MBR膜生物反應器技術介紹(詳細)_pdf

1、目 錄前言 . 11MBR工藝簡介 . 31.1 術語和定義 . 31.2 MBR的含義及其原理 . 41.3 MBR工藝分類 . 51.4 MBR工藝優(yōu)越性 . 71.5 MBR工藝的不足 . 91.6 MBR的發(fā)展 . 91.6.1 MBR技術在國外污水處理中的研究及應用 . 91.6.2 MBR技術在國內污水處理中的研究及應用 . 101.7 MBR的發(fā)展前瞻 . 111.7.1 MBR 應用的重點領域和方向 . 111.7.2 MBR 未來的研究重點 . 122 MBR工藝用膜和膜組件 . 132.1膜的定義 . 132.2膜的結構和材料 . 132.2.1膜結構和分類 . 132.2

2、.2MBR膜材料 . 162.3膜組件 . 172.3.1膜組件分類 . 172.3.2MBR膜組件 . 202.4MBR膜組件廠家 . 24MBR技術培訓資料3 MBR的設計與運行管理 . 253.1進水要求 . 253.2總體要求 . 253.3工藝設計 . 263.3.1 一般規(guī)定 . 263.3.2 預處理和前處理 . 263.3.3 工藝設計 . 273.3.4污泥處理系統(tǒng) . 293.3.5 后處理 . 293.4主要工藝設備和材料 . 293.4.1 浸沒式膜組器 . 293.4.2 外置式膜組器 . 313.5檢測與過程控制 . 323.5.1 檢測 . 323.5.2 過程控

3、制 . 333.6主要輔助工程 . 333.6.1 建構筑物 . 333.6.2 電氣系統(tǒng) . 343.7施工與驗收 . 343.7.1 施工 . 343.7.2 驗收 . 353.8 運行管理 . 363.8.1 一般規(guī)定 . 363.8.2 水質管理 . 373.8.3 設備管理 . 371MBR技術培訓資料4膜污染 . 394.1膜污染的定義及危害 . 394.1.1 膜污染的定義及分類 . 394.1.2 膜污染的危害 . 394.2膜污染的來源 . 394.2.1 污泥濃度 . 404.2.2 溶解性有機物質 . 404.2.3 微生物污染 . 404.3影響膜污染的因素 . 414

4、.3.1 膜固有的性質 . 414.3.2 MBR運行條件 . 414.3.3 污水特性 . 424.4膜污染的控制 . 424.4.1 預防膜污染 . 424.4.2 清洗方法 . 445浸沒式平板膜組件. 465.2浸沒式平板膜組件的特點 . 465.2 浸沒式平板膜組件使用注意事項 . 485.2.1開箱和安裝 . 485.2.2運行和維護 . 485.2.3膜元件的化學清洗 . 495.3浸沒式平板膜的運行 . 505.3.1標準時間表 . 505.3.2標準運轉流程圖 . 502MBR技術培訓資料5.5.3膜生物反應器內的配置 . 535.5.4 配套管件連接 . 545.4 浸沒式

5、平板膜組件的設置方法 . 575.4.1設置準備 . 575.4.2膜元件的拆卸 . 575.4.3膜組件的檢查 . 575.4.4膜組件的保管方法 . 575.4.5膜組件的安裝順序 . 585.5浸沒式平板膜組件的調試 . 585.5.1清水運行 . 585.5.2種泥的投加 . 595.5.3運轉開始 . 605.6浸沒式平板膜組件的運行管理 . 605.7維護管理 . 635.7.1維護管理項目及實施頻率 . 635.7.2曝氣管的清洗方法 . 635.7.3膜元件的化學清洗 . 665.7.4使用的藥品 . 665.7.5藥品的使用操作 . 665.7.6膜元件的藥液清洗方法 . 6

6、85.7.7膜組件的取出 . 725.8故障的處理方法 . 726 MBR的優(yōu)化與改進 . 746.1節(jié)能降耗 . 746.1.1 從工藝設計方面降低能耗 . 743MBR技術培訓資料6.1.2 從設備選型上降低能耗 . 766.1.3 從運行管理上降低能耗 . 776.1.4 結論 . 786.2脫氮除磷 . 786.2.1MBR生物脫氮 . 786.2.2 MBR除磷 . 806.2.3結語 . 826.3MBR的生物學特性 . 826.3.1微生物群落 . 826.3.2污泥特性 . 846.3.3微生物產物 . 866.3.4結論 . 877 部分MBR工程實例 . 894MBR技術培

