MBR膜生物反應(yīng)器工藝全面介紹(原理、流程、應(yīng)用等)詳解

MBR工藝講座大綱第一章MBR工藝簡介第二章MBR工藝用膜、膜組件第三章MBR系統(tǒng)設(shè)計第四章MBR案例介紹第一章.MBR工藝簡介MBR工藝分類

1.2

MBR含義及其工作原理1.1MBR工藝優(yōu)越性1.3MBR工藝的不足1.4MBR發(fā)展歷史1.5MBR發(fā)展前瞻1.6第一章.MBR工藝簡介

MBR為膜生物反應(yīng)器（MembraneBio-Reactor）的簡稱,是一種將膜分離技術(shù)與生物技術(shù)有機(jī)結(jié)合的新型水處理技術(shù)，它利用膜分離設(shè)備將生化反應(yīng)池中的活性污泥和大分子有機(jī)物截留住，省掉二沉池。膜-生物反應(yīng)器工藝通過膜的分離技術(shù)大大強(qiáng)化了生物反應(yīng)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。1.1MBR含義及其工作原理定義第一章.MBR工藝簡介傳統(tǒng)活性污泥法流程MBR法流程1.1MBR含義及其工作原理第一章.MBR工藝簡介1.1MBR含義及其工作原理在傳統(tǒng)的污水生物處理技術(shù)中，泥水分別是在二沉池中靠重力作用完成的，其分別效率依靠于活性污泥的沉降性能，沉降性越好，泥水分別效率越高。而污泥的沉降性取決于曝氣池的運(yùn)行狀況，改善污泥沉降性必需嚴(yán)格把握曝氣池的操作條件，這限制了該方法的適用范圍。由于二沉池固液分別的要求，曝氣池的污泥不能維持較高濃度，一般在1.5~3.5g/L左右，從而限制了生化反響速率。水力停留時間〔HRT〕與污泥齡〔SRT〕相互依靠，提高容積負(fù)荷與降低污泥負(fù)荷往往形成沖突。系統(tǒng)在運(yùn)行過程中還產(chǎn)生了大量的剩余污泥，其處置費(fèi)用占污水處理廠運(yùn)行費(fèi)用的25%～40%。傳統(tǒng)活性污泥處理系統(tǒng)還簡潔消逝污泥膨脹現(xiàn)象，出水中含有懸浮固體，出水水質(zhì)惡化。第一章.MBR工藝簡介1.1MBR含義及其工作原理MBR工藝通過將分別工程中的膜分別技術(shù)與傳統(tǒng)廢水生物處理技術(shù)有機(jī)結(jié)合，不僅省去了二沉池的建設(shè)，而且大大提高了固液分別效率，并且由于曝氣池中活性污泥濃度的增大和污泥中特效菌(特殊是優(yōu)勢菌群)的消逝，提高了生化反響速率。同時，通過降低F/M比削減剩余污泥產(chǎn)生量〔甚至為零〕，從而根本解決了傳統(tǒng)活性污泥法存在的很多突出問題。第一章.MBR工藝簡介1.2MBR工藝分類分類依據(jù)種類膜組件與生物反應(yīng)器組合方式分置式、一體式、（一體）復(fù)合式膜組件管式、板框式、中空纖維式等膜材料有機(jī)膜、無機(jī)膜壓力驅(qū)動形式外壓式、抽吸式生物反應(yīng)器好氧、厭氧曝氣生物反應(yīng)器、萃取膜生物反應(yīng)器、膜分離生物反應(yīng)器第一章.MBR工藝簡介膜組件和生物反響器分開設(shè)置。生物反響器中的混合液經(jīng)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。膜組件置于生物反響器內(nèi)部，進(jìn)水進(jìn)入膜-生物反響器，其中的大局部污染物被混合液中的活性污泥去除，再在負(fù)壓作用下由膜過濾出水。分置式一體式復(fù)合式形式上也屬于一體式膜-生物反響器，所不同的是在生物反響器內(nèi)加裝填料，從而形成復(fù)合式膜-生物反響器，轉(zhuǎn)變了反響器的某些性狀。1.2MBR工藝分類第一章.MBR工藝簡介1、高效的固液分別，出水水質(zhì)優(yōu)質(zhì)穩(wěn)定。2、剩余污泥產(chǎn)量少。MBR的優(yōu)勢3、占地面積小，無需二沉池，工藝設(shè)備集中。4、可去除氨氮及難降解有機(jī)物。

