第7講 膜生物反應(yīng)器

1、當(dāng)代水處理新技術(shù)原理與應(yīng)用 南開大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院 吳立波 聯(lián)系方式：蒙民偉樓322 電話23503730（o） 手e-mail: 第七講 膜生物反應(yīng)器原理與設(shè)計(jì) 一、概念與形式 二、主要mbr簡(jiǎn)介 三、msbr形式 四、msbr膜污染 五、msbr設(shè)計(jì) 六、msbr應(yīng)用與實(shí)例 一、概念與形式 廣義 狹義 泥水分離 無(wú)泡曝氣 污染物萃取 泥水分離 膜生物反應(yīng)器（膜生物反應(yīng)器（membrane bio- reactor,mbr）,是由膜分離與生物處理組合是由膜分離與生物處理組合 而成的一種新型、高效的污水處理技術(shù)。而成的一種新型、高效的污水處理技術(shù)。 mbr分類分類

2、 mbr是由生物反應(yīng)器與微濾、超濾、納濾或反滲是由生物反應(yīng)器與微濾、超濾、納濾或反滲 透膜系統(tǒng)組成，可分為微濾膜生物反應(yīng)器和超濾膜透膜系統(tǒng)組成，可分為微濾膜生物反應(yīng)器和超濾膜 生物反應(yīng)器等。生物反應(yīng)器等。 mbr按膜的組件在反應(yīng)器的作用不同可分為分離按膜的組件在反應(yīng)器的作用不同可分為分離 膜生物反應(yīng)器（膜生物反應(yīng)器（membrane separation bioreactor， msbr，截留和分離固體）、無(wú)泡膜生物反應(yīng)器，截留和分離固體）、無(wú)泡膜生物反應(yīng)器 （membrane aeration bioreactor，mabr，無(wú)泡曝，無(wú)泡曝 氣，用于高需氧量的廢水處理）、萃取膜生物反應(yīng)氣，用

3、于高需氧量的廢水處理）、萃取膜生物反應(yīng) 器（器（extractive membrane bioreactor，embr，用，用 于工業(yè)廢水中優(yōu)先污染物的處理）。于工業(yè)廢水中優(yōu)先污染物的處理）。 mbr 處理廢水機(jī)理示意圖 二、主要mbr簡(jiǎn)介 2.1 mabr 2.2 embr 2.3 msbr 2.1、mabr工藝原理工藝原理 無(wú)泡曝氣生物反應(yīng)器無(wú)泡曝氣生物反應(yīng)器(membrane aerationbiofilm reactor)，簡(jiǎn)稱為，簡(jiǎn)稱為mabr，由中，由中 空纖維膜填料部分和水流部分組成。由于纖維膜空纖維膜填料部分和水流部分組成。由于纖維膜 微孔直徑很小，為微孔直徑很小，為0.10.

4、5 m，曝氣產(chǎn)生肉眼，曝氣產(chǎn)生肉眼 不可見(jiàn)的氣泡，因此稱為無(wú)泡供氧。生物膜所需不可見(jiàn)的氣泡，因此稱為無(wú)泡供氧。生物膜所需 要的氧氣是通過(guò)纖維束填料供給的，中空纖維膜要的氧氣是通過(guò)纖維束填料供給的，中空纖維膜 不僅起著供氧作用，同時(shí)又是固著生物膜的載體。不僅起著供氧作用，同時(shí)又是固著生物膜的載體。 即，純氧或空氣通過(guò)中空纖維膜的微孔為生物膜即，純氧或空氣通過(guò)中空纖維膜的微孔為生物膜 進(jìn)行無(wú)泡曝氣，在中空纖維膜的外側(cè)形成的生物進(jìn)行無(wú)泡曝氣，在中空纖維膜的外側(cè)形成的生物 膜與污水充分接觸，污水中所含的有機(jī)物被生物膜與污水充分接觸，污水中所含的有機(jī)物被生物 膜吸附和氧化分解，從而使污水得到凈化。膜吸附

5、和氧化分解，從而使污水得到凈化。 無(wú)泡曝氣膜生物反應(yīng)器處理污水原理圖無(wú)泡曝氣膜生物反應(yīng)器處理污水原理圖。 。 無(wú)泡曝氣膜生物反應(yīng)器處理污水原理圖。 mabr供氧方式供氧方式 中空纖維膜供氧有貫通式和閉端式兩種方式；中空纖維膜供氧有貫通式和閉端式兩種方式； 貫通式貫通式mabr內(nèi)中空纖維膜兩端分別被固定內(nèi)中空纖維膜兩端分別被固定 在雙層夾板上，氣體由一端夾板持續(xù)通人膜在雙層夾板上，氣體由一端夾板持續(xù)通人膜 內(nèi)腔，一部分氣體被生物膜消耗，剩余部分內(nèi)腔，一部分氣體被生物膜消耗，剩余部分 從另一端的夾板排出，由于該方式中有氣體從另一端的夾板排出，由于該方式中有氣體 剩余，更適用于空氣供氧。閉端式剩余，

6、更適用于空氣供氧。閉端式mabr內(nèi)內(nèi) 中空纖維膜一端被固定在雙層夾板上，另一中空纖維膜一端被固定在雙層夾板上，另一 端密封，氣體經(jīng)夾板從纖維膜開口端通入，端密封，氣體經(jīng)夾板從纖維膜開口端通入， 在壓力作用下全部進(jìn)入反應(yīng)器，所以更適用在壓力作用下全部進(jìn)入反應(yīng)器，所以更適用 于純氧曝氣。此外，該方式中纖維束呈流化于純氧曝氣。此外，該方式中纖維束呈流化 態(tài)，反應(yīng)器不易堵塞。態(tài)，反應(yīng)器不易堵塞。 mabr的特點(diǎn)的特點(diǎn) 由于曝氣不產(chǎn)生氣泡，氧直接以分子狀態(tài)擴(kuò)散由于曝氣不產(chǎn)生氣泡，氧直接以分子狀態(tài)擴(kuò)散 進(jìn)入生物膜，幾乎百分之百地被吸收，傳質(zhì)效進(jìn)入生物膜，幾乎百分之百地被吸收，傳質(zhì)效 率可高達(dá)率可高達(dá)100