7、訓資料前言我國是一個嚴重缺水的國家，我國人均水資源量僅為世界人均擁有量的1/4 。其中華北地區(qū)人均水資源量小于 400m3，已屬于嚴重缺水地區(qū)。我國是世界上嚴重缺水的十二個國家之一。我國目前工業(yè)污水的再生回用率僅為 6%，遠遠低于發(fā)達國家的水平，市政污水的回用率更低。我國萬元 GDP 用水量是世界平均水平的 5 倍，是美國的 8 倍，德國的 11倍。水資源的管理已經成為我國經濟和社會協(xié)調發(fā)展的關鍵問題之一。中國目前水資源浪費及污染現(xiàn)象相當嚴重，據(jù)統(tǒng)計，工業(yè)廢水在 2000 年的排放量為194億立方米，生活污水 2000年的排放量為 221億立方米，按照這種速度，中國的水資源將在 73年后被用盡

8、，而如果水資源利用不加強管理、污水又得不到很好的處理與管理，進而污染到地下水，那么這個時間將會更短。目前，我國的水環(huán)境污染已經到了 “有河皆枯，有水皆污 ”的地步，其治理任務刻不容緩。表 1是對國內近年污水排放量的統(tǒng)計數(shù)據(jù)。表 1 全國廢水排放量統(tǒng)計項目廢水排放量（億噸）合計433.0439.5460.0482.4524.5536.8556.8571.7589.7617.3工業(yè)202.7207.2212.4221.1243.1240.2246.6241.7234.5237.5生活230.3232.3247.6261.3281.4296.6310.2330.0355.2379.8年度200120

9、02200320042005200620072008200920101MBR技術培訓資料增長率（%）4.71.36.9據(jù)統(tǒng)計，2011 年全國廢水排放量為 652.1 億噸，其中化學需氧量排放量為2499.9 萬噸，氨氮排放量為 260.4 萬噸；我國的江河湖泊和水庫中，已經受污染的約占 82.3%；全國設立有監(jiān)測系統(tǒng)的 1200條河流中，已有 850條受到污染；七大水系中，一半以上受到不同程度的污染，達不到安全飲用水源的標準，已基本喪失直接使用得功能；沿海水體發(fā)生赤潮和富營養(yǎng)化現(xiàn)象增多。因此，水環(huán)境的保護和治理已成為我國實現(xiàn)可持續(xù)社會發(fā)展的重要任務。因此，為了滿足我國水環(huán)境保護的迫切需求，急

10、需研發(fā)適合不同行業(yè)廢水特點的高效、低成本、運行管理簡便的廢水處理技術。膜生物反應器（MBR）是膜技術和污水生物處理技術有機結合產生的廢水處理新工藝。它適用范圍廣、綜合運行成本低，系統(tǒng)性能穩(wěn)定，占地面積小。在應用方面它既可用有工業(yè)污水方面也可用在生活污水方面的污水處理。工業(yè)污水方面，主要應用在包括制藥廢水、化工廢水、食品污水等高濃度、難降解有機廢水的處理；在生活污水方面，主要涉及城市污水、樓宇污水、公廁污水、污水廠升級改造以及其他有回用要求的污水處理場合。采用膜生物反應器（MBR）污水處理新工藝處理污水的最大優(yōu)勢是經處理后的排出水可以作為中水回用，與此同時，任何污水處理后的深度處理，也均需要通過

11、膜生物反應器這一重要一環(huán)，從而實現(xiàn)污水資源化及污水處理的零排放。因此膜生物反應器技術的研究與推廣應用，直接抓住了我國污染型缺水的主要矛盾，將對我國的污水處理和再生技術及產業(yè)的發(fā)展、水資源的可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的實現(xiàn)，具有重大的意義。2MBR技術培訓資料1MBR工藝簡介1.1術語和定義Ø膜生物法：指把生物反應與膜分離相結合，以膜為分離介質替代常規(guī)重力沉淀固液分離獲得出水,并能改變反應進程和提高反應效率的污水處理方法，簡稱MBR法。Ø膜組器：指由膜組件、供氣裝置、集水裝置、框架等組裝成的基本水處理單元，在膜生物法污水處理工程進行固液分離的膜裝置。Ø高分子有機膜材料：聚烯烴類

