膜生物反應(yīng)器(MBR)課件

MBR膜生物反應(yīng)器

匯報人：吳俊康

匯報時間：October

ContentMBR簡介1

MBR原理、類型及特點2MBR運行的影響因素膜污染及控制方法5MBR應(yīng)用及展望6

MBR膜技術(shù)介紹431MBR簡介MBR工藝是膜分離技術(shù)與生物技術(shù)有機結(jié)合的新型廢水處理技術(shù)，也稱膜分離活性污泥法。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物截留住，水力停留時間和污泥停留時間可以分別控制，而難降解的物質(zhì)在反應(yīng)器中不斷反應(yīng)、降解。一方面，膜截留了反應(yīng)池中的微生物，使池中的活性污泥濃度大大增加，使降解污水的生化反應(yīng)進行得更迅速更徹底；另一方面，由于膜的高過濾精度，保證了出水清澈透明從而省掉二沉池。因此，MBR工藝通過膜分離技術(shù)大大強化了生物反應(yīng)器的功能。與傳統(tǒng)的生物處理方法相比，具有污泥濃度高、抗負(fù)荷沖擊能力強、出水水質(zhì)穩(wěn)定、占地面積小、剩余污泥量少、便于自動控制等優(yōu)點，是目前最有前途的廢水處理新技術(shù)之一。

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MBR原理、類型及特點2.1原理膜生物反應(yīng)器(英文名稱為MembraneBioreactor)是把生物處理與膜分離相結(jié)合的一種組合工藝，是用膜組件來代替?zhèn)鹘y(tǒng)生物處理技術(shù)，使反應(yīng)連續(xù)進行。MBR將膜分離技術(shù)的膜組件與污水生物處理工程中的生物反應(yīng)器相結(jié)合，膜組件作為泥水分離單元取代二次沉淀池，綜合了膜處理技術(shù)和生物處理技術(shù)。

下圖展示了普通A/O工藝和應(yīng)用MBR反應(yīng)器后工藝的差異。

2MBR原理、類型及特點

2MBR原理、類型及特點

2MBR原理、類型及特點2.2MBR反應(yīng)器類型2.2.1根據(jù)運行方式的不同

外置式（分體式）

將膜分離單元置于生化池之外。水透過膜的推動力主要靠水的靜壓力。為防止膜污染，必須維持較高的膜面循環(huán)流速，同時要維持污泥回流，因此動力消耗較高。浸沒式（一體式）將膜分離單元置于生化池之內(nèi)。水透過膜的推動力主要靠抽吸泵產(chǎn)生的負(fù)壓來實現(xiàn)。依靠曝氣時空氣泡的攪動在膜表面形成交錯流，來實現(xiàn)膜表面的清潔。浸沒式膜生物反應(yīng)器（MBR）的能耗遠較外置式膜生物反應(yīng)器（MBR）低，具有更大優(yōu)勢，代表了MBR技術(shù)的發(fā)展方向。2MBR原理、類型及特點分體式一體式

2MBR原理、類型及特點2.2.2根據(jù)需氧量的不同

2.2.3根據(jù)膜材料的不同

好氧膜生物反應(yīng)器厭氧膜生物反應(yīng)器有機膜生物反應(yīng)器無機膜生物反應(yīng)器

2MBR原理、類型及特點2.2.4根據(jù)膜孔徑的不同

可分為微濾、超濾、和納濾膜生物反應(yīng)器。

2MBR原理、類型及特點2.2.5根據(jù)生物膜機理的不同

膜曝氣-生物反應(yīng)器（MABR）萃取膜生物反應(yīng)器（EMBR）膜分離生物反應(yīng)器（BSMBR）

2MBR原理、類型及特點膜曝氣-生物反應(yīng)器（MABR）它采用透氣性致密膜或微孔膜，以板式或中空纖維式組件，在保持氣體分壓低于泡點的情況，可實現(xiàn)向生物反應(yīng)器的無泡曝氣，如下圖所示。

膜-曝氣生物反應(yīng)器示意圖膜曝氣-生物反應(yīng)器（MABR）

2MBR原理、類型及特點

2MBR原理、類型及特點膜曝氣-生物反應(yīng)器（MABR）特點：氧利用效率高。傳統(tǒng)活性污泥法的氧利用率一般只有10~20%，而膜曝氣-生物反應(yīng)器的氧利用率可以接近100%。有機物去除負(fù)荷高。占地小。適用于活性污泥濃度大，對供氧要求高的廢水的處理?；ㄙM用高，操作復(fù)雜。

