膜生物反應(yīng)器講義【古柏優(yōu)講】

1、膜生物反應(yīng)器（ Membrane Bioreactor,1,科學(xué)教育,主 要 內(nèi) 容,MBR的經(jīng)濟(jì)技術(shù)分析,4,MBR運(yùn)行的影響因素,3,2,科學(xué)教育,一、 MBR的原理,膜生物反應(yīng)器 (英文名稱為Membrane Bioreactor，縮寫為MBR)。 MBR將生物反應(yīng)器和膜分離過(guò)程相結(jié)合的一種新型工藝，其最大的特點(diǎn)就是采用膜組件代替?zhèn)鹘y(tǒng)生物處理中的二沉池。污水中的污染物首先在生物反應(yīng)器中進(jìn)行生物降解，同時(shí)生物反應(yīng)器內(nèi)的混合液在膜兩側(cè)壓力差的作用下，水和小于膜孔徑的小分子溶質(zhì)透過(guò)膜，即為處理后出水。微生物及大分子溶質(zhì)被膜截留，從而替代沉淀池完成其與處理出水的分離過(guò)程,3,科學(xué)教育,一、 MB

2、R的原理,4,科學(xué)教育,一、 MBR的原理和特點(diǎn),5,科學(xué)教育,一、 MBR原理,1、出水水質(zhì)好 在MBR中，降解時(shí)間較長(zhǎng)的可溶性大分子化合物可以被膜截留下來(lái)并與污泥一起返回到生物反應(yīng)器中，使這些化合物在生物反應(yīng)器中的停留時(shí)間變長(zhǎng)，從而有利于微生物對(duì)這些化合物的降解；同時(shí)較長(zhǎng)的SRT可以使世代時(shí)間較長(zhǎng)的硝化細(xì)菌能夠在生物反應(yīng)器中積累，提高了硝化效果。因此MBR出水有機(jī)物含量較低，且總氮和總磷的含量也遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于傳統(tǒng)活性污泥法。同時(shí)，由于膜單元采用微濾膜或超濾膜，因而不僅對(duì)水中懸浮物截留率高，而且可以去除細(xì)菌,MBR特點(diǎn),6,科學(xué)教育,一、 MBR原理,2、工藝參數(shù)易于控制 在MBR中，用膜組件代替

3、二沉池，可以同時(shí)實(shí)現(xiàn)較短的HRT和很長(zhǎng)的SRT。同時(shí)，MBR中由于膜對(duì)污泥的截留，可以在很大程度上消除污泥膨脹現(xiàn)象。 3、耐沖擊負(fù)荷 MBR中生物反應(yīng)器中的微生物濃度比普通生物反應(yīng)器高得多，裝置處理容積負(fù)荷大，同時(shí)當(dāng)進(jìn)水中有機(jī)物濃度變化較大時(shí)，有機(jī)負(fù)荷率(單位質(zhì)量的微生物在單位時(shí)間內(nèi)承受的有機(jī)物質(zhì)量)變化不大，系統(tǒng)去除有機(jī)物的效果變化不大,MBR特點(diǎn),7,科學(xué)教育,一、 MBR原理,4、污泥產(chǎn)生量少 生物反應(yīng)器中的污泥濃度很高，因此污泥負(fù)荷F/M較低，污泥產(chǎn)量很低。 5、易于自動(dòng)控制 MBR系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，運(yùn)行靈活穩(wěn)定，容易操作和實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化。 但MBR也存在缺點(diǎn)：由于存在膜污染，需要定期反沖洗和

4、化學(xué)清洗；膜需要定期更換；能耗較一般生化處理方法要高,MBR特點(diǎn),8,科學(xué)教育,二、MBR工藝類型,優(yōu)點(diǎn)： (1) 膜組件與生物反應(yīng)器之間的相互影響小 (2) 單位面積膜的水通量大 (3) 運(yùn)行穩(wěn)定可靠，操作管理容易 (4) 易于膜的清冼、更換和增設(shè),缺點(diǎn)： (1)為減少污染物在膜表面的沉積，需要較高的膜面流速，因而配置的超濾循環(huán)泵需要較高的流量，能耗很高，一般為68Kwh/m3 (2)循環(huán)泵內(nèi)的高剪切力會(huì)引起生物絮體的破壞，導(dǎo)致生物活性的降低,9,科學(xué)教育,二、MBR工藝類型,優(yōu)點(diǎn)： (1)體積小，整體性強(qiáng)。膜組件直接置于生物反應(yīng)器中，大大減少了占地面積 (2)運(yùn)行動(dòng)力費(fèi)用低。膜表面的錯(cuò)流是