7、 。 由于生物膜生長(zhǎng)在中空纖維膜的外表面，所以由于生物膜生長(zhǎng)在中空纖維膜的外表面，所以 在供氧過(guò)程中，生物膜不會(huì)受到氣體摩擦，不在供氧過(guò)程中，生物膜不會(huì)受到氣體摩擦，不 易脫落。易脫落。 氧在傳遞到生物膜的過(guò)程中不經(jīng)過(guò)液相邊界層，氧在傳遞到生物膜的過(guò)程中不經(jīng)過(guò)液相邊界層， 因此，傳質(zhì)阻力比常規(guī)曝氣法小得多，能耗大因此，傳質(zhì)阻力比常規(guī)曝氣法小得多，能耗大 大降低。大降低。 曝氣過(guò)程不產(chǎn)生氣泡，避免了傳統(tǒng)曝氣時(shí)污水曝氣過(guò)程不產(chǎn)生氣泡，避免了傳統(tǒng)曝氣時(shí)污水 中易揮發(fā)性物質(zhì)如甲苯、苯酚隨氣泡進(jìn)入大氣中易揮發(fā)性物質(zhì)如甲苯、苯酚隨氣泡進(jìn)入大氣 而對(duì)環(huán)境造成的污染；同時(shí)不會(huì)由于表面活性而對(duì)環(huán)境造成的污染；同

8、時(shí)不會(huì)由于表面活性 劑的存在而產(chǎn)生泡沫。劑的存在而產(chǎn)生泡沫。 曝氣過(guò)程中氣液兩相分離，溶液的混合與供氧曝氣過(guò)程中氣液兩相分離，溶液的混合與供氧 互不干擾，因此可以各自獨(dú)立設(shè)計(jì)，反應(yīng)器的互不干擾，因此可以各自獨(dú)立設(shè)計(jì)，反應(yīng)器的 形式更加靈活多變。形式更加靈活多變。 中空纖維膜的比表面積可高達(dá)中空纖維膜的比表面積可高達(dá)5018 m2m3， 為氧的傳遞和生物膜的生長(zhǎng)提供了巨大的表面為氧的傳遞和生物膜的生長(zhǎng)提供了巨大的表面 積，有利于反應(yīng)器向小型化發(fā)展。積，有利于反應(yīng)器向小型化發(fā)展。 mabr反應(yīng)器中氣液兩相分離，氣體壓力反應(yīng)器中氣液兩相分離，氣體壓力 不受容器內(nèi)混合狀態(tài)的影響，因此，可以不受容器內(nèi)混

9、合狀態(tài)的影響，因此，可以 通過(guò)調(diào)節(jié)氣體壓力的辦法來(lái)控制氧的供應(yīng)。通過(guò)調(diào)節(jié)氣體壓力的辦法來(lái)控制氧的供應(yīng)。 對(duì)于一般廢水，通過(guò)供氧控制，在保證生對(duì)于一般廢水，通過(guò)供氧控制，在保證生 物膜生長(zhǎng)需氧的同時(shí)，可以避免因過(guò)量曝物膜生長(zhǎng)需氧的同時(shí)，可以避免因過(guò)量曝 氣而使污水中氣而使污水中do濃度過(guò)高，大幅度降低運(yùn)濃度過(guò)高，大幅度降低運(yùn) 行費(fèi)用。對(duì)于含氮廢水，通過(guò)供氧控制，行費(fèi)用。對(duì)于含氮廢水，通過(guò)供氧控制， 只使靠近纖維膜的內(nèi)層生物膜獲得氧，從只使靠近纖維膜的內(nèi)層生物膜獲得氧，從 而達(dá)到同時(shí)硝化、反硝化和而達(dá)到同時(shí)硝化、反硝化和cod去除的效去除的效 果。果。 2.2、embr 隔離式系統(tǒng)采用選擇膜將污水

10、與生物反 應(yīng)器隔開，該膜只容許目標(biāo)污染物透過(guò)， 進(jìn)入生物反應(yīng)器被降解。而各種對(duì)微生 物有害的物理、化學(xué)條件不影響生物反 應(yīng)器一側(cè)。 萃取萃取mbr示意圖示意圖 萃取mbr 2.3、msbr 常規(guī)的污水處理法 膜法污水處理再生系統(tǒng) 膜生物反應(yīng)器（）和低污染反滲透膜相結(jié)合的污水再生系統(tǒng) 傳統(tǒng)活性污泥法局限 以活性污泥為代表的傳統(tǒng)好氧生物處理工藝長(zhǎng)期以來(lái)在 生活污水以及工業(yè)廢水處理中得到了廣泛應(yīng)用。由于采 用重力式沉淀池作為處理水和微生物的固液分離手段， 由此帶來(lái)了以下幾方面的問(wèn)題: 1由于沉淀池固液分離效率不高，曝氣池內(nèi)的污泥難以 維持到較高濃度，致使處理裝置容積負(fù)荷低，占地面積 大； 2處理出水