2MBR原理、類型及特點萃取膜生物反應(yīng)器（EMBR）

萃取MBR是結(jié)合膜萃取和生物降解，利用膜將廢水中有毒的、溶解性差的優(yōu)先污染物從廢水中萃取出來，然后用專性菌對其進行單獨的生化降解，從而使專性菌不受廢水中離子強度和pH的影響，生物反應(yīng)器的功能得到優(yōu)化，如下圖所示。

2MBR原理、類型及特點萃取膜生物反應(yīng)器（EMBR）

2MBR原理、類型及特點萃取膜生物反應(yīng)器（EMBR）的特點膜萃取-生物反應(yīng)器適用來萃取和處理廢水中的優(yōu)先污染物。特別適用于廢水酸堿度高、鹽濃度高或含有毒生物難降解有機物，不宜使廢水與微生物直接接觸處理時的情況。適用于廢水含有揮發(fā)性物質(zhì)，采用傳統(tǒng)的生物處理工藝易隨曝氣氣流揮發(fā)的情況。

2MBR原理、類型及特點膜分離生物反應(yīng)器（BSMBR）膜分離生物反應(yīng)器中的膜組件相當(dāng)于傳統(tǒng)中的二沉池利用膜組件進行固液分離，截留的污泥回流至生物反應(yīng)器中，透過水外排。其按膜組件和和生物反應(yīng)器的相對位置又可分為：

一體式膜生物反應(yīng)器分置式膜生物反應(yīng)器復(fù)合式膜生物反應(yīng)器

2MBR原理、類型及特點膜分離生物反應(yīng)器（BSMBR）

2MBR原理、類型及特點膜分離生物反應(yīng)器（BSMBR）

2MBR原理、類型及特點膜分離生物反應(yīng)器（BSMBR）

2MBR原理、類型及特點膜分離生物反應(yīng)器（BSMBR）的特點（與傳統(tǒng)活性污泥相比）出水水質(zhì)好，BOD、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)符合三級標(biāo)準(zhǔn)，可直接回收或補充地下水。工藝流程短，占地省，省去了二沉池，占地約為生物處理的1/2。利于世代時間長的細(xì)菌如硝化菌的繁殖，提高了硝化效率。污泥濃度高，傳氧效率高達26%~60%，節(jié)省了能耗。

2MBR原理、類型及特點膜分離生物反應(yīng)器（BSMBR）的特點（與傳統(tǒng)活性污泥相比）可使水力停留時間和污你泥齡分開，運行控制靈活。容積負(fù)荷大，反應(yīng)器內(nèi)MLSS約為（1.5~3）X104mg/L，利于傳統(tǒng)活性污泥法的改造。在MBR中同時進行硝化和反硝化，效果較好，脫氮能力強。剩余污泥量比常規(guī)活性污泥法少50%~80%，利于處理。易于實現(xiàn)自控。啟動快。

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MBR原理、類型及特點2.3MBR工藝的特點

2.3.1出水水質(zhì)好在MBR中，降解時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)器中的停留時間變長，從而有利于微生物對這些化合物的降解；同時較長的SRT可以使世代時間較長的硝化細(xì)菌能夠在生物反應(yīng)器中積累，提高了硝化效果。因此MBR出水有機物含量較低，且總氮和總磷的含量也遠遠低于傳統(tǒng)活性污泥法。同時，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。

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MBR原理、類型及特點2.3MBR工藝的特點

2.3.2工藝參數(shù)易于控制

在MBR中，用膜組件代替二沉池，可以同時實現(xiàn)較短的HRT(相對水力停留時間）和很長的SRT（污泥停留時間）。同時，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。2.3.3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，同時當(dāng)進水中有機物濃度變化較大時，有機負(fù)荷率(單位質(zhì)量的微生物在單位時間內(nèi)承受的有機物質(zhì)量)變化不大，系統(tǒng)去除有機物的效果變化不大。

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MBR原理、類型及特點2.3MBR工藝的特點

2.3.4污泥產(chǎn)生量少生物反應(yīng)器中的污泥濃度很高，泥齡長，因此污泥負(fù)荷F/M（污泥負(fù)荷，即單位質(zhì)量的污泥微生物）較低，污泥產(chǎn)量很低。2.3.5易于自動控制MBR系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，運行靈活穩(wěn)定，容易操作和實現(xiàn)自動化。2.3.6不足之處存在膜污染，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。

