软性填料 35.18 0.322 0.0149 14.19 3.356
SNAD工艺在不同间歇曝气工况下的脱氮性能
SNAD工艺在不同间歇曝气工况下的脱氮性能
郑照明;李军;杨京月;杜佳
【摘 要】探讨了城市污水SNAD生物膜反应器在高溶解氧工况下的脱氮性能.
SBR反应器以城市生活污水为进水,反应器内放置鲍尔环生物膜载体,控制温度为30℃,采用间歇曝气方式,曝气阶段曝气量为500L/h,溶解氧浓度达5mg/L.阶段1控制曝气和非曝气时间都为20min,生物膜的NOB活性较低,反应器具有良好的脱氮性能.反应器的总氮平均去除率和出水总氮浓度平均值分别为89%和11mg/L.阶段2、阶段3和阶段4研究了曝气时间对反应器脱氮性能的影响.曝气时间对生物膜的厌氧氨氧化活性影响较小,对生物膜的NOB活性影响较大.阶段3控制曝气时间为60min,生物膜的NOB活性较低,反应器的总氮平均去除率和出水总氮浓度平均值分别为83%和14mg/L.阶段4控制曝气时间为160min,生物膜的NOB活性较高,反应器的总氮平均去除率降低至50%,出水总氮浓度平均值为35mg/L.%The
simultaneous partial nitrification, anammox and denitrification (SNAD)
process for treating domestic wastewater was investigated under high
dissolved oxygen (DO) concentration. Intermittent aerobic condition was
operated in a sequencing batch reactor (SBR) with the air flow rate of
500L/h at 30℃. The DO concentration was up to 5mg/L. Domestic
wastewater was used as influent and Kaldnes rings were used as biomass
膜曝气供氧效率
膜曝气供氧效率是一个重要的概念，它指的是膜曝气池中氧气传递和利用的效率。膜曝气池是一种常用的水处理技术，它通过膜曝气的方式将氧气传递到水中，以提高水体的净化效果。膜曝气供氧效率的高低直接影响到膜曝气池的工作效果和污水处理厂的运营成本。
首先，膜曝气供氧效率受到多种因素的影响，包括曝气强度、水力条件、水质、水温、pH值等。其中，曝气强度是影响膜曝气供氧效率的关键因素之一。在膜曝气池中，曝气器会产生一定的气泡，这些气泡会携带氧气进入水中，从而提高水体的溶解氧含量。曝气强度越高，氧气传递的速度越快，供氧效率也就越高。但是，曝气强度也不能过高，否则会导致水体中溶解氧的过度饱和，影响氧气的利用效率。
其次，水力条件也是影响膜曝气供氧效率的重要因素之一。在膜曝气池中，水流的速度、水体的流动方向、水的混合程度等因素都会影响到氧气传递的速度和效率。如果水力条件不佳，会导致氧气传递的速度减慢，从而影响到供氧效率。
此外，水质、水温、pH值等因素也会影响到膜曝气供氧效率。不同的水质和温度下，氧气的溶解度和扩散速率也会有所不同，这也会影响到供氧效率。因此，在膜曝气池的设计和运行过程中，需要根据实际情况进行参数调整，以确保供氧效率的最大化。
除了以上影响因素外，膜曝气供氧效率还与膜曝气池的设计和运行方式有关。在设计方面，膜曝气池的形状、曝气器的布置方式、池内水流混合方式等因素都会影响到氧气传递和利用的效果。在运行方面，需要定期对膜曝气池进行检查和维护，确保曝气器和管道等设备的正常运行，避免设备故障和堵塞等问题对供氧效率的影响。
总之，膜曝气供氧效率是一个重要的概念，它涉及到多种因素的影响和制约。为了提高膜曝气供氧效率，需要从多个方面入手，包括优化曝气强度、改善水力条件、调整水质、水温、pH值等参数，以及优化膜曝气池的设计和运行方式。在实际应用中，需要根据具体情况进行参数调整和优化，以确保供氧效率的最大化。
此外，膜曝气供氧效率还涉及到污水处理厂的运营成本问题。提高膜曝气供氧效率可以降低污水处理厂的运营成本，因为这意味着可以减少曝气器的使用量，降低设备维护成本等。因此，提高膜曝气供氧效率也是污水处理厂实现经济效益和社会效益的重要途径之一。
生物膜法和活性污泥法有什么不同点
生物膜法和活性污泥法有什么不同点?