5、抑制了傳統(tǒng)活性污泥法易發(fā)生污泥膨脹的弊端。6、操作治理便利，易于實(shí)現(xiàn)自動把握。1.3MBR工藝優(yōu)越性第一章.MBR工藝簡介1.4MBR工藝的缺乏1、投資大：膜組件的造價高，導(dǎo)致工程的投資比常規(guī)處理方法增加約30％－50％。MBR的缺乏2、能耗高：泥水分別的膜驅(qū)動壓力;高強(qiáng)度曝氣；為減輕膜污染需增大流速。3、膜污染清洗。

4、膜的壽命及更換，導(dǎo)致運(yùn)行本錢高。膜組件一般使用壽命在5年左右，到期需更換。第一章.MBR工藝簡介1.5MBR進(jìn)展歷史歷史第一階段(1966年～1980年)1966年，美國的Dorroliver公司首先將MBR用于廢水處理研究1968年，Smith等人在活性污泥法工藝中用超濾取代二次池。20世紀(jì)70年代，膜生物反應(yīng)器工藝首次進(jìn)入日本市場。第二階段(1980年～1995年)1989年日本政府政府聯(lián)合許多大公司共同投資研發(fā)。90年代Kubota公司研制了平板式浸沒MBR。在80年代末到90年代初，Zenon環(huán)境公司研制成功了兩個注冊產(chǎn)品。Zenon環(huán)境公司商業(yè)化的產(chǎn)品系統(tǒng)——ZenonGem在1982年進(jìn)入市場。第三階段(1995年至今)20世紀(jì)90年代中后期。越來越多的歐洲國家將MBR用于生活污水和工業(yè)廢水的處理。目前主要有四家大公司經(jīng)營MBR，它們分別是加拿大Zenon公司，13本MitsubishiRayon公司，法國Suez．LDE/IDI公司和日本Kubota公司。第一章.MBR工藝簡介1.6MBR進(jìn)展前瞻應(yīng)用領(lǐng)域1.現(xiàn)有城市污水處理廠的更新升級。2.無排水管網(wǎng)系統(tǒng)地區(qū)的污水處理，如居民點(diǎn)、旅游度假區(qū)、風(fēng)景區(qū)等。3.有污水回用需求的地區(qū)或場所，如賓館、洗車業(yè)、客機(jī)、流動廁所等。4.高濃度、有毒、難降解工業(yè)廢水處理。如造紙、制糖、皮革等行業(yè)5.垃圾填埋廠滲濾液的處理及回用6.小規(guī)模污水廠（站）的應(yīng)用。第一章.MBR工藝簡介1.6MBR進(jìn)展前瞻研究重點(diǎn)1、膜污染的機(jī)理及防治。2、MBR工藝流程形式及運(yùn)行條件的優(yōu)化.3、MBR工藝經(jīng)濟(jì)性研究。4、以節(jié)能、處理特殊水質(zhì)對象開發(fā)新型的膜生物反應(yīng)器。5、成熟、系統(tǒng)MBR的工藝設(shè)計方法。6、形形色色的生物反應(yīng)器

MBR膜組件

2.2

MBR用膜介紹2.1常見MBR膜組件介紹

2.3其次章.MBR工藝用膜、膜組件不足：運(yùn)行過程易污染、強(qiáng)度低、使用壽命短優(yōu)點(diǎn)：成本相對較低，造價便宜，膜的制造工藝較為成熟，膜孔徑和形式也較為多樣，應(yīng)用廣泛.材質(zhì)：聚烯烴類、聚乙烯類、聚丙烯腈、聚砜類、芳香族聚酰胺、含氟聚合物等高分子有機(jī)膜材料2.1MBR用膜介紹不足：造價昂貴、不耐堿、彈性小、膜的加工制備有一定困難

