MBR膜技術(shù)發(fā)展與運(yùn)用

1、MBR膜技術(shù)發(fā)展與運(yùn)用姓名：江舸班級(jí)：14環(huán)工（2）班學(xué)號(hào)：1402032040在污水處理，水資源再利用領(lǐng)域，MBR又稱膜生物反應(yīng)器，是一種由活性污泥法與膜分離技術(shù)相結(jié)合的新型水處理技術(shù)。膜的種類繁多，按分離機(jī)理進(jìn)行分類，有反應(yīng)膜、離子交換膜、滲透膜等；按膜的性質(zhì)分類，有天然膜（生物膜）和合成膜（有機(jī)膜和無機(jī)膜）；按膜的結(jié)構(gòu)型式分類，有平板型、管型、螺旋型及中空纖維型等。MBR工藝的組成：固液分離型膜-生物反應(yīng)器是在水處理領(lǐng)域中研究得最為廣泛深入的一類膜-生物反應(yīng)器，是一種用膜分離過程取代傳統(tǒng)活性污泥法中二次沉淀池的水處理技術(shù)。在傳統(tǒng)的廢水生物處理技術(shù)中，泥水分離是在二沉池中靠重力作用完成的，

2、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(yùn)行狀況，改善污泥沉降性必須嚴(yán)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(yīng)速率。水力停留時(shí)間（HRT）與污泥齡（SRT）相互依賴，提高容積負(fù)荷與降低污泥負(fù)荷往往形成矛盾。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)還容易出現(xiàn)污泥膨脹現(xiàn)象，出水中含有懸浮固體，出水水質(zhì)惡化。針對(duì)上述問題，MBR將膜分離技術(shù)與傳統(tǒng)生物處理技術(shù)有機(jī)結(jié)合，M

3、BR實(shí)現(xiàn)污泥停留時(shí)間和水力停留時(shí)間的分離，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(yīng)速率。同時(shí)，通過降低F/M比減少剩余污泥產(chǎn)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。MBR工藝類型：根據(jù)膜組件和生物反應(yīng)器的組合方式，可將膜-生物反應(yīng)器分為分置式、一體式以及復(fù)合式三種基本類型。分置式膜-生物反應(yīng)器把膜組件和生物反應(yīng)器分開設(shè)置。生物反應(yīng)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；固形物、大分子物質(zhì)等則被膜截留，隨濃縮液回流到生物反應(yīng)器內(nèi)。分置式膜-生物

4、反應(yīng)器的特點(diǎn)是運(yùn)行穩(wěn)定可靠，易于膜的清洗、更換及增設(shè)；而且膜通量普遍較大。但一般條件下為減少污染物在膜表面的沉積，延長膜的清洗周期，需要用循環(huán)泵提供較高的膜面錯(cuò)流流速，水流循環(huán)量大、動(dòng)力費(fèi)用高，并且泵的高速旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的剪切力會(huì)使某些微生物菌體產(chǎn)生失活現(xiàn)象。一體式膜-生物反應(yīng)器是把膜組件置于生物反應(yīng)器內(nèi)部。進(jìn)水進(jìn)入膜-生物反應(yīng)器，其中的大部分污染物被混合液中的活性污泥去除，再在外壓作用下由膜過濾出水。這種形式的膜-生物反應(yīng)器由于省去了混合液循環(huán)系統(tǒng)，并且靠抽吸出水，能耗相對(duì)較低；占地較分置式更為緊湊。但是一般膜通量相對(duì)較低，容易發(fā)生膜污染，膜污染后不容易清洗和更換。復(fù)合式膜-生物反應(yīng)器在形式上也屬