12、、聚乙烯類、聚丙烯腈、聚砜類、芳香族聚酰胺、含氟聚合物等。Ø無機膜：是固態(tài)膜的一種，是由無機材料，如金屬、金屬氧化物、陶瓷、多孔玻璃、沸石、無機高分子材料等制成的半透膜。Ø浸沒式膜生物處理系統(tǒng)：指膜組器浸沒在生物反應池中，污染物在生物反應池進行生化反應，利用膜進行固液分離的設備 或系統(tǒng)?？刹捎秘搲寒a水，也可利用靜水壓力自流產水。簡稱S-MBR。Ø外置式膜生物處理系統(tǒng)：指膜組器和生物反應池分開布置，生物反應池內的活性污泥混合液泵入膜組器進行固液分離的設 備或系統(tǒng)。產水排放或深度處理，濃縮的泥水混合物回流到循環(huán)濃縮池或生物反應池，形成循環(huán)。簡 稱R-MBR。Ø

13、;超細格柵：指柵孔直徑或柵間隙小于2mm的格柵。Ø膜生物反應池：用于安裝膜組器，同時進行污水生物處理與膜分離的構筑物。Ø離線清洗：指將膜組器從膜池中取出，浸入化學溶液中進行清洗，除去膜污染物的過程。Ø在線清洗：指不將膜組器從膜池中取出，而通過向膜組件中加入化學藥劑進行清洗，除去膜污染物的過程。Ø開停時間比：指膜組器一個運行周期中開啟時間與停止時間的比值。Ø膜完整性檢測：指用于判斷膜泄漏的檢測方法。Ø膜污染：指料液中的某些組分在膜表面或膜孔中沉積導致膜性能下降的3MBR技術培訓資料過程。Ø膜泄漏：指由于膜組器接頭泄漏或膜孔破裂

14、、斷裂，導致出水水質受影響的現(xiàn)象。Ø膜抗氧化性：指膜材料抗氧化劑氧化的能力。Ø膜通量 ：指單位時間單位膜面積通過的水量。單位為 m3/m2·h 或 L/m2·h。1.2 MBR的含義及其原理MBR 為膜生物反應器（Membrane Bio-Reactor）的簡稱，是一種將膜分離技術與生物技術有機結合的新型水處理技術，它利用膜分離設備將生化反應池中的活性污泥和大分子有機物截留住，省掉二沉池。膜 -生物反應器工藝通過膜的分離技術大大強化了生物反應器的功能，使活性污泥濃度大大提高，其水力停留時間（HRT）和污泥停留時間（SRT）可以分別控制。圖 1-1 普通活

15、性污泥法工藝流程在傳統(tǒng)的污水生物處理技術中，泥水分離是在二沉池中靠重力作用完成的，其分離效率依賴于活性污泥的沉降性能，沉降性越好，泥水分離效率越高。而污泥的沉降性取決于曝氣池的運行狀況，改善污泥沉降性必須嚴格控制曝氣池的操作條件，這限制了該方法的適用范圍。由于二沉池固液分離的要求，曝氣池的污泥不能維持較高濃度，一般在 1.53.5g/L 左右，從而限制了生化反應速率。水力停留時間（ HRT）與污泥齡（SRT）相互依賴，提高容積負荷與降低污泥負荷往往形成矛盾。系統(tǒng)在運行過程中還產生了大量的剩余污泥，其處置費用占污水處理廠運行費用的 25%40% 。傳統(tǒng)活性污泥處理系統(tǒng)還容易出現(xiàn)污泥膨脹現(xiàn)象，出水

16、中含有懸浮固體，出水水質惡化。4MBR技術培訓資料圖 1-2 MBR工藝流程MBR 工藝通過將分離工程中的膜分離技術與傳統(tǒng)廢水生物處理技術有機結合，不僅省去了二沉池的建設，而且大大提高了固液分離效率，并且由于曝氣池中活性污泥濃度的增大和污泥中特效菌 ( 特別是優(yōu)勢菌群 ) 的出現(xiàn)，提高了生化反應速率。同時，通過降低 F/M 比減少剩余污泥產生量（甚至為零），從而基本解決了傳統(tǒng)活性污泥法存在的許多突出問題。1.3 MBR工藝分類MBR根據(jù)不同的分類依據(jù)，有多種類型，見表 1-1。表 1-1 MBR的分類分類依據(jù)種類膜組件與生物反應器的組合形式 分置式、一體式、（一體）復合式膜組件的形式膜材料管式