5、靠空氣攪動(dòng)產(chǎn)生的，混合液隨氣流向上流動(dòng)，在膜表面產(chǎn)生剪切應(yīng)力，在這種剪切應(yīng)力的作用下，沉積在膜表面的顆粒容易脫離膜表面，因此不需要功率較大的循環(huán)泵,缺點(diǎn)： (1) 需要定期將膜組件取出生物反應(yīng)器進(jìn)行化學(xué)清洗，因而管理方面上不及分置式； (2) 出水不連續(xù)； (3) 單位膜面積膜的產(chǎn)水量較低，一般僅為5-10L/m2h,10,科學(xué)教育,二、MBR工藝類型,MBR處理系統(tǒng)實(shí)景照片,11,科學(xué)教育,二、MBR工藝類型,MBR處理系統(tǒng)實(shí)景照片,12,科學(xué)教育,二、MBR工藝類型,MBR系統(tǒng)中所用的膜,13,科學(xué)教育,三、 MBR運(yùn)行的影響因素,有機(jī)負(fù)荷： 在好氧MBR中，污泥濃度隨容積負(fù)荷的增加迅速升

6、高，有機(jī)物去除速率加快，污泥負(fù)荷基本保持不變，從而抑制出水水質(zhì)的惡化；而在厭氧MBR中，污泥濃度升高緩慢，污泥負(fù)荷與容積負(fù)荷幾乎呈正相關(guān)關(guān)系，因此厭氧MBR出水水質(zhì)易受容積負(fù)荷的影響,1、影響MBR穩(wěn)定運(yùn)行的生物動(dòng)力學(xué)參數(shù),14,科學(xué)教育,三、 MBR運(yùn)行的影響因素,污泥濃度： 污泥濃度是MBR系統(tǒng)的重要參數(shù)，不僅影響有機(jī)物的去除能力，還對(duì)膜通量產(chǎn)生影響。研究成果表明：一定條件下污泥濃度越高，膜通量愈低。但國(guó)內(nèi)學(xué)者在一體式MBR處理生活污水的研究卻發(fā)現(xiàn)：當(dāng)曝氣強(qiáng)度足夠大時(shí)（氣水比近似100：1），MLSS由10gL變化到35g/L時(shí)，MLSS與膜通量沒(méi)有明顯的相關(guān)性；但如果降低曝氣強(qiáng)度，MLS

7、S對(duì)膜通量可能產(chǎn)生一定的影響,1、影響MBR穩(wěn)定運(yùn)行的生物動(dòng)力學(xué)參數(shù),15,科學(xué)教育,三、 MBR運(yùn)行的影響因素,膜的選擇： 膜材料分為有機(jī)膜和無(wú)機(jī)膜兩種。由于較高的投資成本限制了無(wú)機(jī)膜在我國(guó)的廣泛應(yīng)用，國(guó)內(nèi)MBR普遍采用有機(jī)膜，常用的膜材料為聚乙烯、聚丙烯等。分離式MBR通常采用超濾膜組件，截留分子量一般在230萬(wàn)。截留分子量越大，初始膜通量越大，但長(zhǎng)期運(yùn)行膜通量未必越大。對(duì)于一體式MBR，既可用超濾膜，也可使用微濾膜,2、膜分離參數(shù),16,科學(xué)教育,三、 MBR運(yùn)行的影響因素,操作方式的優(yōu)化： 對(duì)于分體式MBR，為了減緩膜污染，反沖洗是維持MBR穩(wěn)定運(yùn)行的重要操作。對(duì)于一體式MBR，縮短抽

8、吸時(shí)間或延長(zhǎng)停吸時(shí)間和增加曝氣量均有利于減緩膜污染，抽吸時(shí)間對(duì)膜阻力的上升影響最大，曝氣量其次,水力學(xué)特性的改善： 對(duì)于分體式MBR，可以提高流體的進(jìn)水流速，減少濃差極化，使被截留的溶質(zhì)及時(shí)被帶走。對(duì)于一體式MBR，設(shè)計(jì)合理的流道結(jié)構(gòu)，提高曝氣強(qiáng)度，使較大的曝氣量起到了沖刷膜表面的錯(cuò)流過(guò)濾效果顯得尤為重要,2、膜分離參數(shù),17,科學(xué)教育,四、 MBR技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析,對(duì)MBR和傳統(tǒng)生物處理方法（以生物接觸氧化為例）進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較： 1、鋒尚國(guó)際公寓中水處理工程：原水為洗浴廢水，水量240m3/d，采用一體式MBR工藝，采用日本三菱公司生產(chǎn)的中空纖維膜，要求處理出水達(dá)到回用標(biāo)準(zhǔn)。 2、陽(yáng)光100國(guó)