11、水質(zhì)不夠理想且不穩(wěn)定 3傳氧效率低，能耗高； 4剩余污泥產(chǎn)量大； 5管理操作復(fù)雜。 msbr工藝特點(diǎn)工藝特點(diǎn) 與傳統(tǒng)的活性污泥處理工藝相比存在如下優(yōu)與傳統(tǒng)的活性污泥處理工藝相比存在如下優(yōu) 點(diǎn)：點(diǎn)： 出水水質(zhì)好，出水水質(zhì)好，bod、氮、磷和懸浮物濃度很、氮、磷和懸浮物濃度很 低，不含細(xì)菌、病毒、寄生蟲卵等，水質(zhì)符低，不含細(xì)菌、病毒、寄生蟲卵等，水質(zhì)符 合三級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，可直接回收或補(bǔ)充地下水。合三級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，可直接回收或補(bǔ)充地下水。 工藝流程短，占地省，省去了二沉池，占地工藝流程短，占地省，省去了二沉池，占地 約為生物處理的約為生物處理的1/2。 利于世代時(shí)間長(zhǎng)的細(xì)菌如硝化菌的繁殖，提利于世代時(shí)間長(zhǎng)的細(xì)菌

12、如硝化菌的繁殖，提 高了硝化效率。高了硝化效率。 污泥濃度高，傳氧效率高達(dá)污泥濃度高，傳氧效率高達(dá)26%60%，節(jié)，節(jié) 省了能耗。省了能耗。 可使水力停留時(shí)間和污你泥齡分開，運(yùn)行控制靈活?？墒顾νＡ魰r(shí)間和污你泥齡分開，運(yùn)行控制靈活。 容積負(fù)荷大，反應(yīng)器內(nèi)容積負(fù)荷大，反應(yīng)器內(nèi)mlss約為（約為（1.53） x104mg/l，利于傳統(tǒng)活性污泥法的改造。，利于傳統(tǒng)活性污泥法的改造。 在在mbr中同時(shí)進(jìn)行硝化和反硝化，效果較好，脫氮中同時(shí)進(jìn)行硝化和反硝化，效果較好，脫氮 能力強(qiáng)。能力強(qiáng)。 剩余污泥量比常規(guī)活性污泥法少剩余污泥量比常規(guī)活性污泥法少50%80%，利于處，利于處 理。理。 易于實(shí)現(xiàn)自控。易

13、于實(shí)現(xiàn)自控。 啟動(dòng)快。啟動(dòng)快。 msbr的優(yōu)點(diǎn)加大了的優(yōu)點(diǎn)加大了msbr工藝的推廣和使用。工藝的推廣和使用。 歷史 1965 blatt膜分離制取酶制劑 1969美smith報(bào)道as+uf處理城市污水 1970英hardt報(bào)道as+uf處理高濃度廢水 1972shelf膜濾+厭氧生物反應(yīng)器 1970s末期日本開始大規(guī)模研究 1985日本水再生90計(jì)劃 1989日yamamato一體式mbr 優(yōu)點(diǎn)與問(wèn)題 優(yōu)勢(shì)：效果好、操作佳、動(dòng)力低、占地少 問(wèn)題：污染物累積、濃差極化、膜污染 一家之言 一、生物處理法 1、從原理上講，它是活性污泥的一個(gè)變種，不能沖破活性污泥 的局限性。對(duì)有機(jī)物的去除量仍然主要靠

14、污泥的生物負(fù)荷。2、 加入超濾膜的實(shí)質(zhì)是替代二沉池，去除大分子量的可溶和懸浮污 染物。3、對(duì)低濃度和小流量的污水有處理效果。 二、運(yùn)行成本高： 1、風(fēng)機(jī)的功率是傳統(tǒng)活性污泥的1.5倍，其中一部分用于對(duì)膜體 的抖動(dòng)。2、對(duì)膜的清洗要有專業(yè)人士清洗，并要求在運(yùn)行中時(shí) 時(shí)監(jiān)控防止膜的污堵，造成出水水質(zhì)不穩(wěn)定。3、定期膜的更換 使維修和檢查工作量加大，將占有很大生產(chǎn)成本支出。4、清洗 藥品的用量也很大，并且運(yùn)行一年以后，膜的處理效率將大幅度 下降 三、設(shè)備性能要求高： 1、對(duì)風(fēng)機(jī)的機(jī)械性能要求高，如果膜的抖動(dòng)不大，極易使膜受 到污染，造成堵塞。2、對(duì)泵的要求也很高，如果膜的水量通量 不能達(dá)到足夠大。也

15、易使膜受到污染而堵塞。 三、msbr形式 分置式mbr 分置式膜生物反應(yīng)器的示意圖。膜組件一般采 用加壓的方式。生物反應(yīng)器的混合液經(jīng)泵增壓 后進(jìn)入膜組件，在壓力作用下混合液中的液體 透過(guò)膜，成為系統(tǒng)處理水；固形體、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)。分置式的特點(diǎn)是運(yùn)行穩(wěn)定可靠，操作管理 容易，易于膜的清洗、更換及增設(shè)但一般條件 下為減少污染物在膜表面的沉積，由循環(huán)泵提 供的水流流速都很高，為此動(dòng)力消耗較高。 膜分離器的主要問(wèn)題是膜的堵塞和膜的費(fèi)用貴。 膜的堵塞包括通道堵塞和膜面堵塞。前者主要 是由于活性污泥中的纖維、雜物等折疊纏繞而 引起，后者則主要是內(nèi)于一些大分子物質(zhì)與無(wú)

16、 機(jī)金屬離子反應(yīng)生成凝膠層沉積于膜表出而引 起。膜的堵塞會(huì)使有效滲水率下降。采用適當(dāng) 的方法清洗膜，可使膜的通透能力恢復(fù)到新膜 的90。膜生物反應(yīng)器的主要費(fèi)用為膜的清洗、 水的橫向流動(dòng)過(guò)濾壓力以及濃縮污泥的回流。 一體式mbr 一體式的膜生物反應(yīng)器組合工藝是將膜 組件置入反應(yīng)器內(nèi)，通過(guò)真空泵或其他 類型泵抽吸，得到過(guò)濾液。為減少膜面 污染，延長(zhǎng)運(yùn)行周期，一般泵的抽吸是 間斷進(jìn)行的。與分置式相比一體式的最 大特點(diǎn)是運(yùn)行動(dòng)力費(fèi)用低，但在運(yùn)行穩(wěn) 定性、操作管理方面和清洗更換上不及 分置式。 一體化膜生物反應(yīng)器將膜組件直接置于 生物反應(yīng)器內(nèi)，曝氣器就放在膜組件的 下面，由于曝氣形成的剪切力和紊動(dòng)， 使

