污水處理技術(shù)：第7章 膜生物反應(yīng)

1、第七章 膜生物反應(yīng)器主 要 內(nèi) 容MBR原理1 MBR類型2MBR運行的影響因素 37.1 膜生物反應(yīng)器的分類與特征 MBR是將廢水生物處理技術(shù)和膜分離技術(shù)相結(jié)合而形成的一種新型、高效的污水處理技術(shù)。膜生物反應(yīng)器主要由膜組件和膜生物反應(yīng)器兩部分構(gòu)成。大量的微生物（活性污泥）在生物反應(yīng)器內(nèi)與基質(zhì)（廢水中的可降解有機物等）充分接觸，通過氧化分解作用進行新陳代謝以維持自身生長、繁殖，同時使有機污染物降解。膜組件通過機械篩分、截留等作用對廢水和污泥混合液進行固液分離。大分子物質(zhì)等被濃縮后返回生物反應(yīng)器，從而避免了微生物的流失。生物處理系統(tǒng)和膜分離組件的有機組合，不僅提高了系統(tǒng)的出水水質(zhì)和運行的穩(wěn)定程度

2、，還延長了難降解大分子物質(zhì)在生物反應(yīng)器中的水力停留時間，加強了系統(tǒng)對難降解物質(zhì)的去除效果。 膜生物反應(yīng)器的分類 根據(jù)膜組件和生物反應(yīng)器的組合位置不同可籠統(tǒng)地將膜生物反應(yīng)器分為一體式、分置式和復(fù)合式三大類。一體式MBR反應(yīng)器利用曝氣產(chǎn)生的氣液向上剪切力實現(xiàn)膜面的錯流效應(yīng)，也有在膜組件附件進行葉輪攪拌或通過膜組件自身旋轉(zhuǎn)來實現(xiàn)錯流效應(yīng)。 7.1.1 一體式MBR反應(yīng)器 膜組件置于生物反應(yīng)器之中，減少了處理系統(tǒng)的占地面積。用抽吸泵或真空泵抽吸出水，動力消耗費用遠遠低于分置式MBR，資料表明，一體式MBR每頓出水的動力消耗為0.2-0.4kWh，約是分置式MBR的1/10。如果采用重力出水，則可完全節(jié)

3、省這部分費用。一體式MBR不使用加壓泵，因此，可避免微生物菌體受到剪切而失活。膜組件浸沒在生物反應(yīng)器的混合液中，污染較快，而且清洗起來較為麻煩，需要將膜組件從反應(yīng)器中取出。一體式MBR的膜通量低于分置式。 一體式膜生物反應(yīng)器的主要特點 7.1.2 分置式MBR反應(yīng)器 膜組件和生物反應(yīng)器各自分開，獨立運行，因而相互干擾較小，易于調(diào)節(jié)控制。膜組件置于生物反應(yīng)器之外，更易于清洗更換。膜組件在有壓條件下工作，膜通量較大，且加壓泵產(chǎn)生的工作壓力在膜組件承受壓力范圍內(nèi)可以進行調(diào)節(jié)，從而可根據(jù)需要增加膜的透水率。分置式膜生物反應(yīng)器的動力消耗較大，加壓泵提供較高的壓力，造成膜表面高速錯流，延緩膜污染，這是其動

4、力費用大的原因。生物反應(yīng)器中的活性污泥始終都在加壓泵的作用下進行循環(huán)，由于葉輪的高速旋轉(zhuǎn)而產(chǎn)生的剪切力會使某些微生物菌體產(chǎn)生失活現(xiàn)象。分置式膜生物反應(yīng)器和另外兩種膜生物反應(yīng)器相比，結(jié)構(gòu)稍復(fù)雜，占地面積也稍大。 7.1.3 復(fù)合式MBR反應(yīng)器 復(fù)合式MBR在形式上仍屬于一體式MBR，也是將膜組件置于生物反應(yīng)器之中，通過重力或負壓出水，所不同的是復(fù)合式MBR是在生物反應(yīng)器中安裝填料，形成復(fù)合式處理系統(tǒng)。在復(fù)合式MBR中安裝填料的目的有兩個：一是提高處理系統(tǒng)的抗沖擊負荷，保證系統(tǒng)的處理效果；二是降低反應(yīng)器中懸浮性活性污泥濃度，減小膜污染才程度，保證較高的膜通量。7.1.4 膜生物反應(yīng)器的特點 能夠高

5、效地進行固液分離，分離效果遠好于各種沉淀池；出水水質(zhì)好，出水中的懸浮物和濁度幾乎為零，可以直接回用；將二級處理與深度處理合并為一個工藝；實現(xiàn)了污水的資源化。由于膜的高效截留作用，可以將微生物完全截留在反應(yīng)器內(nèi)；將反應(yīng)器的水力停留時間(HRT)和污泥齡(STR)完全分開，使運行控制更加靈活。反應(yīng)器內(nèi)微生物濃度高，耐沖擊負荷。反應(yīng)器在高容積負荷、低污泥負荷、長污泥齡的條件下運行，可以實現(xiàn)基本無剩余污泥排放。由于采用膜法進行固液分離，使污水中的大分子難降解成分在體積有限的生物反應(yīng)器中有足夠的停留時間，極大地提高了難降解有機物的降解效率。同時不必擔(dān)心產(chǎn)生污泥膨脹的問題。由于污泥齡長，有利于增殖緩慢的硝

