膜曝气生物反应器,（MABR）是膜生物反应器的一种，采用透气性致密膜如硅橡胶膜或微孔膜如疏水性聚合膜，以板式、管式或者中空纤维式等膜组件形式，采用微孔膜如疏水性聚合物膜或透气性致密膜如硅橡胶膜进行无泡，实现向生物反应器中的生物膜的无泡曝气。以中空纤维膜为主要膜组件，反应器的模型是气相走膜内腔，废水在膜外侧流动。由于无泡曝气的传质阻力小，氧转移速率高，根据气体在膜管内的运行，可以将供氧方式分为贯通式和闭端式两种。本论文开发了一种基于膜反应器气膜腔定量用于增加氧气转移率，应用实验室流动池和数学建模的方法，设计了反向扩散气体的方法，系统的研究适度的发泡间隔对于MABR反应器的效率的影响，膜的打开时间是每间隔30分钟打开20s，研究这类方法对于封闭式和贯通式的膜反应器的污水反应效率和气体转移效率的影响。


Unisense微电极系统的应用


应用unisense氧微电极和自动马达，通过使用显微镜使用unisense微电极的尖端去测试用于测试膜曝气生物反应器中的生物膜的厚度，同时还使用了尖端直径为10um的氧微电极测试MABR反应器中的附着的生物膜层、生物膜-溶液边界扩散层的溶氧剖面浓度，其中测试的步径间隔是20um。


实验结果


研究表明封闭式的曝气膜反应器采用周期性排气可以大大提高膜的氧输送率和抗污染通量，并且不会影响反应器的氧气的传输效率。这是因为生物膜反应器中从开放式操作到闭端式操作的转换，表现出腔气体的瞬态剖面行为。当排气时间的间隔足够短，曝气的生物膜反应器的氧输送率比开放式操作方式的MABR的还要高，这说明采用该气体供应方式可以大大提高MABR反应器的能力和降低运行成本。

图1、图a表示的是曝气膜生物反应器的流动单元示意图。其中氧气或空气是从反应器的截面玻璃管中的中空纤维膜处通过。图b表示的是用微电极测试膜生物反应器中的中空纤维膜表面边界传递层中的溶氧浓度的示意图。

图2、临近生物膜膜传质边界层附件的溶液中的溶解氧浓度代表性测试氧浓度剖面图。其中图中的纵坐标表示的溶液中溶氧的浓度，横坐标表示的是距离生物膜表面不同距离的膜传质边界层。从图中可以看出，该剖面是一个典型的膜传质边界层溶氧浓度剖面分布图。从图中可以看出，边界质层溶氧中的溶氧浓度会随着离生物膜的距离增加而变小。

图3、实验室膜反应器中和模型膜反应器中的溶解氧的示意图。图a表示的是反应器的内膜壁管采用贯通式和闭端式两种方式的溶解氧浓度剖面分析图。图b表示的模拟O2、N2分压对于开放式和封闭式纯氧气供应体系中的反应器中的生物膜表面附件的溶解氧浓度剖面图。图c表示的是封闭式膜反应器使用纯氧体系通气的条件下的体系呢弄的溶解氧浓度。图d表示的是模拟O2、N2分压对于封闭式和逆流操作膜生物那反应器的影响。图e表示的是系统性开端到闭端操作的过程中，膜反应器体系中的氧浓度随时间的变化情况。

图4、在曝气膜反应其中进行阶段曝气时，不同阶段的氧分压浓度变化随时间的变化情况。其中实线表示的是暂停时段，虚线表示的是阶段曝气的三个循环周期的平均时间，灰色的短虚线表示的是封闭稳态下反应器内的氧分压。长的虚线表示的是开放稳态下反应器内的氧分压。

图5、稳态条件下膜反应器的生物膜周围通气方式开放式(厚黑线)和封闭式(厚的灰色线)的氧分压，和时间平均值的瞬态条件从开放到封闭式(浅色的黑色线条)。瞬态压力平均值之间与时间的关系，初始时间和t1=2分钟,t2=5分钟、,t3=0分钟、t4=20分钟、t5=30分钟。达到稳态条件所需的时间一般是60分钟。


总结


曝气膜生物反应器（MABR）作为一种将膜技术与生物反应器技术相结合的新型污水处理技术，是一种将膜分离技术应用于废水处理系统的工艺实现形式,取代二沉池,减小了设备尺寸,可提高泥水分离效率和生化反应速率。MABR具有氧传质速率高、生物膜载体比表面积巨大的优点。通过调控曝气膜内压力，可以有效控制透气膜表面生物膜内溶解氧浓度梯度，进而获得内外分层的特殊生物膜结构。本论文主要就MABR的排气方式进行改变后对于该反应器的转移效率和气体转换效率的影响，研究过程中使用了unisense的克拉克型氧微电极测试了反应器中腔体中空纤维膜附近生长的生物膜的厚度以及生物膜附近的氧浓度变化值，并且测试了采用间歇式的曝气方式后的反应器内的膜周围氧浓度变化情况，并用于分析MABR反应器中的氧气输送率和氧气转移效率的影响。研究过程中的使用的克拉克型氧气微电极具有响应快，检测限低，灵敏度高的优点很好的为相关研究者在研究周期性通气方式对MABR反应器的性能方面提供了重要的数据支持，这也说明unisense微电极系统在研究污水处理反应器领域也存在着非常好的应用前景。