膜生物反應(yīng)器講義

關(guān)于膜生物反應(yīng)器講義一、MBR的原理膜生物反應(yīng)器(英文名稱為MembraneBioreactor，縮寫為MBR)。MBR將生物反應(yīng)器和膜分離過程相結(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程。第2頁,共51頁，星期六，2024年，5月一、MBR的原理第3頁,共51頁，星期六，2024年，5月一、MBR的原理和特點(diǎn)第4頁,共51頁，星期六，2024年，5月一、MBR原理1、出水水質(zhì)好在MBR中，降解時(shí)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(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，從而有利于微生物對這些化合物的降解；同時(shí)較長的SRT可以使世代時(shí)間較長的硝化細(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，因而不僅對水中懸浮物截留率高，而且可以去除細(xì)菌。MBR特點(diǎn)：第5頁,共51頁，星期六，2024年，5月一、MBR原理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(shí)實(shí)現(xiàn)較短的HRT和很長的SRT。同時(shí)，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(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)：第6頁,共51頁，星期六，2024年，5月一、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)：第7頁,共51頁，星期六，2024年，5月二、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6～8Kw?h/m3

(2)循環(huán)泵內(nèi)的高剪切力會引起生物絮體的破壞，導(dǎo)致生物活性的降低第8頁,共51頁，星期六，2024年，5月二、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/m2?h。第9頁,共51頁，星期六，2024年，5月二、MBR工藝類型MBR處理系統(tǒng)實(shí)景照片第10頁,共51頁，星期六，2024年，5月二、MBR工藝類型MBR處理系統(tǒng)實(shí)景照片第11頁,共51頁，星期六，2024年，5月二、MBR工藝類型MBR系統(tǒng)中所用的膜第12頁,共51頁，星期六，2024年，5月三、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)第13頁,共51頁，星期六，2024年，5月三、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10g／L變化到35g/L時(shí)，MLSS與膜通量沒有明顯的相關(guān)性；但如果降低曝氣強(qiáng)度，MLSS對膜通量可能產(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)第14頁,共51頁，星期六，2024年，5月三、MBR運(yùn)行的影響因素膜的選擇：膜材料分為有機(jī)膜和無機(jī)膜兩種。由于較高的投資成本限制了無機(jī)膜在我國的廣泛應(yīng)用，國內(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2～30萬。截留分子量越大，初始膜通量越大，但長期運(yùn)行膜通量未必越大。對于一體式MBR，既可用超濾膜，也可使用微濾膜。2、膜分離參數(shù)第15頁,共51頁，星期六，2024年，5月三、MBR運(yùn)行的影響因素操作方式的優(yōu)化：對于分體式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。對于一體式MBR，縮短抽吸時(shí)間或延長停吸時(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)流過濾效果顯得尤為重要。2、膜分離參數(shù)第16頁,共51頁，星期六，2024年，5月四、MBR技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析對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、陽光100國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)。第17頁,共51頁，星期六，2024年，5月四、MBR技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析鋒尚國際公寓膜生物反應(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。第18頁,共51頁，星期六，2024年，5月四、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LAS去除的效果是中水處理工藝優(yōu)劣的重要指標(biāo)。從監(jiān)測結(jié)果看，鋒尚國際公寓膜生物反應(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)于陽光100的接觸氧化工藝（平均出水LAS0.9mg/l）。第19頁,共51頁，星期六，2024年，5月四、MBR技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析膜生物反應(yīng)器對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。第20頁,共51頁，星期六，2024年，5月四、MBR技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析項(xiàng)目鋒尚國際公寓（MBR）陽光100國際公寓（生物接觸氧化）處理能力（m3/d）240240土建投資（萬元）2526設(shè)備投資（萬元）4532工程總投資（萬元）6758噸水投資（元）27922417總占地面積（m2）110170膜生物反應(yīng)器投資明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)性來看，兩種工藝應(yīng)基本相當(dāng)。第21頁,共51頁，星期六，2024年，5月四、MBR技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析項(xiàng)目鋒尚國際公寓（MBR）陽光100國際公寓（生物接觸氧化）日耗電費(fèi)93.6156日藥劑費(fèi)8.59.6日人員管理費(fèi)3030日維護(hù)費(fèi)(1年平均)2025直接噸水運(yùn)行費(fèi)0.630.91設(shè)備折舊(噸水折舊)0.510.45噸水運(yùn)行成本1.141.37第22頁,共51頁，星期六，2024年，5月四、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)用項(xiàng)目定額單價(jià)運(yùn)行費(fèi)用(元/m3)電費(fèi)0.95kW·h/m30.6元/(kW·h)0.57折舊費(fèi)