9、際公寓中水處理工程：原水為洗浴廢水，水量240m3/d，采用碧水源公司生產(chǎn)的pwbx-240一體式中水接觸氧化設(shè)備一套，要求處理出水達(dá)到回用標(biāo)準(zhǔn),18,科學(xué)教育,四、 MBR技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析,鋒尚國(guó)際公寓膜生物反應(yīng)器出水水質(zhì)明顯優(yōu)質(zhì)穩(wěn)定，平均出水COD為17.25mg/l, 平均去除率91。雖然原水COD變化較大，出水水質(zhì)均能保持在45mg/l以下。陽(yáng)光100生物接觸氧化工藝出水雖然也能滿足中水標(biāo)準(zhǔn)，但平均出水COD較高，為36mg/l，平均COD去除率75并且變化較大，出水明顯受原水水質(zhì)狀況的影響,19,科學(xué)教育,四、 MBR技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析,LAS是洗浴廢水中主要的污染成分，對(duì)LAS去除的效果是中

10、水處理工藝優(yōu)劣的重要指標(biāo)。從監(jiān)測(cè)結(jié)果看，鋒尚國(guó)際公寓膜生物反應(yīng)器出水LAS始終低與0.25mg/l，平均0.16mg/l，平均去除率97.5%，遠(yuǎn)優(yōu)于陽(yáng)光100的接觸氧化工藝（平均出水LAS 0.9mg/l,20,科學(xué)教育,四、 MBR技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析,膜生物反應(yīng)器對(duì)氨氮有很好的去除效果，出水平均氨氮為0.75mg/L，去除率達(dá)95，接觸氧化法工藝氨氮去除效果較差，出水氨氮平均5.75mg/l，去除率44。由于膜分離對(duì)硝化細(xì)菌的高效截留作用，生物反應(yīng)器內(nèi)可以維持高濃度的硝化細(xì)菌，因此可以獲得非常高的硝化效果，氨氮去除率可以達(dá)到95%以上,21,科學(xué)教育,四、 MBR技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析,膜生物反應(yīng)器投資明

11、顯高于生物接觸氧化工藝，噸水投資約高出16以上，主要是設(shè)備投資明顯增大，前者要比后者設(shè)備投資高出40。但從設(shè)備占地面積看，前者只有后者的一半。如果將占地所產(chǎn)生的成本折算，應(yīng)可抵消膜生物反應(yīng)器的設(shè)備投資增加部分，因此從投資經(jīng)濟(jì)性來(lái)看，兩種工藝應(yīng)基本相當(dāng),22,科學(xué)教育,四、 MBR技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析,23,科學(xué)教育,四、 MBR技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析,大連香格里拉大飯店中水回用工程運(yùn)行費(fèi)用,24,科學(xué)教育,五、 MBR工藝設(shè)計(jì),反應(yīng)器主體,膜材料與組件,附屬裝置與系統(tǒng),預(yù)處理系統(tǒng),污泥處理設(shè)施,自控系統(tǒng),MBR,25,科學(xué)教育,五、 MBR工藝設(shè)計(jì),1、工藝路線的選擇,生活污水,針對(duì)生活污水的推薦工藝流程,26

12、,科學(xué)教育,五、 MBR工藝設(shè)計(jì),工業(yè)廢水,針對(duì)工業(yè)廢水有機(jī)物去除為主的推薦工藝流程,27,科學(xué)教育,五、 MBR工藝設(shè)計(jì),工業(yè)廢水,針對(duì)工業(yè)廢水氨氮去除為主的推薦工藝流程,28,科學(xué)教育,五、 MBR工藝設(shè)計(jì),2、膜池的設(shè)計(jì),1,2,29,科學(xué)教育,五、 MBR工藝設(shè)計(jì),3、膜元件的選擇,30,科學(xué)教育,五、 MBR工藝設(shè)計(jì),4、MBR產(chǎn)水系統(tǒng),31,科學(xué)教育,五、 MBR工藝設(shè)計(jì),5、MBR反洗氣洗系統(tǒng),空氣,32,科學(xué)教育,五、 MBR工藝設(shè)計(jì),6、化學(xué)清洗系統(tǒng),33,科學(xué)教育,五、 MBR工藝設(shè)計(jì),34,科學(xué)教育,五、 MBR工藝設(shè)計(jì),7、自動(dòng)控制系統(tǒng),35,科學(xué)教育,五、 MBR工藝