優(yōu)點(diǎn)（陶瓷膜為例）：耐酸

、抗壓、抗溫，其通量高、能耗相對較低

材質(zhì)：金屬、金屬氧化物、陶瓷、多孔玻璃、沸石、無機(jī)高分子材料等無機(jī)膜其次章.MBR工藝用膜、膜組件MBR工藝中用膜一般為微濾膜（MF）和超濾膜（UF），大都采用0.1～0.4μm膜孔徑

其次章.MBR工藝用膜、膜組件微濾常用的聚合物材料有：聚碳酸酯、纖維素酯、聚偏二氟乙烯、聚砜、聚四氟乙烯、聚氯乙烯、聚醚酰亞胺、聚丙烯、聚醚醚酮、聚酰胺等.超濾常用聚合物材料有：聚砜(PS)、聚醚砜(PES)、聚酰胺、聚丙烯腈〔PAN〕、聚偏氟乙烯、纖維素酯、聚醚醚酮、聚亞酰胺、聚醚酰胺等.2.1MBR用膜介紹

目前MBR膜組件中使用量較大的只有聚偏二氟乙烯（PVDF）、聚乙烯（PE）和聚丙?。≒P）。其中聚偏二氟乙烯（PVDF）由于其優(yōu)良的物理和化學(xué)性能（強(qiáng)度和耐腐蝕性）在國內(nèi)和國外用量均最大。其次章.MBR工藝用膜、膜組件海綿狀支撐層致密表皮層PVDF(聚偏氟乙烯)材質(zhì)中空纖維膜，PVDF是一種氟化聚合物，具有300萬～400萬的分子量，有很強(qiáng)的物理強(qiáng)度和化學(xué)穩(wěn)定性.膜外表放大照片膜橫斷面放大照片2.1MBR用膜介紹其次章.MBR工藝用膜、膜組件2.1MBR用膜介紹陶瓷膜主要是A12O3，Zr02，Ti02和Si02等無機(jī)材料制備的多孔膜，其孔徑為0.1－50μm。具有化學(xué)穩(wěn)定性好，能耐酸、耐堿、耐有機(jī)溶劑:機(jī)械強(qiáng)度大，可反向沖洗:抗微生物力氣強(qiáng):耐高溫:孔徑分布窄，分別效率高等特點(diǎn)。陶瓷膜與同類的有機(jī)高分子膜相比具有很多優(yōu)點(diǎn)：它堅(jiān)硬、承受力強(qiáng)、耐用、不易阻寨，對具有化學(xué)侵害性液體和高溫清潔液有更強(qiáng)的反抗力氣，其主要缺點(diǎn)就是價格昂貴目，制造過程簡潔。2.2MBR膜組件其次章.MBR工藝用膜、膜組件中空纖維具有高壓下不變形的強(qiáng)度，勿需支撐材料。把大量(多達(dá)幾十萬根)中空纖維膜裝入圓筒型耐壓容器內(nèi)。纖維束的開口端用環(huán)氧樹脂鑄成管板。外徑一般為40～250μm，內(nèi)徑為25～42μm。在MBR中，常把組件直接放入反響器中，不需耐壓容器，構(gòu)成浸沒式膜-生物反響器。一般為外壓式膜組件。優(yōu)點(diǎn)：裝填密度高，一般可達(dá)16000－30000m2/m3；造價相對較低；壽命較長；可以承受物化性能穩(wěn)定，透水率低的尼龍中空纖維膜；膜耐壓性能好，不需要支撐材料。

缺點(diǎn)：對堵塞敏感，污染和濃差極化對膜的分別性能有很大影響,壓力降較大；再生清洗困難；原料的前處理本錢高。2.2MBR膜組件其次章.MBR工藝用膜、膜組件板框式是MBR工藝最早應(yīng)用的一種膜組件形式，外形類似于一般的板框式壓濾機(jī)。優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)是：制造組裝簡潔，操作便利，易于維護(hù)、清洗、更換。缺點(diǎn)：密封較簡潔，壓力損失大，裝填密度小。