17、固體難于積聚在膜表面，從而減少膜 的堵塞和能耗。同時(shí)，還可以通過(guò)曝氣 形成的剪切力和紊動(dòng)來(lái)控制膜表面的團(tuán) 體厚度。 分置式: 錯(cuò)流過(guò)濾 :通量50-100l/m2/h 壓力10-100mh2o 旋轉(zhuǎn)膜:平板膜轉(zhuǎn)盤（膜表面區(qū)域葉輪） l一體式:通量5-20-100l/m2/h 壓力4-10mh2o 膜與膜組件的選擇 現(xiàn)有膜材料可分為有機(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、聚砜等。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。張洪宇進(jìn)

18、行無(wú)機(jī)膜的通量衰減 實(shí)驗(yàn)表明：0.2m的膜比0.8m的膜更適合于 mbr。何義亮用pes平板膜組件進(jìn)行膜通量衰減 規(guī)律研究發(fā)現(xiàn)：在該實(shí)驗(yàn)條件下，膜初始通量衰 減主要是由于濃差極化引起，膜截留分子量愈小， 通量衰減率愈大；膜長(zhǎng)期運(yùn)行的通量衰減主要是 由于膜污染引起，膜截留分子量愈大，通量衰減 幅度愈大，化學(xué)清洗恢復(fù)率愈低。 膜與膜組件的選擇 在分置式膜生物反應(yīng)器工藝中，平板式、 管式等應(yīng)用較多；在一體式膜生物反應(yīng)器 工藝中，多采用中空纖維式、平板式等。 對(duì)于淹沒(méi)式mbr，既可用超濾膜，也可使 用微濾膜。由于膜表面的凝膠層也起到了 過(guò)濾作用，在處理生活污水時(shí)，微濾膜與 超濾膜的出水水質(zhì)沒(méi)有明顯差別

19、，因此淹 沒(méi)式mbr多采用0.10.4m微濾膜。 mbr發(fā)展方向 (1)擴(kuò)大膜生物反應(yīng)器的適用范圍，探求合適的 工作條件和工藝參數(shù) (2)設(shè)法提高超濾膜組件的性能，并從膜生物反 應(yīng)器的構(gòu)型上盡可能為膜的穩(wěn)定工作創(chuàng)造條件， 主要是為減輕膜堵塞程度，提高膜通量和截留 率； (3)降低處理工藝的動(dòng)力損耗，使其成為節(jié)能型 新工藝。 復(fù)合動(dòng)態(tài)生物復(fù)合動(dòng)態(tài)生物mbr示意圖示意圖 氣升循環(huán)分體浸沒(méi)式mbr 近年出現(xiàn)的氣升循環(huán)分體浸沒(méi)式mbr 的特 點(diǎn)是膜單元與生物反應(yīng)器分置,便于系統(tǒng) 維修和膜清洗,膜清洗時(shí)對(duì)生物反應(yīng)器工 作狀態(tài)影響很小;生物反應(yīng)器與膜單元之 間的循環(huán)無(wú)需循環(huán)泵;膜組件采用浸沒(méi)式, 保留了浸

20、沒(méi)式膜生物器低能耗的特點(diǎn). 該 工藝可處理濃度較低的化糞池上清液,出 水經(jīng)簡(jiǎn)單后處理就可達(dá)到建設(shè)部頒布的 生活雜用水回用標(biāo)準(zhǔn). 旋轉(zhuǎn)切向流強(qiáng)化膜微濾 近幾年提出的一種新方法,它把水力旋流器的作用原理引入 到管式膜微濾中,從而提高了膜通量,降低了膜污染,這種方 法的特點(diǎn)是膜管和膜器不運(yùn)動(dòng),也不附加其它擾流器, 使懸 浮液切向進(jìn)入膜器并繞膜管軸線旋轉(zhuǎn),在環(huán)隙間生成taylor 渦或橢圓渦形成復(fù)雜的三維流動(dòng). 膜管表面的粒子在旋轉(zhuǎn) 切向流曳力、離心力、軸向流曳力、滲透流曳力和taylor 渦或橢圓渦曳力的共同作用下,一部分進(jìn)入渦內(nèi),一部分?jǐn)U 散到渦外,渦內(nèi)外流體的質(zhì)量交換有效地抑制了膜管表層 的濃差

21、極化現(xiàn)象. 由于taylor 渦或橢圓渦沿切向和軸向遷 移,使得旋轉(zhuǎn)切向流管式膜微濾時(shí)粒子的運(yùn)動(dòng)路線遠(yuǎn)大于 靜態(tài)橫向流微濾,懸浮液在膜器內(nèi)的運(yùn)動(dòng)路徑延長(zhǎng),并與旋 轉(zhuǎn)切向流一起極大地沖刷了膜管表面,防止了粒子在膜面 沉積而形成污染層 水力旋流器外形示意圖水力旋流器外形示意圖 旋流器膜組件圖旋流器膜組件圖 兩種兩種mbr滲透通量的衰減比較示意圖滲透通量的衰減比較示意圖 四、msbr膜污染 防污染 予處理 抗污染膜 增強(qiáng)擾動(dòng) 控制濾速 控制污泥濃度 間歇運(yùn)行 清洗曝氣氣泡的沖刷方式、壓力反沖洗方式和在線藥洗方式 五、msbr設(shè)計(jì) 1.v/a=js0/nx 2.mlss 3.srt 4.hrt 5.反