13、設(shè)計(jì),好氧膜-生物反應(yīng)器處理城市和工業(yè)廢水一些參數(shù),36,科學(xué)教育,六、MBR應(yīng)用,37,科學(xué)教育,六、 MBR應(yīng)用,1、北小河再生水廠（6萬(wàn)噸/日,曝氣池,膜處理車間,38,科學(xué)教育,六、 MBR應(yīng)用,原水,出水晶瑩剔透，雜質(zhì)比自來(lái)水還少,1、北小河再生水廠（6萬(wàn)噸/日,39,科學(xué)教育,六、 MBR應(yīng)用,2、密云再生水廠（4.5萬(wàn)噸/日,MBR反應(yīng)器,出水水質(zhì),40,科學(xué)教育,六、 MBR應(yīng)用,3、中關(guān)村科技園區(qū)軟件園培訓(xùn)中心污水處理工程,41,科學(xué)教育,六、 MBR應(yīng)用,4、沈陽(yáng)統(tǒng)一集團(tuán)食品廢水處理,42,科學(xué)教育,六、 MBR應(yīng)用,5、金威啤酒有限公司污水處理廠,43,科學(xué)教育,六、 M

14、BR應(yīng)用,6、石化污水處理,中石化洛陽(yáng)分公司PTA污水處理與回用工程，5000噸/日 中石化巴陵分公司己內(nèi)酰胺污水處理項(xiàng)，7200噸/日,44,科學(xué)教育,六、 MBR應(yīng)用,7、天津富強(qiáng)集團(tuán)公司污水處理工程,染料廢水有機(jī)物組分復(fù)雜、濃度高、難降解物質(zhì)多、色度高和毒性大，采用傳統(tǒng)處理方法，效果不理想。常用染料主要以芳烴和雜環(huán)化合物為母體，并帶有顯色基團(tuán)及極性基團(tuán)，染料結(jié)構(gòu)日趨復(fù)雜，染色性能固然越來(lái)越穩(wěn)定，但給印染廢水的處理帶來(lái)了更大的困難，尤其是帶有乙烯砜基的活性染料更是生物難降解染料。膜生物反應(yīng)器作為一種高效水處理技術(shù)，在難降解廢水處理方面體現(xiàn) 出了相當(dāng)?shù)膬?yōu)越性在印染廢水處理領(lǐng)域具有重要的研究和

15、應(yīng)用價(jià)值,天津富強(qiáng)集團(tuán)公司印染廢水處理工程 5000噸/日 噸水運(yùn)行費(fèi)用為1.41元/噸,45,科學(xué)教育,六、 MBR應(yīng)用,8、河南華蘭生物工程有限公司制藥廢水MBR處理工程,廢水量：300 m3d 膜組件：SMBR150型膜元件500片，總膜面積750米2，裝配成10個(gè)膜組件。 水質(zhì)情況：進(jìn)水BOD2000mgL，出水達(dá)二級(jí)排放水標(biāo)準(zhǔn)。 效果： 達(dá)標(biāo)排放,46,科學(xué)教育,六、 MBR應(yīng)用,9、御橋垃圾焚燒廠滲濾液處理廠,日處理滲濾液300噸 采用MBR碟管式反滲透的工藝,47,科學(xué)教育,六、 MBR應(yīng)用,10、其它,48,科學(xué)教育,六、 MBR應(yīng)用,我國(guó)人均水資源擁有量?jī)H為2250m3/人.年，不足世界平均水平的14。在我國(guó)600多個(gè)城市中，有300余座城市缺水。華北地區(qū)人均水資源低于全國(guó)人均水平的15，這一地區(qū)的所有城市幾乎都面臨缺水問(wèn)題。膜生物反應(yīng)器技術(shù)以其優(yōu)質(zhì)的出水水質(zhì)被認(rèn)為是具有較好經(jīng)濟(jì)、社會(huì)和環(huán)境效益的節(jié)水技術(shù)而倍受關(guān)注。盡管還存在較高的運(yùn)行費(fèi)用問(wèn)題，但隨著膜制造技術(shù)的進(jìn)步，膜質(zhì)量的提高和膜制造成本的降低，MBR的投資也會(huì)隨之降低,49,科學(xué)教育,六、 MBR應(yīng)用,另一方面，各種新型膜生物反應(yīng)器的開發(fā)也使其運(yùn)行費(fèi)用大大降低，如在低壓下運(yùn)行的重力淹沒(méi)式MBR、厭氧MBR