双碳背景下污水处理新工艺——透氧膜生物反应器

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，将吸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、传氧率较高

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。

 

扩散器类型	氧气传输率(4m水深清水测试）/kgO2/kwh
粗泡扩散器	0.5 ~1.0
精密气泡扩散器	3.0 ~ 4.0
表面曝气器	1.0
射流曝气器	4.2
MABR	14.8

 

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；

 

 

3、运行能耗低
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；

4、碳源投加少

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

 受水温、水质、水量影响小；

8、即插即用

 模块化设计，缩短工程周期；

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。