虽然生物膜法和活性污泥法都是生物处理法，但是它们有许多不同之处。
(1)生物膜上的微生物固着在载体材料上，而在活性污泥法是悬浮生长的微生物。生物膜能够承受强烈的曝气搅拌冲击，因此生物膜法有利于微生物的生长、繁殖，而且微生物生长泥龄比活性污泥要长，在生物膜上能够存活世代时间较长的微生物，例如增殖速度很小的微生物，如硝化菌和亚硝酸菌等，对废水处理的效率提高十分有利。
(2)生物膜和活性污泥上出现的微生物类型、种属和数量上有所不同，如：
微生物种类 生物膜法 活性污泥法 微生物种类 生物膜法 活性污泥法
细菌 十十十十 十十十十 其他纤毛虫 十 十十
真菌 十十 十十 轮虫 十十十
藻类 十十 绒虫 十 十
鞭毛虫 十十 十十 寡毛类 十十
肉足虫 十十十 十十 其他后生动物 十
纤毛虫缘毛虫 十十十十 十十十十 昆虫类 十十
纤毛虫吸管虫 十 十
由上可见，生物膜上的微生物比活性污泥不仅种类多样化，数量上也多得多。生物膜上生长繁殖的微生物中，动物性营养类所占比例比较大，微型动物的存活率也高。因此，在生物膜上形成的食物链要比活性污泥上的食物链长，所以在生物膜处理系统内产生的污泥量少于活性污泥处理系统，污泥产量低。生物膜法形成的优势菌属，非常有利于微生物新陈代谢功能的充分发挥和有机污染物的降解。
(3)生物膜法比活性污泥法有更大的耐冲击负荷变化能力，同时生物膜的微生物固着载体附着生长，使生物膜的含水率低，单位反应器容积内的生物量可高达活性污泥法的5～20倍，因此生物膜反应器有较大的废水处理能力和净化能力。
(4)生物膜上脱落的污泥，含动物成分多，密度大；污泥颗粒大，沉降性能好，易于固液分离。生物膜反应器有较高生物量，一般不需要污泥回流。因而不需经常调节反应器内污泥量和剩余污泥排放量，易于运行、维护和管理。而活性污泥法中，常有污泥膨胀、固液分离难等问题，困扰着操作管理者。
无泡曝气技术在水处理中的研究进展
第３２卷第２期 河北理工大学学报（自然科学版） Ｖｏ１．３２ Ｎｏ．２
２０１０年５月 Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｈｅｂｅｉ Ｐｏｌｙｔｅｃｈｎｉｃ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ（Ｎａｔｕｒａｌ Ｓｃｉｅｎｃｅ Ｅｄｉｔｉｏｎ） Ｍａｙ．２０１０
文章编号：１６７４－０２６２（２０１０）０２４３０９７－０４
无泡曝气技术在水处理中的研究进展
杨一凡，刘贯一
（河北理工大学建筑工程学院，河北唐山０６３００９）
关键词：无泡曝气；水处理；膜曝气；生物反应器 摘要：无泡曝气技术是一种很有发展前景的新型的供氧方式，具有传氧效率高、无泡沫形成、 设备体积小、能耗低等优点，但由于曝气材料的成本高等原因并未大规模应用。目前对该技术
的研究主要集中在充氧性能，反应器处理效果以及所形成的生物膜的研究，在曝气材料及与其
他水处理工艺的结合方面都有待于进一步发展。 中图分类号：Ｘ ７０３．１ 文献标志码：Ａ 水处理中的曝气技术可分为气泡式曝气和无泡式曝气，两者区别在于曝气时是否在水体中存在肉眼可
见的气泡。气泡式曝气技术已被广泛应用，多采用鼓风曝气、机械曝气和联合曝气。鼓风曝气维护复杂，机
械曝气存在效率低、动力消耗大的缺点，为了克服这些传统曝气工艺曝气效率低的缺点，早在２Ｏ世纪６０年 代人们提出了无泡曝气（Ｂｕｂｂｌｅｌｅｓｓ Ｏｘｙｇｅｎａｔｉｏｎ）技术，近十几年来利用中空纤维膜进行无泡曝气的水处理 技术已逐步成熟 】，国外已把这种技术应用于发酵 引、大规模动植物细胞培养 和外科心脏手术 等技