22、洗周期 2.mlss 膜生物反應(yīng)器的 個(gè)重要特征是利用膜分離的高 度濃縮性可大大提高生物反應(yīng)器的污泥濃度， 從而增大反應(yīng)器有機(jī)物去除能力。但污泥濃度 的提高會(huì)增大混合液粘滯度、降低膜通量。根 據(jù)膜過(guò)濾凝膠極化模型，當(dāng)過(guò)濾達(dá)到穩(wěn)態(tài)時(shí)， 膜界面污泥濃度達(dá)到臨界值而不再變化，即有 污泥濃度的控制，應(yīng)根據(jù)水質(zhì)水量及膜 組件形式而定。一般處理低濃度污水宜 控制較低的污泥濃度，以盡量提高膜通 量。而處理高濃度污水宜控制較高的污 泥濃度，以盡量增大有機(jī)物去除能力。 因此，應(yīng)根據(jù)污泥濃度與膜通量而對(duì)生 物反應(yīng)器容積處理能力與膜通量雙重影 響之間確定一最適值。 3生物固體停留時(shí)間(srt) 膜分離會(huì)影響生物性能

23、。boran zhang等 對(duì)膜分離活性污泥工藝(msas)與傳統(tǒng)活 性污泥工藝(cas)，在微生物種群及系統(tǒng) 活性方面進(jìn)行了細(xì)致的對(duì)比，其結(jié)果如 表所示。 膜分離延長(zhǎng)了生物反應(yīng)器的固體停留時(shí)間，降 低了污泥產(chǎn)率，提高了容積硝化及有機(jī)物去除 能力。但是活性污泥相對(duì)活茵數(shù)減少，細(xì)菌比 活性降低。較低的多糖比也說(shuō)明污泥相對(duì)老化。 srt愈長(zhǎng)，細(xì)菌被循環(huán)次數(shù)愈多，失活的可能 性愈大。顯然，從維持生物活性的角度出發(fā)， 膜生物反應(yīng)器宜控制定期適量排泥，以提高污 泥活性。排泥方式宜采用曝氣池直排混合液至 濃縮池的方式，以減輕膜負(fù)荷，降低動(dòng)力消耗。 4水力停留時(shí)間 當(dāng)膜面積一定時(shí)，控制膜生物反應(yīng)器出水流 量

24、是膜通量。隨著膜生物反應(yīng)器的運(yùn)行，膜通 量的穩(wěn)態(tài)過(guò)程實(shí)際上是一個(gè)動(dòng)態(tài)平衡，這就決 定了水力停留時(shí)間(hrt)是在一定范圍內(nèi)變化 的。hrt的變化雖然使出水水質(zhì)有所波動(dòng)，但 cod去除率都在95以上。這是由于曝氣池內(nèi) 污泥濃度較高，有較強(qiáng)的抗沖擊負(fù)荷的能力； 另外，膜及其表面形成的凝膠層也可截留大分 子有機(jī)物，保證出水水質(zhì)。 過(guò)短的hrt將會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)內(nèi)溶解性有機(jī) 物的積累，引起膜通量的下降，因此， 膜生物反應(yīng)器內(nèi)hrt的控制，應(yīng)盡量維 持系統(tǒng)內(nèi)溶解性有機(jī)物的平衡，設(shè)計(jì)時(shí) 可考慮曝氣池容積有一定的調(diào)節(jié)容量。 5.膜的最佳反沖洗周期 生物反應(yīng)器內(nèi)形成膜表面放膠層的主要物質(zhì)包括活 性污泥混合液中細(xì)菌胞

25、外聚合物eps、溶解性有機(jī) 物質(zhì)、微細(xì)膠體等 在超濾和微濾中，影響膜透水率的阻力主要有濾層 阻力和膜孔堵塞阻力，濾層阻力是膜表面懸浮物沉 積層阻力；膜孔堵塞阻力是較小顆粒在膜孔中的積 累、搭橋和堵塞造成的阻力。這些阻力都是隨膜使 用時(shí)間的增加而增加的，是影響膜透水率穩(wěn)定性， 使膜透水率隨時(shí)間不斷下降的主要原因，也是膜生 物反應(yīng)器研究中主要應(yīng)克服的問(wèn)題。反沖洗是減緩 超濾和微濾中這兩個(gè)主要阻力的有效手段。 膜的反沖洗，即在膜工作了一段時(shí)間后，在膜 的透出水面施加一個(gè)反沖洗壓力pb，在pb驅(qū)動(dòng) 下，清洗水反向穿過(guò)膜，將膜孔中的堵塞物洗 脫，并使膜表面的濾層懸浮起來(lái)，然后被水沖 走。反沖洗具有防止與

26、疏通膜纖維堵塞、減小 膜阻力，提高透水率及透水率穩(wěn)定性的作用。 膜的反沖洗可用膜透過(guò)水作為反沖洗水，這種 反沖洗方式要消耗一定的出水使有效透水濾下 降。用膜透過(guò)水作為反沖洗水進(jìn)行反沖洗的有 效透水率可用下式表示： 理想的反沖洗應(yīng)該是每次沖洗都可以完全清除膜的污染， 使膜總保持在最初較高透水率的狀態(tài)。但實(shí)際上，反沖 洗存在著固有的局限性，達(dá)不到理想要求。這些問(wèn)題是： a反沖洗總要消耗一定量的凈化水，使總的透水量下 降： b反沖洗不能完全清除膜孔中及膜表面的污染； c因以透過(guò)水作為反沖洗水，水中存在小分子污染物， 反沖洗時(shí)會(huì)給膜的反面，即膜的透出水面帶來(lái)污染： d反沖洗不能清除膜的化學(xué)污染。 因此