5、于一體式膜-生物反應(yīng)器，所不同的是在生物反應(yīng)器內(nèi)加裝填料，從而形成復(fù)合式膜-生物反應(yīng)器，改變了反應(yīng)器的某些性狀。MBR工藝的特點(diǎn)：與許多傳統(tǒng)的生物水處理工藝相比，MBR具有以下主要特點(diǎn)：一、出水水質(zhì)優(yōu)質(zhì)穩(wěn)定由于膜的高效分離作用，分離效果遠(yuǎn)好于傳統(tǒng)沉淀池，處理出水極其清澈，懸浮物和濁度接近于零，細(xì)菌和病毒被大幅去除，出水水質(zhì)優(yōu)于建設(shè)部頒發(fā)的生活雜用水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)(CJ25.1-89),可以直接作為非飲用市政雜用水進(jìn)行回用。同時(shí)，膜分離也使微生物被完全被截流在生物反應(yīng)器內(nèi)，使得系統(tǒng)內(nèi)能夠維持較高的微生物濃度，不但提高了反應(yīng)裝置對(duì)污染物的整體去除效率，保證了良好的出水水質(zhì)，同時(shí)反應(yīng)器對(duì)進(jìn)水負(fù)荷(水質(zhì)及水

6、量)的各種變化具有很好的適應(yīng)性，耐沖擊負(fù)荷，能夠穩(wěn)定獲得優(yōu)質(zhì)的出水水質(zhì)。二、剩余污泥產(chǎn)量少該工藝可以在高容積負(fù)荷、低污泥負(fù)荷下運(yùn)行，剩余污泥產(chǎn)量低，降低了污泥處理費(fèi)用。三、占地面積小，不受設(shè)置場合限制生物反應(yīng)器內(nèi)能維持高濃度的微生物量，處理裝置容積負(fù)荷高，占地面積大大節(jié)??；該工藝流程簡單、結(jié)構(gòu)緊湊、占地面積省，不受設(shè)置場所限制，適合于任何場合，可做成地面式、半地下式和地下式四、可去除氨氮及難降解有機(jī)物由于微生物被完全截流在生物反應(yīng)器內(nèi)，從而有利于增殖緩慢的微生物如硝化細(xì)菌的截留生長，系統(tǒng)硝化效率得以提高。同時(shí)，可增長一些難降解的有機(jī)物在系統(tǒng)中的水力停留時(shí)間，有利于難降解有機(jī)物降解效率的提高。五

7、、操作管理方便，易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制該工藝實(shí)現(xiàn)了水力停留時(shí)間（HRT）與污泥停留時(shí)間（SRT）的完全分離，運(yùn)行控制更加靈活穩(wěn)定，是污水處理中容易實(shí)現(xiàn)裝備化的新技術(shù)，可實(shí)現(xiàn)微機(jī)自動(dòng)控制，從而使操作管理更為方便。六、易于從傳統(tǒng)工藝進(jìn)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(jí)污水處理廠出水深度處理（從而實(shí)現(xiàn)城市污水的大量回用）等領(lǐng)域有著廣闊的應(yīng)用前景。七、膜-生物反應(yīng)器也存在一些不足。主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：膜造價(jià)高，使膜-生物反應(yīng)器的基建投資高于傳統(tǒng)污水處理工藝；膜污染容易出現(xiàn)，給操作管理帶來不便；能耗高：首先MBR泥水分離過程必須保持一定的膜驅(qū)動(dòng)壓力，其次是MBR池中MLSS濃度

8、非常高，要保持足夠的傳氧速率，必須加大曝氣強(qiáng)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的能耗要比傳統(tǒng)的生物處理工藝高。MBR工藝用膜：膜可以由很多種材料制備，可以是液相、固相甚至是氣相的。目前使用的分離膜絕大多數(shù)是固相膜。根據(jù)孔徑不同可分為：微濾膜、超濾膜、納濾膜和反滲透膜；根據(jù)材料不同，可分為無機(jī)膜和有機(jī)膜，無機(jī)膜主要是微濾級(jí)別膜。膜可以是均質(zhì)或非均質(zhì)的，可以是荷電的或電中性的。廣泛用于廢水處理的膜主要是由有機(jī)高分子材料制備的固相非對(duì)稱膜。為了便于工業(yè)化生產(chǎn)和安裝，提高膜的工作效率，在單位體積內(nèi)實(shí)現(xiàn)最大的膜面積，通常將膜以某種形式組裝在一個(gè)基本單元設(shè)備內(nèi)，在一定

9、的驅(qū)動(dòng)力下，完成混合液中各組分的分離，這類裝置稱為膜組件。MBR膜組件設(shè)計(jì)的一般要求：對(duì)膜提供足夠的機(jī)械支撐，流道通暢，沒有流動(dòng)死角和靜水區(qū)；能耗較低，盡量減少濃差極化，提高分離效率，減輕膜污染；盡可能高的裝填密度，安裝，清洗、更換方便；具有足夠的機(jī)械強(qiáng)度、化學(xué)和熱穩(wěn)定性。MBR的應(yīng)用領(lǐng)域：一、城市污水處理及建筑中水回用1967年第一個(gè)采用MBR工藝的廢水處理廠由美國的Dorr-Oliver公司建成，這個(gè)處理廠處理14m3/d廢水。1977年，一套污水回用系統(tǒng)在日本的一幢高層建筑中得到實(shí)際應(yīng)用。1980年，日本建成了兩座處理能力分別為10m3/d和50m3/d的MBR處理廠。90年代初期，日本

10、就有39座這樣的廠在運(yùn)行，最大處理能力可達(dá)500m3/d,并且有100多處的高樓采用MBR將污水處理后回用于中水道。1997年，英國Wessex公司在英國Porlock建立了當(dāng)時(shí)世界上最大的MBR系統(tǒng)，日處理量達(dá)2000m3,1999年又在Dorset的Swanage建成了313000m/d的MBR工廠。1998年5月，清華大學(xué)進(jìn)行的一體式膜-生物反應(yīng)器中試系統(tǒng)通過了國家鑒定。2000年初，清華大學(xué)在北京市海淀鄉(xiāng)醫(yī)院建起了一套實(shí)用的MBR系統(tǒng)，用以處理醫(yī)院廢水，該工程于2000年6月建成并投入使用，目前運(yùn)轉(zhuǎn)正常。2000年9月，天津大學(xué)楊造燕教授及其領(lǐng)導(dǎo)的科研小組在天津新技術(shù)產(chǎn)業(yè)園區(qū)普辰大廈建

11、成了一個(gè)MBR示范工程，該系統(tǒng)日處理污水25噸，處理后的污水全部用于衛(wèi)生間的沖洗及綠地澆灑，占地面積為10平方米，處理每噸污水的能耗為0.7kW-h。二、工業(yè)廢水處理90年代以來，MBR的處理對(duì)象不斷拓寬，除中水回用、糞便污水處理以外，MBR在工業(yè)廢水處理中的應(yīng)用也得到了廣泛關(guān)注，如處理食品工業(yè)廢水、水產(chǎn)加工廢水、養(yǎng)殖廢水、化妝品生產(chǎn)廢水、染料廢水、石油化工廢水，均獲得了良好的處理效果。90年代初，美國在Ohio建造了一套用于處理某汽車制造廠的工業(yè)廢水的MBR系統(tǒng)，處理規(guī)模為151m3/d,該系統(tǒng)的有機(jī)負(fù)荷達(dá)6.3kgCOD/m3d,COD去除率為94%,絕大部分的油與油脂被降解。在荷蘭，一脂

12、肪提取加工廠采用傳統(tǒng)的氧化溝污水處理技術(shù)處理其生產(chǎn)廢水，由于生產(chǎn)規(guī)模的擴(kuò)大，結(jié)果導(dǎo)致污泥膨脹，污泥難以分離，最后采用Zenon的膜組件代替沉淀池，運(yùn)行效果良好。三、微污染飲用水凈化隨著氮肥與殺蟲劑在農(nóng)業(yè)中的廣泛應(yīng)用，飲用水也不同程度受到污染。LyonnaisedesEaux公司在90年代中期開發(fā)出同時(shí)具有生物脫氮、吸附殺蟲劑、去除濁度功能的MBR工藝，1995年該公司在法國的Douchy建成了日產(chǎn)飲用水400m3的工廠。出水中氮濃度低于0.1mgNO2/L,殺蟲劑濃度低于0.02g/L四、糞便污水處理糞便污水中有機(jī)物含量很高，傳統(tǒng)的反硝化處理方法要求有很高污泥濃度，固液分離不穩(wěn)定，影響了三級(jí)處

