膜曝氣生物反應(yīng)器,（MABR）是膜生物反應(yīng)器的一種，采用透氣性致密膜如硅橡膠膜或微孔膜如疏水性聚合膜，以板式、管式或者中空纖維式等膜組件形式，采用微孔膜如疏水性聚合物膜或透氣性致密膜如硅橡膠膜進(jìn)行無(wú)泡，實(shí)現(xiàn)向生物反應(yīng)器中的生物膜的無(wú)泡曝氣。以中空纖維膜為主要膜組件，反應(yīng)器的模型是氣相走膜內(nèi)腔，廢水在膜外側(cè)流動(dòng)。由于無(wú)泡曝氣的傳質(zhì)阻力小，氧轉(zhuǎn)移速率高，根據(jù)氣體在膜管內(nèi)的運(yùn)行，可以將供氧方式分為貫通式和閉端式兩種。本論文開發(fā)了一種基于膜反應(yīng)器氣膜腔定量用于增加氧氣轉(zhuǎn)移率，應(yīng)用實(shí)驗(yàn)室流動(dòng)池和數(shù)學(xué)建模的方法，設(shè)計(jì)了反向擴(kuò)散氣體的方法，系統(tǒng)的研究適度的發(fā)泡間隔對(duì)于MABR反應(yīng)器的效率的影響，膜的打開時(shí)間是每間隔30分鐘打開20s，研究這類方法對(duì)于封閉式和貫通式的膜反應(yīng)器的污水反應(yīng)效率和氣體轉(zhuǎn)移效率的影響。

Unisense微電極系統(tǒng)的應(yīng)用

應(yīng)用unisense氧微電極和自動(dòng)馬達(dá)，通過(guò)使用顯微鏡使用unisense微電極的尖端去測(cè)試用于測(cè)試膜曝氣生物反應(yīng)器中的生物膜的厚度，同時(shí)還使用了尖端直徑為10um的氧微電極測(cè)試MABR反應(yīng)器中的附著的生物膜層、生物膜-溶液邊界擴(kuò)散層的溶氧剖面濃度，其中測(cè)試的步徑間隔是20um。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果

研究表明封閉式的曝氣膜反應(yīng)器采用周期性排氣可以大大提高膜的氧輸送率和抗污染通量，并且不會(huì)影響反應(yīng)器的氧氣的傳輸效率。這是因?yàn)樯锬し磻?yīng)器中從開放式操作到閉端式操作的轉(zhuǎn)換，表現(xiàn)出腔氣體的瞬態(tài)剖面行為。當(dāng)排氣時(shí)間的間隔足夠短，曝氣的生物膜反應(yīng)器的氧輸送率比開放式操作方式的MABR的還要高，這說(shuō)明采用該氣體供應(yīng)方式可以大大提高M(jìn)ABR反應(yīng)器的能力和降低運(yùn)行成本。

圖1、圖a表示的是曝氣膜生物反應(yīng)器的流動(dòng)單元示意圖。其中氧氣或空氣是從反應(yīng)器的截面玻璃管中的中空纖維膜處通過(guò)。圖b表示的是用微電極測(cè)試膜生物反應(yīng)器中的中空纖維膜表面邊界傳遞層中的溶氧濃度的示意圖。

圖2、臨近生物膜膜傳質(zhì)邊界層附件的溶液中的溶解氧濃度代表性測(cè)試氧濃度剖面圖。其中圖中的縱坐標(biāo)表示的溶液中溶氧的濃度，橫坐標(biāo)表示的是距離生物膜表面不同距離的膜傳質(zhì)邊界層。從圖中可以看出，該剖面是一個(gè)典型的膜傳質(zhì)邊界層溶氧濃度剖面分布圖。從圖中可以看出，邊界質(zhì)層溶氧中的溶氧濃度會(huì)隨著離生物膜的距離增加而變小。