其次章.MBR工藝用膜、膜組件由膜和膜的支撐體構(gòu)成，有內(nèi)壓型和外壓型兩種運(yùn)行方式。實(shí)際中多承受內(nèi)壓型，即進(jìn)水從管內(nèi)流入，滲透液從管外流出。膜直徑在6~24mm之間。管狀膜被放在一個多孔的不銹鋼、陶瓷或塑料管內(nèi)，每個膜器中膜管數(shù)目一般為4－18根。管狀膜目前主要有燒結(jié)聚乙烯微孔濾膜、陶瓷膜、多孔石墨管等，價格較高，但耐污染且易清洗。尤其對高溫介質(zhì)適用。優(yōu)點(diǎn)：料液可以把握湍流流淌，不易堵塞，易清洗，壓力損失小。

缺點(diǎn)：裝填密度小，一般低于300m2/m3。2.2MBR膜組件其次章.MBR工藝用膜、膜組件主要部件為多孔支撐材料，兩側(cè)是膜，三邊密封，開放邊與一根多孔的中心產(chǎn)品水收集管密封連接，在膜袋外部的原水側(cè)墊一層網(wǎng)眼型間隔材料，把膜袋－隔網(wǎng)依次迭合，繞中心集水管嚴(yán)密地卷起來，形成一個膜卷，裝進(jìn)圓柱形壓力容器內(nèi)，就制成了一個螺旋卷式膜組件。優(yōu)點(diǎn)：膜的裝填密度高；膜支撐構(gòu)造簡潔；濃差極化??；簡潔調(diào)整膜面流態(tài)。

缺點(diǎn)：中心管處易泄漏；膜與支撐材料的粘結(jié)處膜易裂開而泄漏；膜的安裝和更換困難。2.2MBR膜組件其次章.MBR工藝用膜、膜組件

名稱/項(xiàng)目中空纖維式毛細(xì)管式螺旋卷式平板式圓管式價格（元/m3）40~150150~800250~800800~2500400~1500充填密度高中中低低清洗難易中易易壓力降高中中中低可否高壓操作可否可較難較難膜形式限制有有無無無2.2MBR膜組件各種膜組件特性表其次章.MBR工藝用膜、膜組件2.2MBR膜組件中空纖維膜組件板式膜組件中空纖維膜膜絲柔性,可反沖洗支撐板式平板膜:膜片為剛性,不可反沖洗獨(dú)立的清洗獨(dú)立的清洗填充密度

160m2/m3填充密度

80m2/m3典型膜通量：15L/m2h典型膜通量：20L/m2h纏繞式纖維物質(zhì)，污泥堵塞,卡在纖維間，無法通過反沖去除。溝槽式,低填充密度，堆積在板間，始于板固定處，沒有反沖洗化學(xué)清洗。化學(xué)及機(jī)械清洗。中空纖維膜組件和板式膜組件的比較其次章.MBR工藝用膜、膜組件以MitsubishiRayon(Japan)公司為代表，它具有膜面積大，易于安裝，清洗方便等特點(diǎn)2.3三種常見的MBR膜組件A.中空纖維簾狀浸入式膜組件其次章.MBR工藝用膜、膜組件以GE的Zenon公司為代表，它具有膜面積大，占地面積小等特點(diǎn)。2.3三種常見的MBR膜組件B.中空纖維柱狀浸入式膜組件其次章.MBR工藝用膜、膜組件以Kubota公司為代表，具有膜通量大，易于組裝，清洗便利等特點(diǎn)。2.3三種常見的MBR膜組件C.平板型簾狀浸入式膜組件第三章.MBR系統(tǒng)設(shè)計MBR工藝組成3.2

MBR設(shè)計需求信息3.1MBR工藝路線選擇3.3膜池的設(shè)計3.4膜元件的選擇與安裝3.5MBR產(chǎn)水系統(tǒng)3.6MBR反洗系統(tǒng)3.8