6、化菌的截留、生長和繁殖，系統(tǒng)硝化作用得以加強。通過運行方式的適當(dāng)調(diào)整亦可具有脫氮除磷的功能。系統(tǒng)采用PLC控制，可實現(xiàn)全程自動化控制。MBR工藝設(shè)備集中，占地面積小。MBR工藝處理污水的特點污染物去除效率高，處理出水水質(zhì)好 污泥濃度高，裝置容積負荷大，占地面積小 有利于增殖緩慢或高效微生物的截留，提高系統(tǒng)的硝化效果和對難降解有機物的處理能力 剩余污泥產(chǎn)生量低 易于實現(xiàn)自動控制，操作管理方便 經(jīng)處理后排放水可實現(xiàn)回用特點7.2 膜生物反應(yīng)器的工藝流程及設(shè)計 7.2.1 單池一體式MBR工藝 單池一體式膜生物反應(yīng)器將膜組件直接置于生物反應(yīng)器中，反應(yīng)器相當(dāng)于活性污泥系統(tǒng)的曝氣池，以膜組件代替二沉池，

7、利用真空泵或其他類型的泵進行抽吸，得到過濾液，成為系統(tǒng)的處理水。這種工藝流程簡單，能耗少，占地小，適合于城市污水和含碳有機廢水的處理。7.2.2 分置式MBR工藝 在分置式膜生物反應(yīng)器中，膜組件設(shè)在反應(yīng)器外，反應(yīng)器中的混合液由泵加壓后進入膜組件，在壓力的作用下過濾液成為系統(tǒng)的處理水，活性污泥、大分子等物質(zhì)被膜截留，回流到生物反應(yīng)器。分置式MBR采用的膜組件一般為平板式和管式。部分學(xué)者認(rèn)為，分置式MBR工藝運行穩(wěn)定，在操作管理和膜清洗更換方面優(yōu)于一體式MBR工藝。7.2.3 MBR兩級脫氮工藝 采用兩個生物反應(yīng)器，其中一個為硝化池，另一個為反硝化池。膜組件浸沒于硝化池反應(yīng)器中，兩池之間通過泵輸送

8、混合液，硝化液可通過重力實現(xiàn)回流。反硝化反應(yīng)器作為缺氧區(qū)，硝化反應(yīng)器作為好氧區(qū)，實現(xiàn)硝化-反硝化生物脫氮的目的。7.2.4 序批式MBR工藝 在進水階段反應(yīng)器內(nèi)的氧被迅速降低，避免了傳統(tǒng)前置反硝化膜生物反應(yīng)器氧可以連續(xù)進人反硝化區(qū)的弊端。在傳統(tǒng)SBR系統(tǒng)中，沉淀和排水階段占用整個循環(huán)周期的大部分時間。利用膜分離可以在反應(yīng)階段排水，可以完全省去沉淀和排水所需的時間。因此序批式MBR工藝可以縮短傳統(tǒng)SBR工藝的循環(huán)周期，提高設(shè)備的利用率。MBR的運行管理和維護1 一定要先進行接種、好氧運行；當(dāng)反應(yīng)池內(nèi)的MLSS 大于3000mgL時，方可開始膜組件的抽吸運行。2 MLSS的運行濃度10000-15

9、000mgL，不要超過20000mgL。3 活性污泥的粘度不能過高，進行污泥過濾性的測試。4 濾膜的過濾通量不要超過給定的膜的臨界過濾通量。5 保持濾膜正常的工件差壓，當(dāng)壓差超過40KPa時進行清洗。6 定期對膜組件進行加大曝氣量的運行；對散氣管孔也進行定期沖洗，保持膜面充分的氣液流動，防止出現(xiàn)污泥結(jié)垢。 7.3 MBR反應(yīng)器中膜污染及防治 造成膜污染堵塞的主要原因有：膜表面的濃差極化現(xiàn)象、污染物在膜表面和膜孔內(nèi)的吸附沉積。7.3.1 膜污染 1）膜的性質(zhì)膜的性質(zhì)主要是指膜材料的物化性能，如由膜材料的分子結(jié)構(gòu)決定的膜表面的電荷性、憎水性、膜孔徑大小、粗糙度等。2）料液性質(zhì)料液性質(zhì)主要包括料液固

10、形物及其性質(zhì)、溶解性有機物及其組成成分，此外，料液的pH值等亦影響膜的污染。在活性污泥的條件下污泥濃度過高對膜分離會產(chǎn)生不利影響。3）膜分離的操作條件當(dāng)操作壓力低于臨界壓力時，膜通量隨壓力增加而增加；而高于此值時會引起膜表面污染的加劇，膜通量隨壓力的變化不大。 7.3.2 膜污染的控制措施 1、對料液進行有效處理對料液（原水）采取有效的預(yù)處理，以達到膜組件進水的水質(zhì)指標(biāo)，如預(yù)絮凝、預(yù)過濾或改變?nèi)芤簆H值等方法，以脫除一些能與膜相互作用的溶質(zhì)。3.選擇合適的膜結(jié)構(gòu)膜結(jié)構(gòu)的選擇，對于防止膜污染的產(chǎn)生也很重要。對稱結(jié)構(gòu)的膜比不對稱結(jié)構(gòu)的膜更容易污染。2、選擇合適的膜材料6、投加吸附劑改善料液特性向生物反應(yīng)器內(nèi)投加某種吸附劑，如粉末活性炭(PAC)，有助于改善污泥混合液的特性，減小過濾的阻力，提高膜的滲透速率，并能提高MBR的處理效率。 4、改善膜面流體力學(xué)條件改善膜面附近液側(cè)的流體力學(xué)條件，如提高進水流速或采用錯流等方法，減少濃度差極化，使被截留的溶質(zhì)及時地被水流帶走。5.采用間歇操作的運行方式 7.3.3 膜污染后的清洗 物理方法反沖洗采用水和空氣混合流體去除污染物其他方法化學(xué)清洗通常是用化學(xué)清洗劑，如稀酸、稀堿、酯、表面活性劑、絡(luò)合劑和氧化