圖3、實(shí)驗(yàn)室膜反應(yīng)器中和模型膜反應(yīng)器中的溶解氧的示意圖。圖a表示的是反應(yīng)器的內(nèi)膜壁管采用貫通式和閉端式兩種方式的溶解氧濃度剖面分析圖。圖b表示的模擬O2、N2分壓對(duì)于開放式和封閉式純氧氣供應(yīng)體系中的反應(yīng)器中的生物膜表面附件的溶解氧濃度剖面圖。圖c表示的是封閉式膜反應(yīng)器使用純氧體系通氣的條件下的體系呢弄的溶解氧濃度。圖d表示的是模擬O2、N2分壓對(duì)于封閉式和逆流操作膜生物那反應(yīng)器的影響。圖e表示的是系統(tǒng)性開端到閉端操作的過(guò)程中，膜反應(yīng)器體系中的氧濃度隨時(shí)間的變化情況。

圖4、在曝氣膜反應(yīng)其中進(jìn)行階段曝氣時(shí)，不同階段的氧分壓濃度變化隨時(shí)間的變化情況。其中實(shí)線表示的是暫停時(shí)段，虛線表示的是階段曝氣的三個(gè)循環(huán)周期的平均時(shí)間，灰色的短虛線表示的是封閉穩(wěn)態(tài)下反應(yīng)器內(nèi)的氧分壓。長(zhǎng)的虛線表示的是開放穩(wěn)態(tài)下反應(yīng)器內(nèi)的氧分壓。

圖5、穩(wěn)態(tài)條件下膜反應(yīng)器的生物膜周圍通氣方式開放式(厚黑線)和封閉式(厚的灰色線)的氧分壓，和時(shí)間平均值的瞬態(tài)條件從開放到封閉式(淺色的黑色線條)。瞬態(tài)壓力平均值之間與時(shí)間的關(guān)系，初始時(shí)間和t1=2分鐘,t2=5分鐘、,t3=0分鐘、t4=20分鐘、t5=30分鐘。達(dá)到穩(wěn)態(tài)條件所需的時(shí)間一般是60分鐘。

總結(jié)

曝氣膜生物反應(yīng)器（MABR）作為一種將膜技術(shù)與生物反應(yīng)器技術(shù)相結(jié)合的新型污水處理技術(shù)，是一種將膜分離技術(shù)應(yīng)用于廢水處理系統(tǒng)的工藝實(shí)現(xiàn)形式,取代二沉池,減小了設(shè)備尺寸,可提高泥水分離效率和生化反應(yīng)速率。MABR具有氧傳質(zhì)速率高、生物膜載體比表面積巨大的優(yōu)點(diǎn)。通過(guò)調(diào)控曝氣膜內(nèi)壓力，可以有效控制透氣膜表面生物膜內(nèi)溶解氧濃度梯度，進(jìn)而獲得內(nèi)外分層的特殊生物膜結(jié)構(gòu)。本論文主要就MABR的排氣方式進(jìn)行改變后對(duì)于該反應(yīng)器的轉(zhuǎn)移效率和氣體轉(zhuǎn)換效率的影響，研究過(guò)程中使用了unisense的克拉克型氧微電極測(cè)試了反應(yīng)器中腔體中空纖維膜附近生長(zhǎng)的生物膜的厚度以及生物膜附近的氧濃度變化值，并且測(cè)試了采用間歇式的曝氣方式后的反應(yīng)器內(nèi)的膜周圍氧濃度變化情況，并用于分析MABR反應(yīng)器中的氧氣輸送率和氧氣轉(zhuǎn)移效率的影響。研究過(guò)程中的使用的克拉克型氧氣微電極具有響應(yīng)快，檢測(cè)限低，靈敏度高的優(yōu)點(diǎn)很好的為相關(guān)研究者在研究周期性通氣方式對(duì)MABR反應(yīng)器的性能方面提供了重要的數(shù)據(jù)支持，這也說(shuō)明unisense微電極系統(tǒng)在研究污水處理反應(yīng)器領(lǐng)域也存在著非常好的應(yīng)用前景。