MBR曝氣系統(tǒng)3.7MBR化學(xué)清洗系統(tǒng)3.9MBR自動控制系統(tǒng)3.10其他系統(tǒng)3.11第三章.MBR系統(tǒng)設(shè)計3.1MBR設(shè)計需求信息廢水水質(zhì)最少的水質(zhì)條件包括：BOD、COD；TSS、VSS；N、P、Alk；T?，F(xiàn)場條件包括：咨詢報告、場地限制、特殊地貌；如果是改造項(xiàng)目，則還需要工廠平面圖、池子和渠道的尺寸，運(yùn)行歷史數(shù)據(jù)等。處理量和水力負(fù)荷該信息對工藝配置和處理工藝的選擇具有決定意義。出水水質(zhì)要求或出水用途，該要求影響處理工藝流程的選擇。MBR設(shè)計信息需求表第三章.MBR系統(tǒng)設(shè)計3.2MBR工藝組成1、預(yù)處理——細(xì)格柵，要求≦2mm，推薦≦1mm。圓孔和網(wǎng)格型2、生化工藝部分3、膜過濾部分4、剩余污泥處理部分。以ZW-MBR為例預(yù)處理格柵—GE要求，初沉池、沉砂池—設(shè)計方?jīng)Q定生化工藝部分由GE或設(shè)計方?jīng)Q定膜過濾部分膜工藝（或產(chǎn)品）由GE決定剩余污泥處理部分

污泥脫水—GE決定是否加聚合物，消化處理機(jī)—設(shè)計方?jīng)Q定，污泥處置方式—設(shè)計方?jīng)Q定設(shè)計職責(zé)第三章.MBR系統(tǒng)設(shè)計3.2MBR工藝組成第三章.MBR系統(tǒng)設(shè)計3.3MBR工藝路線選擇針對生活污水的MBR工藝流程第三章.MBR系統(tǒng)設(shè)計3.3MBR工藝路線選擇針對工業(yè)廢水的MBR工藝流程第三章.MBR系統(tǒng)設(shè)計3.3MBR工藝路線選擇以氨氮去除為主的MBR工藝流程第三章.MBR系統(tǒng)設(shè)計3.4膜池的設(shè)計缺氧池設(shè)計設(shè)計原則：氮容積負(fù)荷定位0.2kg/（m3.d）以下。流入缺氧池水的含氮量：Q2*C氨氮需要缺氧池容積為：Q1*C氨氮/0.2以上膜池設(shè)計設(shè)計原則：BOD容積負(fù)荷在2.0kg-BOD/(m3.d)以下設(shè)計缺氧池對進(jìn)水BOD的去除率為η(20%～50%)，則流入膜生物反應(yīng)池的BOD濃度為CBOD×(1-20%)；需要的膜生物反應(yīng)池的容積為CBOD×(1-20%)÷2以上。第三章.MBR系統(tǒng)設(shè)計3.5膜元件的選擇和安裝選擇核實(shí)的膜通量確定所需要的膜面積