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MBR膜技術(shù)簡介3.1膜的定義膜從廣義上可以定義為兩相之間的一個具有選擇透過性的薄層屏障。膜分離是指在某種推動力的作用下，利用膜的透過性能，達到分離混合物中離子、分子以及某些微粒的過程。

與傳統(tǒng)過濾器的最大不同是，膜可以在離子或分子范圍內(nèi)進行分離，并且該過程是一種物理過程，不需發(fā)生相的變化和添加助劑。

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MBR膜技術(shù)簡介3.2膜的結(jié)構(gòu)與分類

根據(jù)相態(tài)的不同

液相膜、氣相膜、固相膜根據(jù)孔徑的不同

微濾膜、超濾膜、納濾膜

根據(jù)材料的不同

無機膜、有機膜

根據(jù)形態(tài)的不同

均質(zhì)膜、非對稱膜

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MBR膜技術(shù)簡介3.2膜的結(jié)構(gòu)與分類

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MBR膜技術(shù)簡介3.3膜的性能3.3.1膜通量和膜的過濾方式膜通量：單位時間單位膜面積上通過的物質(zhì)的量,m3/(m2?s)。影響膜通量的因素有：膜的阻力單位膜面積上的驅(qū)動壓力膜表面的水動力學(xué)狀況膜污染和其他清洗情況

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MBR膜技術(shù)簡介3.3.2膜通量和膜的過濾方式過濾方式：全程過濾：在膜兩邊壓力差的驅(qū)動下，溶質(zhì)和溶劑垂直于分離膜方向運動，溶質(zhì)被膜截留，溶劑通過膜而被分離。錯流過濾：主體料液與膜表面相切而流動，料液中的溶質(zhì)被截留，透過液垂直于膜面而通過膜流出。

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MBR膜技術(shù)簡介3.3.3膜的分離性能參數(shù)

膜過濾過程中通常希望膜具有良好的機械性能、高的膜通量和高的選擇性。表征膜的分離性能參數(shù)主要有兩個。即：截留率：包括表觀截留率和本證截留率。膜通量：由本身性能決定。

膜在運行過程中，隨著流體阻力越來越大，膜的推動力也越來越大，而膜通量則越來越小，被截留的分子也越來越小。

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MBR膜技術(shù)簡介3.3.4濃差極化與膜污染濃差極化：在膜分離過程中，料液中的溶劑在壓力驅(qū)動下透過膜，溶質(zhì)被截留，由于水的通量不斷把溶質(zhì)帶到濾膜表面，使溶質(zhì)在濾膜表面的濃度高于在水溶液中的濃度，在濃度梯度的作用下，溶質(zhì)由膜表面向本體溶液擴散，形成一個穩(wěn)定的邊界層，這種現(xiàn)象稱為濃差極化。濃差極化的危害：使膜表面溶質(zhì)濃度增高，引起滲透壓增大，從而減小傳質(zhì)驅(qū)動力。膜表面沉積層會改變膜的分離特性可能會導(dǎo)致結(jié)晶析出，阻塞通道溶質(zhì)截留率下降膜通量降低

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MBR膜技術(shù)簡介3.3.4濃差極化與膜污染膜污染：由于膜在分離過程中，由于污水中的溶質(zhì)分子與膜分子發(fā)生物理化學(xué)的作用，造成膜孔徑變小或堵塞，使膜產(chǎn)生透過量和分離特性發(fā)生變化的現(xiàn)象。膜污染與濃差極化密切相關(guān)，常常同時發(fā)生，膜污染的具體內(nèi)容及其防治見第五章。

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MBR膜技術(shù)簡介3.3.5膜組件板框式螺旋卷式圓管式毛細(xì)管式中空纖維式板框式膜組件

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MBR膜技術(shù)簡介3.3.5膜組件管式膜組件

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MBR膜技術(shù)簡介3.3.5膜組件螺旋卷式膜組件

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MBR膜技術(shù)簡介3.3.5膜組件中空纖維式膜組件

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MBR膜技術(shù)簡介3.3.5膜組件毛細(xì)管式膜組件4MBR運行的影響因素4.1影響MBR穩(wěn)定運行的生物動力學(xué)參數(shù)有機負(fù)荷：每立方米池容積每日負(fù)擔(dān)的有機物量污泥負(fù)荷：單位質(zhì)量的活性污泥在單位時間內(nèi)所去除的污染物的量