27、，過(guò)于頻繁的反沖洗在實(shí)際應(yīng)用中是不必要的， 也是不利的。所以，在mbr系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)找到最佳反沖洗 周期，使用最少反沖洗水量來(lái)控制mbr系統(tǒng)運(yùn)行十分重 要。 最佳反沖洗周期測(cè)定公式的推導(dǎo) 最佳反沖洗周期的定義為：使mbr系統(tǒng)有效透水 率最大的反沖洗周期，或一個(gè)特定的反沖洗周期， 其可以使mbr系統(tǒng)的有效透水率取得最大值。 分析上式可以知道，因膜的透水率f（t）是 個(gè)時(shí)間的單調(diào)遞減函數(shù)，若反沖洗周期tf過(guò)短， 將使總透水量減少，相對(duì)而言，消耗反沖洗水量 增加，使有效透水率下降。若反沖洗周期過(guò)長(zhǎng)， 膜的透水率f（t）會(huì)逐漸下降，使系統(tǒng)的有效透 水率下降，最后使系統(tǒng)的有效透水率也變少。這 表示tf一定有

28、一個(gè)中間值其可以使有效透水率最 大。 但是，式中f（t）是一個(gè)未知的函數(shù)。其因膜阻力變化而變化，而 膜阻力又受溫度、工作壓力、循環(huán)流速、過(guò)濾介質(zhì)性質(zhì)及濃度等 能耗 能耗是污水處理工藝的一個(gè)重要的評(píng)價(jià)指標(biāo)，直接關(guān)系到處理方法 的可行性。目前，常規(guī)分離式mbr運(yùn)行能耗為34kwh/m3，淹 沒(méi)式mbr運(yùn)行能耗為2kwh/m3，遠(yuǎn)高于活性污泥法0.3-0.4kwh/m3， 較高的運(yùn)行費(fèi)用是mbr推廣應(yīng)用中遇到主要問(wèn)題。許多研究結(jié)果 表明：能耗是造成mbr運(yùn)行費(fèi)用高的主要原因。張紹園分析了分 離式mbr的能耗組成：泵的熱能損失、曝氣能耗、管道阻力能耗、 膜組件能耗和回流污泥水頭損失能耗，其耗能大小依次

29、為：膜組 件泵曝氣管道回流污泥，膜組件能耗占總能耗的4050 ，真中80用于膜過(guò)濾的能量以熱能的方式散發(fā)。顧平對(duì)抽吸 淹沒(méi)式mbr的能耗分析表明：曝氣的能耗占總能耗96以上。通 常研究者都認(rèn)為能耗的降低與膜污染的控制是mbr研究領(lǐng)域兩個(gè) 獨(dú)立的課題，而張紹國(guó)、鄭祥采用穿流式、錯(cuò)流式膜組件進(jìn)行分 離式mbr研究發(fā)現(xiàn)：能耗隨運(yùn)行時(shí)間的延長(zhǎng)、膜污染的增加呈上 升趨勢(shì)，從運(yùn)行初期的不足0.5kwh/m3增加到3kwh/m3。這說(shuō)明： 分離式膜生物反應(yīng)器的能耗問(wèn)題實(shí)質(zhì)是膜污染問(wèn)題。 為了進(jìn)一步降低能耗，天津大學(xué)應(yīng)用位差驅(qū)動(dòng)出水和低水頭 間斷工作的重力淹沒(méi)式mbr，較好克服了膜的污染與阻塞，使膜 長(zhǎng)時(shí)間保

30、持較大的膜通量，并且省去復(fù)雜的氣水反沖洗設(shè)備、降 低曝氣量，使 mbr處理生活污水的能耗可下降到1.0kwhm3。 經(jīng)濟(jì)分析 應(yīng)用于中水回用系統(tǒng)的mbr工藝（規(guī)模為25100m3/d）的一次 性投資為35004000元/m3，膜組件的費(fèi)用占25左右，以十年 計(jì)的設(shè)備折舊成本（上建與設(shè)備材料費(fèi)用，不含膜組件）為0.68 0.83元m3，膜的更換費(fèi)用（以兩年計(jì)）為1.0元/m3，運(yùn)行費(fèi) 為0.3-0.5元/m3，其總運(yùn)行費(fèi)為2.0-2.3元/m3由于膜價(jià)格還有相當(dāng) 大的降價(jià)空間，據(jù)有關(guān)專家估算，在未來(lái)的35年內(nèi)，膜價(jià)格有 望降為目前的2550，那將大大降低mbr的一次性投資與膜的 更換費(fèi)用。隨著膜

31、價(jià)格的降低與使用壽命的延長(zhǎng)，新型高效低能 耗mbr的開發(fā)，mbr的運(yùn)行總費(fèi)用有望降低到1.5元/m3。 以膜生物反應(yīng)器工藝的處理費(fèi)用為例得出中水的產(chǎn)出效益： 中水回用相當(dāng)于節(jié)約等量新鮮水而創(chuàng)造的直接經(jīng)濟(jì)效益。以北京 市2000年居民為供水價(jià)1.8元m3計(jì)，而賓館、洗車、洗浴等行 業(yè)供水價(jià)為3.05.0元m3，高于一般城市居民的自來(lái)水用水價(jià) 格，而膜生物反應(yīng)器總運(yùn)行成本為2.3元m3，單純從經(jīng)濟(jì)利益 上考慮目前對(duì)某些行業(yè)來(lái)說(shuō)也是經(jīng)濟(jì)的。在現(xiàn)有自來(lái)水價(jià)偏低的 情況下，自來(lái)水供水費(fèi)及排污費(fèi)仍有增加的趨勢(shì)，因此可以預(yù)見(jiàn)， 膜生物反應(yīng)器作為污水回用技術(shù)將會(huì)愈來(lái)愈具有經(jīng)濟(jì)、技術(shù)上的 競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。 六、msb