术领域的供氧。该技术不但可以降低能耗而且可以大大提高曝气效率，特别是在使用纯氧的情况下，能够得 到很高的氧传质系数和近于１００％的氧利用率。同时由于在曝气过程中不产生气泡，可以避免在供氧过程 中产生泡沫并带出水中的挥发性有机物。
ｌ 无泡曝气技术
所谓无泡曝气是相对于传统的气泡式供氧方式而言，是液相内无肉眼可见气泡的一种供氧方式，多采用 膜材料进行曝气。让空气（或纯氧）在膜材料的空腔内（如中空纤维膜的管腔）流动，水相在膜外侧流动，在
膜曝气生物膜反应器生物膜影响因素分析
第３ｌ卷第５期 ２０１２年 ｌ０月 四 川 环 境 ＳＩＣＨＵＡＮ ＥＮＶＩＲＯＮＭＥＮＴ Ｖｏ１．３１．Ｎｏ．５ Ｏｃｔｏｂｅｒ ２０１２ ・综述・ 膜曝气生物膜反应器生物膜影响因素分析 何秋阳 （郫县环境监测站，四川郫县６１１７００） 摘要：膜曝气生物膜反应器（ＭＡＢＲ）是一种利用透气膜进行曝气，可以实现同步硝化反硝化的污水生物处理新工艺。 本文阐述了膜曝气生物反应器生物膜的原理和特点，总结了国内外在该领域的研究成果，重点介绍了Ｃ／Ｎ、氧气压力、 流速、生物膜厚度、温度和ｐＨ对生物膜性能的影响。 关键词：膜曝气生物反应器（ＭＡＢＲ）；生物膜；硝化反硝化；影响因素 中图分类号：Ｘ７０３．１ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００１－３６４４（２０１２）０５－００９６－０４ Ｆａｃｔｏｒｓ Ａｆｆｅｃｔｉｎｇ Ｂｉｏｆｉｌｍ ｏｆ Ｍｅｍｂｒａｎｅ－Ａｅｒａｔｅｄ Ｂｉｏｆｉｌｍ Ｒｅａｃｔｏｒ（ＭＡＢＲ） ＨＥ Ｑｉｕ—ｙａｎｇ （Ｐｉｘｉａｎ Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ Ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ Ｓｔａｔｉｏｎ，Ｐｉｘｉａｎ，Ｓｉｃｈｕａｎ ６１１７００，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ ｍｅｍｂｒ￣＇ｌｅ．ａｅｒａｔｅｄ ｂｉｏｆｉｌｍ Ｔｃａｃｔｏｒ（ＭＡＢＲ）ｉｓ ａ ｎｏｖｅｌ ｗａｓｔｅｗａｔｅｒ ｔｒｅａｔｍｅｎｔ ｐｒｏｃｅｓｓ ｗｈｉｃｈ ｕｓｅｓ ｐｅｎｎｅａｔａｂｌｅ ｍｅｍｂｒａｎｅ ｆｏｒ ａｅｒａｔｉｏｎ ｔｏ ｒｅａｌｉｚｅ ｎｉｔｒｉｆｉｃａｔｉｏｎ ａｎｄ ｄｅｎｉｔｒｉｆｉｃａｔｉｏｎ ｓｉｍｕｌｔａｎｅｏｕｓｌｙ．Ｉｎ ｔｈｅ ｐａｐｅｒ，ｔｈｅ ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ ａｎｄ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ｏｆ ＭＡＢＲ ａｒｅ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ；ｔｈｅ ｒｅａｒｃｈ ａｃｈｉｅｖｅｍｅｎｔｓ ｉｎ ｔｈｉｓ ｆｉｅｌｄ ａｒｅ ｓｕｍｍｅｒｉｚｅｄ；ｅｓｐｅｃｉａｌｌｙ ｔｈｅ ｆａｃｔｏｒｓ ａｆｆｅｃｔｉｎｇ ｔｈｅ ｂｉｏｆｉｌｍ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｓｕｃｈ ａｓ Ｃ／Ｎ，ｏｘｙｇｅｎ ｐｒｅｓｓｕｒｅ，ａｉｒ ｆｌｏｗ ｖｅｌｏｃｉｔｙ，ｂｉｏｆｉｌｍ ｔｈｉｃｋｎｅｓｓ，ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ａｎｄ ｐＨ ａｒｅ ａｎａｌｙｚｅｄ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：Ｍｅｍｂｒａｎｅ－ａｅｒａｔｅｄ Ｂｉｏｆｉｌｍ Ｒｅａｃｔｏｒ（ＭＡＢＲ）；ｂｉｏｆｉｌｍ；ｎｉｔｒｉｆｉｃａｔｉｏｎ ａｎｄ ｄｅｎｉｔｒｉｆｉｃａｔｉｏｎ；ａｆｆｅｃｔｉｎｇ ｆａｃｔｏｒｓ １ 前 言 膜曝气生物膜反应器（ＭＡＢＲ）是一种利用透 气膜进行曝气的污水生物处理组合新工艺，采用无 泡曝气提高了氧向生物膜内的传质。０ 利用率可 接近１００％…，是传统曝气的５—７倍。氧气提供 量和传质速率可以通过内膜压力进行控制 Ｊ。由 于在曝气过程中不产生气泡，可以避免在供氧过程 中产生泡沫并带出水中的挥发性有机物，因此产生 的臭气较少 Ｊ。膜曝气生物反应器的生物量是传 统活性污泥反应器生物量的１０倍 Ｊ，曝气膜上生 长的生物膜具有传质异向性，可以高效地同时进行 硝化反硝化和ＣＯＤ的去除。要使ＭＡＢＲ有良好的 运行性能，关键是使生物膜处于良好的状态。本文 对影响膜曝气生物反应器生物膜的因素进行分析。 收稿日期：２０１２－０２－０４ 作者简介：何秋阳（１９８４一），女，四川南充人，２０１１年毕业于四川大 学环境工程专业，硕士，助理工程师，研究方向为水污染 控制技术。 ２ ＭＡＢＲ生物膜原理 在ＭＡＢＲ中，膜有两方面的作用：一方面是 作为固定细菌的载体，另一方面是作为供氧的材 料。ＭＡＢＲ采用透气性致密膜通过膜腔体供氧生物 膜固定在膜的外表面，废水中的有机物由液相主体 向生物膜传递，与氧气形成反向传递。图１与图２ 反映了ＭＡＢＲ的结构及其生物膜内的浓度分布。
用于废水处理的膜曝气生物反应器
第７卷第６期 ２ ０ ０ ６年６月 环境污染治理技术与设备 Ｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓ ａｎｄ Ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ ｆｏｒ Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ Ｐｏｌｌｕｔｉｏｎ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｖｏ１．７．Ｎｏ．６ Ｊｕｎ．２ ０ ０ ６
用于废水处理的膜曝气生物反应器
汪舒怡 汪诚文 黄 霞
（清华大学环境科学与工程系环境模拟与污染控制国家重点联合实验室，北京１０００８４）
摘 要 膜曝气生物反应器是一种利用透气膜进行曝气的污水生物处理组合新工艺。膜曝气的主要特点在于无泡曝 气和特殊结构的生物膜。无泡曝气可提高传氧效率，在高浓度废水或含挥发性有机物废水的处理中具有优势。曝气膜上 生长的生物膜具有传质异向性，这一特点使其具有同步除碳脱氮的潜力。介绍了膜曝气生物反应器的工艺特点，总结了国 内外对于膜曝气生物反应器在废水处理方面的研究进展，指出当前膜曝气生物反应器应用中存在的问题，并展望了今后的 发展前景。 关键词 膜曝气生物反应器无泡曝气生物膜 除碳脱氮 废水处理