17、、板框式、中空纖維式等有機膜、無機膜外壓式、抽吸式好氧、厭氧壓力驅動形式生物反應器曝氣生物反應器、萃取膜生物反應器、膜分離生物反應器5MBR技術培訓資料圖 1-3分置式 MBR分置式 MBR：膜組件和生物反應器分開設置。生物反應器中的混合液經循環(huán)泵增壓后打至膜組件的過濾端，在壓力作用下混合液中的液體透過膜，成為系統(tǒng)處理水。優(yōu)點：(1)膜組件與生物反應器之間的相互影響小。(2)單位面積膜的水通量大。(3)運行穩(wěn)定可靠，操作管理容易。(4)易于膜的清冼、更換和增設。缺點：(1)為減少污染物在膜表面的沉積，需要較高的膜面流速，因而配置的循環(huán)泵需要較高的流量，單位產水能耗很高，一般為 68Kw

18、3;h/m3。(2)循環(huán)泵內的高剪切力會引起生物絮體的破壞，導致生物活性的降低。圖 1-4一體式 MBR一體式 MBR：膜組件置于生物反應器內部，進水進入膜生物反應器，其中的大部分污染物被混合液中的活性污泥去除，再在負壓作用下由膜過濾出水 。6MBR技術培訓資料優(yōu)點：(1)體積小，整體性強。膜組件直接置于生物反應器中，大大減少了占地面積。(2)運行動力費用低。膜表面的錯流是靠空氣攪動產生的，混合液隨氣流向上流動，在膜表面產生剪切應力，在這種剪切應力的作用下，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：(1) 需要定期將膜組件取出生物反應器進行化學清洗，因而管理方面上不及

19、分置式。(2)出水不連續(xù)。(3)單位膜面積膜的產水量較低，一般僅為 5-10L/m2·h。圖 1-5（一體）復合式 MBR（一體）復合式 MBR：形式上也屬于一體式膜生物反應器，所不同的是在生物反應器內加裝填料，從而形成復合式膜生物反應器，改變了反應器的某些性狀。1.4 MBR工藝優(yōu)越性1出水水質優(yōu)質穩(wěn)定在 MBR 中，降解時間較長的可溶性大分子化合物可以被膜截留下來并與污泥一起返回到生物反應器中，使這些化合物在生物反應器中的停留時間變長，從而有利于微生物對這些化合物的降解；同時較長的 SRT 可以使世代時間較長的硝化細菌能夠在生物反應器中積累，提高了硝化效果。因此 MBR 出水有機

20、物含量較低，且總氮和總磷的含量也遠遠低于傳統(tǒng)活性污泥法。同時，由于膜7MBR技術培訓資料單元采用微濾膜或超濾膜，因而不僅對水中懸浮物截留率高，而且可以去除細菌。2工藝參數(shù)易于控制在 MBR 中，用膜組件代替二沉池，可以同時實現(xiàn)較短的 HRT 和很長的SRT。同時，MBR 中由于膜對污泥的截留，可以在很大程度上消除污泥膨脹現(xiàn)象。3耐沖擊負荷MBR 中生物反應器中的微生物濃度比普通生物反應器高得多，裝置處理容積負荷大，同時當進水中有機物濃度變化較大時，有機負荷率（單位質量的微生物在單位時間內承受的有機物質量）變化不大，系統(tǒng)去除有機物的效果變化不大。4剩余污泥產量少該工藝可以在高容積負荷、低污泥負荷