32、r應(yīng)用與實(shí)例 中水回用中水回用 高濃度有機(jī)廢水（酒精發(fā)酵廢水、淀粉加工廢水、油脂廢水、蛋 白工廠廢水、大規(guī)模城市污水、規(guī)模城市污水及糞便污水等） 目前主要有四家大公司經(jīng)營(yíng)mbr，它們分別是加拿大 zenon公司，日本mitsubishi rayon公司，法國(guó)suez- lde/idi公司和日本kubota公司。zenon、mitsubishi rayon和kubota公司生產(chǎn)一體式聚合物中空纖維膜組件， 而suez-lde/idi生產(chǎn)分體式管式陶瓷膜組件。加拿大的 zenon公司首先推出了超濾管式膜生物反應(yīng)器，并將其 應(yīng)用于城市污水處理。為了節(jié)約能耗，它又開發(fā)了淹沒(méi) 式中空纖維絲的膜組件，此膜

33、組件可以直接放入曝氣池， 也可以單獨(dú)設(shè)立分離池；采用正壓壓濾和負(fù)壓抽濾相結(jié) 合的方式，并采用在線過(guò)濾脈沖反沖洗，易減少膜污染。 目前這種膜生物反應(yīng)器已應(yīng)用于美國(guó)，德國(guó)，法國(guó)和埃 及等十多個(gè)地方，規(guī)模從380m3/d至7600m3/d（hadi husain，1991）。日本的kubota公司所生產(chǎn)的板式膜具 有流通量大，耐污染和工藝簡(jiǎn)單特點(diǎn)。此板式膜直接放 入混合液中，利用混合液的水頭壓力作為穿透壓，將處 理水排出系統(tǒng)，系統(tǒng)出水穩(wěn)定。 國(guó)家國(guó)家污水處理廠污水處理廠膜供應(yīng)商膜供應(yīng)商處理水量（處理水量（m3/d）處理對(duì)象處理對(duì)象 荷蘭 荷蘭 英國(guó) 英國(guó) 英國(guó) 英國(guó) 德國(guó) 德國(guó) 德國(guó) 德國(guó) 德國(guó) 愛(ài)

34、爾蘭 愛(ài)爾蘭 比利時(shí) 比利時(shí) 奧地利 奧地利 瑞士 以色列 美國(guó) 加拿大 日本 日本 beverwijk varsseveld porlock swanage daldowie wraxall buechel markranstadt erftverband monheim kaarst avonmore minchmalt heist schilde halbenrain jerusalem 24座 9座 300余座 150余座 kubota kubota kubota kubota kubota kubota kubota kubota zenon zenon zenon zenon 24

35、0 18000 1900 13000 10800 290 960 6000 1500 5000 40000 7100 1720 30000 14000 100 270 5000 4000 7500 生活污水 生活污水 生活污水 生活污水 生活污水 生活污水 生活污水 生活污水 生活污水 生活污水 生活污水 工業(yè)廢水 工業(yè)廢水 生活污水 生活污水 垃圾滲濾液 生活污水 生活污水 生活污水 城市污水 城市污水 小區(qū)污水回用 工業(yè)廢水 應(yīng)用 膜生物反應(yīng)器在國(guó)內(nèi)已進(jìn)入了實(shí)際應(yīng)用階段。膜生物反應(yīng)器在國(guó)內(nèi)已進(jìn)入了實(shí)際應(yīng)用階段。1998年，年， 大連大器公司設(shè)計(jì)的大連大器公司設(shè)計(jì)的200m3/d的中水回用裝

36、置就己在大的中水回用裝置就己在大 連投入運(yùn)行；天津德人公司首先開發(fā)了重力淹沒(méi)式連投入運(yùn)行；天津德人公司首先開發(fā)了重力淹沒(méi)式 mbr，該技術(shù)在，該技術(shù)在2000年己應(yīng)用于天津普辰大廈的中水年己應(yīng)用于天津普辰大廈的中水 回用系統(tǒng)，處理規(guī)模為回用系統(tǒng)，處理規(guī)模為25m3d，該裝置占地僅，該裝置占地僅2.8m2， 處理成本為處理成本為1.05元元m3；上海荏原公司研究開發(fā)的；上海荏原公司研究開發(fā)的pw 系統(tǒng)己成功地應(yīng)用于數(shù)十個(gè)行業(yè)的高濃度有機(jī)廢水處理，系統(tǒng)己成功地應(yīng)用于數(shù)十個(gè)行業(yè)的高濃度有機(jī)廢水處理， 規(guī)模從規(guī)模從5m3d至至700m3d不等；杭州華濾、哈爾濱鷺不等；杭州華濾、哈爾濱鷺 濱、上海斯納普

37、等公司在濱、上海斯納普等公司在mbr開發(fā)應(yīng)用方面都具有一開發(fā)應(yīng)用方面都具有一 定的競(jìng)爭(zhēng)力。在南方地區(qū)，定的競(jìng)爭(zhēng)力。在南方地區(qū)，mbr目前主要應(yīng)用于高濃目前主要應(yīng)用于高濃 度有機(jī)廢水處理；而在天津、大連嚴(yán)重缺水的北方地區(qū)，度有機(jī)廢水處理；而在天津、大連嚴(yán)重缺水的北方地區(qū)， mbr主要做為中水回用技術(shù)。主要做為中水回用技術(shù)。 。浙江工業(yè)大學(xué)使用mbr 處理造紙綜合廢水(黑液中段廢 水和白水的混合液) 并與傳統(tǒng)的活性污泥法與生物接觸 氧化法進(jìn)行比較,實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明用mbr 處理造紙廢水通 過(guò)污泥濃度的增加,出水codcr可以降低到100mg/ l以 下(系統(tǒng)水力停留時(shí)間為18h) ,整個(gè)反應(yīng)器的總?cè)コ?/p>