13、理效果。MBR的出現(xiàn)很好地解決了這一問題，并且使糞便污水不經(jīng)稀釋而直接處理成為可能。日本已開發(fā)出被稱之為NS系統(tǒng)的屎尿處理技術(shù)，最核心部分是平板膜裝置與好氧高濃度活性污泥生物反應(yīng)器組合的系統(tǒng)。NS系統(tǒng)于1985年在日本琦玉縣越谷市建成，生產(chǎn)規(guī)模為10kL/d,1989年又先后在長崎縣、熊本縣建成新的屎尿處理設(shè)施。NS系統(tǒng)中的平板膜每組約0.4m2共幾十組并列安裝，做成能自動(dòng)打開的框架裝置，并能自動(dòng)沖洗。膜材料為截流分子量20000的聚碉超濾膜。反應(yīng)器內(nèi)污泥濃度保持在1500018000mg/L范圍內(nèi)。到1994年，日本已有1200多套MBR系統(tǒng)用于處理4000多萬人的糞便污水。五、土地填埋場/

14、堆肥滲濾液處理土地填埋場/堆肥滲濾液含有高濃度的污染物，其水質(zhì)和水量隨氣候條件與操作運(yùn)行條件的變化而變化。MBR技術(shù)在1994年前就被多家污水處理廠用于該種污水的處理。通過MBR與RO技術(shù)的結(jié)合，不僅能去除SS、有機(jī)物和氮，而且能有效去除鹽類與重金屬。最近美國Envirogen公司開發(fā)出一種MBR用于土地填埋場滲濾液的處理，并在新澤西建成一個(gè)日處理能力為40萬加侖（約31500m/d）的裝置，在2000年底投入運(yùn)行。該種MBR使用一種自然存在的混合菌來分解滲濾液中的燒和氯代化合物，具處理污染物的濃度為常規(guī)廢水處理裝置的50100倍。能達(dá)到這一處理效果的原因是，MBR能夠保留高效細(xì)菌并使細(xì)菌濃度

15、達(dá)到50000mg/L。在現(xiàn)場中試中，進(jìn)液COD為幾百至40000,污染物的去除率達(dá)90%以上MBR發(fā)展前瞻：現(xiàn)有城市污水處理廠的更新升級(jí)，特別是出水水質(zhì)難以達(dá)標(biāo)或處理流量劇增而占地面積無法擴(kuò)大的水廠。無排水管網(wǎng)系統(tǒng)的小區(qū)，如居民點(diǎn)、旅游度假區(qū)、風(fēng)景區(qū)等。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(dòng)廁所等充分發(fā)揮MBR占地面積小、設(shè)備緊湊、自動(dòng)控制、靈活方便的特點(diǎn)。高濃度、有毒、難降解工業(yè)廢水處理。如造紙、制糖、酒精、皮革、合成脂肪酸等行業(yè)，是一種普遍的點(diǎn)源污染。MBR可以對(duì)這些常規(guī)處理工藝無法達(dá)標(biāo)的廢水進(jìn)行有效的處理，并實(shí)現(xiàn)回用。垃圾填埋廠滲濾液的處理及回用。小規(guī)模污水廠（站）的應(yīng)用。膜技術(shù)的特點(diǎn)十分適合處理小規(guī)模污水。二、MBR未來的研究重點(diǎn)如下膜污染的機(jī)理及防治。MBR工藝流程形式及運(yùn)行條件的優(yōu)化。MBR污泥產(chǎn)率與運(yùn)行條件的關(guān)系，以合理減少污泥產(chǎn)量，降低污泥處理費(fèi)用。MBR生物反應(yīng)器內(nèi)微生物的代謝特性及其對(duì)出水水質(zhì)、污泥活性等的影響，從而確定適宜的微生物生長及代謝條件。MBR工藝經(jīng)濟(jì)性研究。在目前國內(nèi)經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平、膜產(chǎn)品供應(yīng)狀況和規(guī)范設(shè)計(jì)要求的條件下，MBR用于污水處理的最大經(jīng)濟(jì)流量的確定。以節(jié)能、處理特殊水質(zhì)對(duì)象、兼具脫氮除磷、操作維護(hù)簡便、可以