21、下運行，剩余污泥產量低（理論上可以實現(xiàn)零污泥排放），降低了污泥處理費用。5占地面積小，不受設置場合限制生物反應器內能維持高濃度的微生物量，處理裝置容積負荷高，占地面積大大節(jié)??；該工藝流程簡單、結構緊湊、占地面積省，不受設置場所限制，適合于任何場合，可做成地面式、半地下式和地下式。6可去除氨氮及難降解有機物由于微生物被完全截流在生物反應器內，從而有利于增殖緩慢的微生物如硝化細菌的截留生長，系統(tǒng)硝化效率得以提高。同時，可增長一些難降解的有機物在系統(tǒng)中的水力停留時間，有利于難降解有機物降解效率的提高。7操作管理方便，易于實現(xiàn)自動控制該工藝實現(xiàn)了水力停留時間（ HRT）與污泥停留時間（ SRT）的完全

22、分離，運行控制更加靈活穩(wěn)定，是污水處理中容易實現(xiàn)裝備化的新技術，可實現(xiàn)微機自動控制，從而使操作管理更為方便。8易于從傳統(tǒng)工藝進行改造該工藝可以作為傳統(tǒng)污水處理工藝的深度處理單元，在城市二級污水處理廠出水深度處理（從而實現(xiàn)城市污水的大量回用）等領域有著廣闊的應用前景。8MBR技術培訓資料1.5 MBR工藝的不足1、投資大：膜組件的造價高，導致工程的投資比常規(guī)處理方法增加約 3050。2、能耗高：首先 MBR 泥水分離過程必須保持一定的膜驅動壓力，其次是MBR 池中 MLSS 濃度非常高，要保持足夠的傳氧速率，必須加大曝氣強度，還有為了加大膜通量、減輕膜污染，必須增大流速，沖刷膜表面，造成 MBR

23、的能耗要比傳統(tǒng)的生物處理工藝高。3、膜容易污染需要定期清洗：給操作管理帶來不便，同時需要消耗部分化學藥劑。4、受到膜材料的限制：由于材料技術的原因，目前膜的壽命還比較短，膜組件一般使用壽命在 5年左右，到期需更換，導致運行成本進一步增加。1.6 MBR的發(fā)展1.6.1 MBR技術在國外污水處理中的研究及應用膜分離技術在污水處理中的應用開始于 20世紀 60年代末，1969年美國的Smith 等人首次將活性污泥法與超濾膜組件相結合用于處理城市污水的工藝研究，該工藝大膽地提出了用膜分離技術取代常規(guī)活性污泥法中的二沉池 ,利用膜具有高效截留的物理特性,使生物反應器內維持較高的污泥濃度，在 F/M低比

24、值下工作，這樣就可以使有機物盡可能地得到氧化降解，提高了反應器的去除效率，這就是 MBR的最初雛形。進入 20世紀 70年代，有關 MBR的研究進一步深入開展。1970年，Hardt等人使用完全混合生物反應器與超濾膜組合工藝處理生活污水，獲得了 98%的COD去除率和 100%去除細菌的結果。1971 年，Bemberis 等人在污水處理廠進行了 MBR 試驗，取得了良好的試驗結果。1978 年，Bhattacharyya 等人將超濾膜用于處理城市污水，獲得了非飲用回用水。1978 年，Grethlein 利用厭氧消化池與膜分離進行了處理生活污水的研究， BOD 和 TN 的去除率分別為 90

25、%和75%。在這一時期，盡管各國學者對 MBR 工藝做了大量的研究工作、并獲得了一定的研究成果，但是由于當時膜組件的種類很少，制膜工藝也不是十分成熟，9MBR技術培訓資料膜的壽命通常很短，這就限制了 MBR 工藝長期穩(wěn)定的運行，從而也就限制了MBR技術在實際工程中的推廣應用。進入 20 世紀 80 年代以后，隨著材料科學的發(fā)展與制膜水平的提高，推動了膜生物反應器技術的向前發(fā)展，MBR 工藝也隨之得到迅速發(fā)展。日本研究者根據(jù)本國國土狹小、地價高的特點對 MBR 技術進行了大力開發(fā)和研究，并在MBR技術的研究和開發(fā)上走在了前列，使 MBR技術開始走向實際應用。20 世紀 90 年代以后，MBR 技術得到了最為迅猛的發(fā)展，人們對 MBR 在生活污水處理、工業(yè)廢水處理、飲用水處理等方面的應用都進行了研究， MBR已經進入實際應用階段，并得到了快速的推廣。20 世紀的最后幾年，人們圍繞著膜生物反應器的關鍵問題進行了較