38、率最 高可達(dá)90 %以上。而與之相對(duì)的活性污泥法和接觸氧化 法控制水力停留時(shí)間近40h 后, 出水codcr還是達(dá)不到 實(shí)驗(yàn)的要求,分別為149. 3mg/ l 和197. 3mg/ l ,這充分說(shuō) 明了mbr 對(duì)難降解廢水的處理效果比活性污泥法和生 物接觸氧化法要好得多 pw膜生物反應(yīng)器法處理制藥發(fā)膜生物反應(yīng)器法處理制藥發(fā) 酵廢水酵廢水 浙江省某生物化工公司，是一家專門生產(chǎn)醫(yī)用、 獸用和農(nóng)用抗生素的企業(yè)，主要產(chǎn)品有柱晶白 霉素、農(nóng)用井崗霉素、農(nóng)畜兩用阿維菌素等原 料藥。制藥發(fā)酵廢水水質(zhì)、水量變化較大，且 常含有難降解有機(jī)污染物、毒性化合物，這些 物質(zhì)的存在抑制了廢水處理中某些微生物的生 長(zhǎng)，

39、從而干擾了廢水處理系統(tǒng)的處理效果。因 此，制藥發(fā)酵廢水的處理存在著相當(dāng)大的難度。 采用pw膜生物反應(yīng)器處理工藝成功地解決了 制藥發(fā)酵廢水的達(dá)標(biāo)排放問(wèn)題， 廢水設(shè)計(jì)規(guī)模按200m3/d計(jì)算 設(shè)計(jì)水質(zhì)設(shè)計(jì)水質(zhì) 水樣名稱 codcr/ (mgl-1) bod5/ (mgl-1) ss/ (mgl-1) nh3-n/ (mgl-1) ph 排污口水質(zhì) 650 8000 600 800 60 400 90 150 56 達(dá)標(biāo)排放水 質(zhì) 10020701569 混合廢水通過(guò)格柵，大顆?？沙凉腆w及漂浮物被攔截，進(jìn)入調(diào)節(jié)池，經(jīng)調(diào) 節(jié)水量、水質(zhì)和預(yù)曝氣后用泵輸送至混凝反應(yīng)池，分別加入適量的pac、 pam溶液進(jìn)

40、行混凝和絮凝反應(yīng)，反應(yīng)液自流入沉淀池進(jìn)行固液分離。經(jīng)過(guò) 上述預(yù)處理的廢水上清液溢流進(jìn)入pw-w膜生物反應(yīng)器，在充氧曝氣和微 生物的作用下將有機(jī)物降解為二氧化碳和水，并由膜組件進(jìn)行固液分離， 處理后廢水達(dá)標(biāo)排放。 物化沉淀池分離的污泥和pw-w膜生物反應(yīng)器排放的少量剩余污泥分別排 至污泥池，再用泵輸送至污泥脫水機(jī)進(jìn)行脫水，泥餅外運(yùn)填埋處理。 主要構(gòu)筑物及設(shè)備主要構(gòu)筑物及設(shè)備 調(diào)節(jié)預(yù)曝池調(diào)節(jié)預(yù)曝池調(diào)節(jié)預(yù)曝池兼作提升泵集水井，hrt=16.9h，內(nèi)設(shè) 穿孔曝氣管，進(jìn)行定期曝氣以防污泥在池內(nèi)沉淀。調(diào)節(jié)池尺寸為 8.0m5.0m4.0m，有效水深為3.50m。采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)， 池內(nèi)設(shè)wqk15-10

41、-1.5型潛水排污泵2臺(tái)，一用一備。 反應(yīng)沉淀池反應(yīng)沉淀池反應(yīng)沉淀池為組合池體，混凝和絮凝反應(yīng)池的 hrt分別為20.9min，沉淀池采用豎流式沉淀池，設(shè)計(jì)表面負(fù)荷為 q=0.80m3/(m2h)，組合池體尺寸為4.5m4.0m4.2m，鋼筋混凝 土結(jié)構(gòu)。 pw-w膜生物反應(yīng)器膜生物反應(yīng)器pw-w膜生物反應(yīng)器hrt=4.4d，有效容 積為880m3，設(shè)計(jì)容積負(fù)荷為1.4kgbod5/(m3d)，尺寸為 25.0m10.0m4.5m，采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，內(nèi)設(shè)置日本生產(chǎn) ufm424外進(jìn)內(nèi)出式pw膜300片，采用交叉流過(guò)流法，分離液由3 臺(tái)（二用一備）丹麥進(jìn)口的 jpf9t抽吸泵抽吸，h=8.0m

42、、 q=4.2m3/min、n=1.47kw。在pw膜分離單元的下部裝有微孔曝 氣器，氣源由4臺(tái)tsd-150型鼓風(fēng)機(jī)供應(yīng)，p=44.1kpa、 qs=18.9m3/min、n=22kw。三用一備。 污泥池污泥池污泥池有效容積為33.3m3，尺寸為3.5m3.5m4.0m， 有效水深3.7m，采用鋼砼結(jié)構(gòu)。 控制系統(tǒng)控制系統(tǒng)本廢水處理裝置采用nb2系列可編程序控制器（plc） 控制。設(shè)備的運(yùn)行完全通過(guò)plc進(jìn)行全自動(dòng)控制（可切換成手動(dòng) 控制模式），可完成水泵、風(fēng)機(jī)等設(shè)備的啟閉和自動(dòng)切換，并備 有過(guò)壓、缺相、短流等保護(hù)和報(bào)警功能。 主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo) 本工程總投資金額為352萬(wàn)元，其中土建費(fèi)用為96萬(wàn)元，設(shè)備 費(fèi)用為183.83萬(wàn)元，設(shè)計(jì)、安裝調(diào)試等其它費(fèi)用為72.12萬(wàn)元，主 要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)匯總于表。 表主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)表主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo) 項(xiàng)目 處理能 力/ (m3d-1) 投資/ 萬(wàn)元 占地 (m2m- 3(水)d-1) 電耗/