根據(jù)單支元件的膜面積確定膜元件的數(shù)量MBR膜在運(yùn)行過程中涉及反洗等操作，因此必須綜合考慮水的利用率以及元件的停歇時間膜元件的選擇第三章.MBR系統(tǒng)設(shè)計3.5膜元件的選擇和安裝膜元件的安裝以歐美-FLEXELL膜元件為例，W1不小于100mm，W2不小于150mm，W3不小于150mm，W4不小于400mm。第三章.MBR系統(tǒng)設(shè)計3.6MBR產(chǎn)水系統(tǒng)產(chǎn)水系統(tǒng)可承受連續(xù)運(yùn)行或間歇運(yùn)行兩種不同的運(yùn)行方式；對于微污染源水或MBR池MLSS濃度低的系統(tǒng)可連續(xù)產(chǎn)水；對于高M(jìn)LSS的系統(tǒng)，可選用抽吸與停抽相結(jié)合的運(yùn)行方式。第三章.MBR系統(tǒng)設(shè)計3.7MBR曝氣系統(tǒng)需氧量曝氣系統(tǒng)主要為膜生物反應(yīng)池的微生物生長代謝提供氧氣，主要有三個方面：1.微生物氧化分解有機(jī)物的需氧量2.微生物自身細(xì)胞物質(zhì)的氧化分解的需氧量3.對污水中氨氮進(jìn)行氧化所需氧量。10/30曝氣通過改進(jìn)采取循環(huán)曝氣可以降低能耗。以前為10S開10S關(guān)→現(xiàn)在10S開30S關(guān)，該曝氣方式要求膜組件為偶數(shù)列。兩列膜同時工作，可以降低75%能耗，在低流速和低污垢的情況下可降低50%能耗；該曝氣方式降低了微生物的剪切力，提高了絮體結(jié)構(gòu)及去除性。單列膜；峰值情況；高結(jié)垢情況下不能采取10/30曝氣。第三章.MBR系統(tǒng)設(shè)計3.8MBR反洗系統(tǒng)結(jié)合有機(jī)物污染通過堿洗效果明顯、鹽結(jié)垢通過酸洗效果明顯的原理，將化學(xué)加強(qiáng)反洗程序引入到MBR膜的運(yùn)行過程中。通過類似于低強(qiáng)度的化學(xué)清洗的操作，將MBR膜的污染消退在剛形成的階段，阻擋膜污染得不到準(zhǔn)時恢復(fù)形成協(xié)同惡化的效應(yīng)。第三章.MBR系統(tǒng)設(shè)計3.8MBR反洗系統(tǒng)加藥種類化學(xué)藥劑加藥濃度酸鹽酸、檸檬酸、草酸控制PH在2.5~3.5之間堿氫氧化鈉0.02%~0.05%氧化劑次氯酸鈉0.05%~0.1%第三章.MBR系統(tǒng)設(shè)計3.9MBR加藥系統(tǒng)污染物化學(xué)藥劑濃度清洗時間有機(jī)物10%次氯酸鈉1000~5000mg/L1~2h有機(jī)物氫氧化鈉PH<121h無機(jī)物鹽酸0.1mol/L1~2h化學(xué)清洗的頻率和操作的條件與進(jìn)水的水質(zhì)有關(guān)。通常狀況下運(yùn)行1～3個月或在一樣的運(yùn)行條件下透過膜的壓差比初期上升的0.5bar以上時就應(yīng)當(dāng)進(jìn)展化學(xué)清洗。第三章.MBR系統(tǒng)設(shè)計3.10MBR自動把握系統(tǒng)狀態(tài)運(yùn)行停機(jī)步驟序號1234567步序運(yùn)行汽水反洗停抽加藥浸泡沖洗停機(jī)泵閥狀況表抽吸泵○反洗水泵○○○加藥泵○產(chǎn)水泵○反洗泵○○○進(jìn)氣閥○時間15~30min30~60min2~8min30~60min5~10min60~90s1、當(dāng)不進(jìn)展分散化學(xué)清洗時，程序運(yùn)行按1-2-7或1-2-3-7。2、進(jìn)展程序轉(zhuǎn)換時所需考慮的緩沖時間應(yīng)在實(shí)際編程時進(jìn)展考慮。第三章.MBR系統(tǒng)設(shè)計3.11其他系統(tǒng)污泥回流系統(tǒng)從膜生物反應(yīng)池到缺氧池的硝化液循環(huán)量根據(jù)要求氨氮的去除率來決定。從膜生物反應(yīng)池到缺氧池的循環(huán)比如果為R，硝化液循環(huán)量則為RQ，從缺氧池到膜生物反應(yīng)池的混合液量則為(R+1)Q.氮磷營養(yǎng)藥劑投加系統(tǒng)微生物生產(chǎn)繁殖代謝所需要的營養(yǎng)比為BOD:T-N:T-P＝100:5:1。添加氮磷營養(yǎng)藥劑以補(bǔ)充原水中氮磷不足部分的量。有機(jī)營養(yǎng)藥劑投加系統(tǒng)使BOD/N成為3以上而添加不足部分的BOD，一般投加的有機(jī)營養(yǎng)物為甲醇。堿度補(bǔ)充系統(tǒng)若進(jìn)水中堿度