膜生物反應(yīng)器

膜生物反應(yīng)器

市政工程研究生一年級2021/5/91目錄

第一章膜分離技術(shù)1.1膜法分離的含義和要點(diǎn)

1.2膜分離技術(shù)的分類

1.3錯(cuò)流過濾和死端過濾

1.4膜分離技術(shù)的特點(diǎn)和應(yīng)用第二章膜組件

2.1膜分離組件的基本含義

2.2幾種膜組件第三章膜生物反應(yīng)器

3.1膜生物反應(yīng)器及特點(diǎn)

3.2膜生物反應(yīng)器工藝及原理2021/5/92

3.3膜生物反應(yīng)器工藝的分類

3.4膜污染及影響因素

3.5MBR工藝運(yùn)行

3.6膜材料

3.7膜清洗

3.8曝氣

第四章商業(yè)化的膜發(fā)展技術(shù)

第五章iMBR案例研究2021/5/93（一）膜分離技術(shù)1.膜分離的含義和要點(diǎn)2.膜分離技術(shù)的分類3.錯(cuò)流過濾和死端過濾4.膜分離技術(shù)的特點(diǎn)和應(yīng)用2021/5/941.1膜分離的含義和要點(diǎn)含義：膜分離技術(shù)是指在分子水平上不同粒徑分子的混合物在通過半透膜時(shí)，實(shí)現(xiàn)選擇性分離的技術(shù)，半透膜又稱分離膜或?yàn)V膜，膜壁布滿小孔，根據(jù)孔徑大小可以分為：微濾膜（MF）、超濾膜（UF）、納濾膜（NF）、反滲透膜（RO）等，膜分離都采用錯(cuò)流過濾方式要點(diǎn)：（1）膜的選擇透過性（2）膜分離的相2021/5/951.2膜分離技術(shù)的分類膜分離機(jī)理和分類2021/5/961.3.錯(cuò)流過濾和死端過濾錯(cuò)流過濾：又稱橫流過濾，其水的流動(dòng)方向和滲透方向是垂直的，和膜面是平行的死端過濾：又稱全量過濾，水流方向與膜面垂直，水全部過膜，能量消耗少，水回收率高。2021/5/971.4膜分離技術(shù)的特點(diǎn)優(yōu)點(diǎn):1)能耗低。膜分離不涉及相變，對能量要求低，與蒸餾、結(jié)晶和蒸發(fā)相比有較大的差異；2)分離條件溫和，對于熱敏感物質(zhì)的分離很重要；3)操作方便，結(jié)構(gòu)緊湊、維修成本低、易于自動(dòng)化。缺點(diǎn)1)膜面易發(fā)生污染，膜分離性能降低，故需采用與工藝相適應(yīng)的膜面清洗方法；2)穩(wěn)定性、耐藥性、耐熱性、耐溶劑能力有限，故使用范圍有限；3)單獨(dú)的膜分離技術(shù)功能有限，需與其他分離技術(shù)連用。2021/5/98（二）膜組件1.膜分離組件基本含義2.幾種膜組件2021/5/992.1膜分離組件基本含義膜組件由膜、固定膜的支撐體、間隔物以及容納這些部件的容器構(gòu)成的一個(gè)單元稱為膜組件。理想的膜組件應(yīng)有的特征如下：（1）膜面積與組件總體積之比較高（例如堆積密度）（2）為了提高供水側(cè)的傳輸能力而有較高的湍流度（3）單位產(chǎn)水體積的能耗低（4）單位膜面積的成本低（5）便于清洗的設(shè)計(jì)（6）可模塊化的設(shè)計(jì)2021/5/9102.2幾種膜組件（1）螺旋卷式組件