中图分类号Ｘ５ 文献标识码 Ａ 文章编号 １００８－９２４１（２００６）０６－０１３１－０７
Ｍｅｍｂｒａｎｅ ａｅｒａｔｅｄ ｂｉｏｒｅａｃｔｏｒ ｆｏｒ ｗａｓｔｅｗａｔｅｒ ｔｒｅａｔｍｅｎｔ
Ｗａｎｇ Ｓｈｕｙｉ Ｗａｎｇ Ｃｈｅｎｇｗｅｎ Ｈｕａｎｇ Ｘｉａ （Ｓｔａｔｅ Ｋｅｙ Ｊｏｉｎｔ Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ ｏｆ Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ａｎｄ Ｐｏｌｌｕｔｉｏｎ Ｃｏｎｔｒｏｌ， Ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔ ｏｆ Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｔｓｉｎｇｈｕａ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｂｅｉｊｉｎｇ １０００８４）
Ａｂｓｔｒａｃｔ Ｍｅｍｂｒａｎｅ ａｅｒａｔｅｄ ｂｉｏｒｅａｃｔｏｒｓ（ＭＡＢＲ）ｉＳ ａ ｎｏｖｅｌ ｃｏｍｂｉｎａｔｉｏｎ ｗａｓｔｅｗａｔｅｒ ｔｒｅａｔｍｅｎｔ ｐｒｏｃｅｓｓ ｗｈｅｒｅ ｇａｓ—ｐｅｒｍｅａｂｌｅ ｍｅｍｂｒａｎｅｓ ａｒｅ ａｐｐｌｉｅｄ ｔｏ ａｅｒａｔｉｏｎ．ＭＡＢＲ ｉｓ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｚｅｄ ｂｙ ｂｕｂｂｌｅｌｅｓｓ ａｅｒａｔｉｏｎ ａｎｄ ｓｐｅ— ｃｉａｌ ｂｉｏｆｉｌｍ ａｔｔａｃｈｅｄ ｏｎ ｔｈｅ ａｅｒａｔｅｄ ｍｅｍｂｒａｎｅ．Ｂｕｂｂｌｅｌｅｓｓ ａｅｒａｔｉｏｎ ｐｒｏｖｉｄｅｓ ａ ｈｉｇｈ ｏｘｙｇｅｎ ｔｒａｎｓｆｅｒ ｒａｔｅ ａｎｄ ｈａｓ ａ ｐｏｔｅｎｔｉａｌ ｉｎ ｔｒｅａｔｍｅｎｔ ｏｆ ｈｉｇｈ ｓｔｒｅｎｇｔｈ ｗａｓｔｅｗａｔｅｒ ｏｒ ｗａｓｔｅｗａｔｅｒ ｃｏｎｔａｉｎｉｎｇ ｖｏｌａｔｉｌｅ ｏｒｇａｎｉｃ ｓｕｂｓｔａｎｃｅｓ．Ｔｈｅ ｂｉｏ— ｆｉｌｍｓ ａｔｔａｃｈｅｄ ｏｎ ｔｈｅ ａｅｒａｔｅｄ ｍｅｍｂｒａｎｅ ｗｉｔｈ ｃｏｕｎｔｅｒ ｄｉｆｆｕｓｉｏｎ ｏｆ ｏｘｙｇｅｎ ａｎｄ ｏｒｇａｎｉｃ ｍａｔｔｅｒ ｃａｎ ｂｅ ｕｔｉｌｉｚｅｄ ｔｏ ｒｅ－ ｍｏｖｅ ｃａｒｂｏｎ ａｎｄ ｎｉｔｒｏｇｅｎ ｓｉｍｕｈａｎｅｏｕｓｌｙ．Ｉｎ ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ，ｔｈｅ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ｏｆ ＭＡＢＲ ｗｅｒｅ ｄｅｓｃｒｉｂｅｄ．Ｒｅｓｅａｒｃｈ ｐｒｏｃｅｓｓ ｉｎ ｔｈｉｓ ｆｉｅｌｄ ｗａｓ ｒｅｖｉｅｗｅｄ：ａｎｄ ｔｈｅ ｆｕｔｕｒｅ ｔｏｐｉｃｓ ｗｅｒｅ ｐｒｏｓｐｅｃｔｅｄ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ ｍｅｍｂｒａｎｅ ａｅｒａｔｅｄ ｂｉｏｒｅａｃｔｏｒ；ｂｕｂｂｌｅｌｅｓｓ ａｅｒａｔｉｏｎ；ｂｉｏｆｉｌｍ；ｃａｒｂｏｎ ａｎｄ ｎｉｔｒｏｇｅｎ ｒｅｍｏｖａｌ；