在好氧MBR中，污泥濃度隨容積負(fù)荷的增加迅速升高，有機物去除速率加快，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。4MBR運行的影響因素4.1影響MBR穩(wěn)定運行的生物動力學(xué)參數(shù)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)曝氣強度足夠大時（氣水比近似100：1），MLSS由10g/L變化到35g/L時，MLSS（混合液懸浮固體）與膜通量沒有明顯的相關(guān)性；但如果降低曝氣強度，MLSS對膜通量可能產(chǎn)生一定的影響。4MBR運行的影響因素4.2膜分離參數(shù)膜的選擇：膜材料分為有機膜和無機膜兩種。由于較高的投資成本限制了無機膜在我國的廣泛應(yīng)用，國內(nèi)MBR普遍采用有機膜，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。4MBR運行的影響因素4.2膜分離參數(shù)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)定運行的重要操作。對于一體式MBR，縮短抽吸時間或延長停吸時間和增加曝氣量均有利于減緩膜污染，抽吸時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，可以提高流體的進水流速，減少濃差極化，使被截留的溶質(zhì)及時被帶走。對于一體式MBR，設(shè)計合理的流道結(jié)構(gòu)，提高曝氣強度，較大的曝氣量具有沖刷膜表面的錯流過濾效果。

5膜污染及其控制方法5.1膜污染的來源凝膠層，即濾餅水透過后被截留下來的部分活性污泥和膠體物質(zhì)，在濾壓差和透過水流的作用下堆積在膜表面而形成的可逆性膜面污染。溶解性物質(zhì)

溶解性物質(zhì)被膜內(nèi)微孔表面吸附或結(jié)晶，堵塞孔道，使膜通量減少，屬于可逆污染。微生物污染在膜表面和膜孔中有微生物所需的營養(yǎng)物質(zhì)，因而會有大量的微生物滋生，從而造成膜通量的減少。

5膜污染及其控制方法5.2膜污染的影響因素（1）膜本身的性質(zhì)

包括膜材質(zhì)、膜孔徑大小、孔隙率、親疏水性、電荷性質(zhì)和粗糙度等

膜污染指數(shù)=（1-最終膜通量/初始膜通量）×100%

膜阻力=180·δ/d2·（1-ε）2/

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（2）料液和污泥的特點包括顆粒分布、COD負(fù)荷、污泥濃度，污泥泥齡，污泥絮體結(jié)構(gòu)，微生物群落結(jié)構(gòu)等（3）工藝的操作條件

包括反應(yīng)器運行方式，操作壓力，HRT，濾出速率，

溫度，膜清洗周期等

5膜污染及其控制方法5.3膜污染的控制5.3.1膜污染的預(yù)防采用低成本的無機膜，因為無機膜如陶瓷、金屬膜等比有機膜具有更強的抗污染能力，尤其重視動態(tài)膜的使用；優(yōu)化系統(tǒng)運行的操作條件，針對不同的MBR的運行狀況，測定出最佳的運行條件；調(diào)控混合液性狀，可添加吸附劑或混凝劑，除去混合液中溶解性微生物產(chǎn)物、胞外聚合物、微粒子等，防止它們對膜污染的影響。

5膜污染及其控制方法5.3.2膜的清洗物理清洗：曝氣、反洗曝氣是利用上升氣流帶來的錯流減少微粒子在膜面的沉積，從而減輕膜污染，反洗指使用濾液進行反洗可成功去除大部分可逆污染物?？諝夥创担和ㄟ^對幾種不同的過濾—空氣反吹操作的研究發(fā)現(xiàn)，空氣反吹可以獲得穩(wěn)定的通透量和總透過量，與連續(xù)運行的工藝相比透過量提高，說明空氣反吹可以緩解膜污染，但對膜組件的強度要求更高。水力清洗：一種較為簡單的清洗方法。在前期的清洗中有明顯的效果。錯流MBR由于膜組件特定的錯流因素，使得水力清洗

成為解決該反應(yīng)器膜污染問題的重要措施。

5膜污染及其控制方法5.3.2膜的清洗化學(xué)清洗：

主要是采用各種化學(xué)藥劑進行清洗，例如堿類清洗劑、酸類清洗劑和氧化類清洗劑，如加入化學(xué)試劑如NaOH、HNO3、NaClO等來進行清洗。超聲波清洗：

超聲波清洗作為一種新的洗膜方式，是利用超聲波在液體中空化作用而達