1.052消毒劑3g/m312元/kg0.036營養(yǎng)劑3.5g/m3

2元/kg0.007運(yùn)行成本

1.665第23頁,共51頁，星期六，2024年，5月五、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第24頁,共51頁，星期六，2024年，5月五、MBR工藝設(shè)計(jì)1、工藝路線的選擇生活污水針對生活污水的推薦工藝流程第25頁,共51頁，星期六，2024年，5月五、MBR工藝設(shè)計(jì)工業(yè)廢水針對工業(yè)廢水有機(jī)物去除為主的推薦工藝流程第26頁,共51頁，星期六，2024年，5月五、MBR工藝設(shè)計(jì)工業(yè)廢水針對工業(yè)廢水氨氮去除為主的推薦工藝流程第27頁,共51頁，星期六，2024年，5月五、MBR工藝設(shè)計(jì)2、膜池的設(shè)計(jì)（1）（2）第28頁,共51頁，星期六，2024年，5月五、MBR工藝設(shè)計(jì)3、膜元件的選擇第29頁,共51頁，星期六，2024年，5月五、MBR工藝設(shè)計(jì)4、MBR產(chǎn)水系統(tǒng)第30頁,共51頁，星期六，2024年，5月五、MBR工藝設(shè)計(jì)5、MBR反洗氣洗系統(tǒng)空氣第31頁,共51頁，星期六，2024年，5月五、MBR工藝設(shè)計(jì)6、化學(xué)清洗系統(tǒng)第32頁,共51頁，星期六，2024年，5月五、MBR工藝設(shè)計(jì)第33頁,共51頁，星期六，2024年，5月五、MBR工藝設(shè)計(jì)7、自動(dòng)控制系統(tǒng)第34頁,共51頁，星期六，2024年，5月五、MBR工藝設(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)項(xiàng)目城市污水工業(yè)污水進(jìn)水COD(mg/L)44.2~8001333~68000COD去除率(%)90~9890~99.8污泥濃度(g/L)10~20,最高50>20容積負(fù)荷（kgCOD/(m3?d))1.2~5.780.25~16污泥負(fù)荷(kgCOD/(kgVSS?d))0.03~0.550.012~2.72污泥產(chǎn)率(kgMLSS/kgCOD)0~0.340.05~0.35水力停留時(shí)間(h)2~2414~389污泥齡(d)5~∝6.2~600傳統(tǒng)活性污泥法：容積負(fù)荷：0.6~1.8kgCOD/(m3?d)污泥負(fù)荷：0.4~0.8kgCOD/(kgVSS?d)污泥齡：5～15d第35頁,共51頁，星期六，2024年，5月六、MBR應(yīng)用第36頁,共51頁，星期六，2024年，5月六、MBR應(yīng)用1、北小河再生水廠（6萬噸/日）曝氣池膜處理車間第37頁,共51頁，星期六，2024年，5月六、MBR應(yīng)用原水出水晶瑩剔透，雜質(zhì)比自來水還少1、北小河再生水廠（6萬噸/日）第38頁,共51頁，星期六，2024年，5月六、MBR應(yīng)用2、密云再生水廠（4.5萬噸/日）MBR反應(yīng)器出水水質(zhì)第39頁,共51頁，星期六，2024年，5月六、MBR應(yīng)用3、中關(guān)村科技園區(qū)軟件園培訓(xùn)中心污水處理工程第40頁,共51頁，星期六，2024年，5月六、MBR應(yīng)用4、沈陽統(tǒng)一集團(tuán)食品廢水處理第41頁,共51頁，星期六，2024年，5月六、MBR應(yīng)用5、金威啤酒有限公司污水處理廠第42頁,共51頁，星期六，2024年，5月六、MBR應(yīng)用6、石化污水處理中石化洛陽分公司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/日第43頁,共51頁，星期六，2024年，5月六、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，染色性能固然越來越穩(wěn)定，但給印染廢水的處理帶來了更大的困難，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。第44頁,共51頁，星期六，2024年，5月六、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：300m3／d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BOD2000mg／L，出水達(dá)二級排放水標(biāo)準(zhǔn)。效果：達(dá)標(biāo)排放。第45頁,共51頁，星期六，2024年，5月六、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