特點(diǎn)：膜面積大，湍流情況好，但制造裝配要求高、清洗檢修不方便，不能處理懸浮液濃度較高的料液?？捎糜谖V、超濾和反滲透。2021/5/911（2）管式膜組件特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡單、適應(yīng)性強(qiáng)、壓力損失小、透過量大，清洗、安裝方便、可耐高壓，適宜處理高粘度及稠厚液體。但比表面積小。適于微濾和超濾。2021/5/912（3）中空纖維式膜組件特點(diǎn)：密度高，存留液少，可反洗，裝備緊湊，泵耗能低，但膜面去污難，膜替換費(fèi)用高，不宜處理粘稠液體，適用于超濾和微濾2021/5/913（4）平板膜組件特點(diǎn)：較管式組件比表面積大得多，易于更換膜，適于微濾、超濾。2021/5/914（5）四種膜組件特點(diǎn)的比較2021/5/915（三）膜生物反應(yīng)器1.MBR工藝簡介2.MBR工藝和膜結(jié)構(gòu)3.膜污染及影響因素4.MBR工藝運(yùn)行5.膜材料6.膜清洗7.曝氣2021/5/9163.1MBR工藝簡介含義：膜生物反應(yīng)器是指生物處理與MF或UF膜分離技術(shù)相結(jié)合的工藝。與傳統(tǒng)生物處理工藝相比的優(yōu)勢：（1）單級階段能夠產(chǎn)出高質(zhì)量、澄清的且已大部分消毒的滲透液（等同于三級過濾）（2）污泥停留時(shí)間（SRT）和水力停留時(shí)間（HRT）相互獨(dú)立，而這兩個(gè)參數(shù)在一般的污水處理廠是相關(guān)聯(lián)的（3）可在高污泥濃度下運(yùn)行，不僅所需的反應(yīng)器尺寸縮小，而且可以促進(jìn)特定硝化細(xì)菌的生長，加強(qiáng)氨氮的去除效果（4）污泥停留時(shí)間（SRT）延長，為生長緩慢菌群的強(qiáng)化處理提供了機(jī)會（5）減少了剩余污泥的產(chǎn)生量其中，MBR工藝結(jié)構(gòu)緊湊，出水水質(zhì)好，這兩點(diǎn)被認(rèn)為是MBR工藝最大的優(yōu)勢2021/5/917與傳統(tǒng)生物處理相比的劣勢：（1）工藝復(fù)雜（2）膜污染及清洗尤其是離線的化學(xué)清洗給操作管理帶來不便（3）膜制造成本偏高，膜生物反應(yīng)器基建投資高于相同規(guī)模的傳統(tǒng)污水處理工藝（4）池中MLSS濃度非常高，要保持足夠的傳氧速率，必須加大曝氣強(qiáng)度（5）一般需要用循環(huán)泵在膜表面提供一定的錯(cuò)流流速，沖刷膜表面，所以能耗要比傳統(tǒng)的生物處理工藝高（6）容易產(chǎn)生膜污染2021/5/9183.2MBR工藝和膜結(jié)構(gòu)膜結(jié)構(gòu)既可以指MBR工藝結(jié)構(gòu)也可以指膜組件結(jié)構(gòu)。膜組件結(jié)構(gòu)前面已經(jīng)說過，就不在贅述了，下面說一說MBR工藝結(jié)構(gòu)。根據(jù)膜組件與生物反應(yīng)器的結(jié)合方式或相對位置組合方式，可將MBR分為內(nèi)置式和分置式兩大類分置式又稱淹沒式生物反應(yīng)器，是現(xiàn)在MBR的主流技術(shù)。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分解去除，在由膜過濾出水。分置式MBR是指膜組件與生物反應(yīng)器分開設(shè)置，相對獨(dú)立，膜組件與生物反應(yīng)器通過泵與管路連接?；旌弦航?jīng)循環(huán)泵增壓后進(jìn)入膜組件，液體透過膜成為系統(tǒng)處理水，而固形物和大分子物質(zhì)被膜截留，隨濃縮液回流到生物反應(yīng)器內(nèi)2021/5/919

一般而言，iMBR較之sMBR能耗低，因?yàn)閟MBR膜組件采用外置泵錯(cuò)流沖洗膜面，而施加的高壓力和高流量會造成能量損失。而為了充分利用這些潛在的能量，流動(dòng)通道應(yīng)盡可能長一些，從而使高壓下流動(dòng)的液體內(nèi)的固有能量盡可能多用于滲透。為了獲得沿膜組件長度方向合理的40%---50%能量轉(zhuǎn)化率，流動(dòng)通道需要很長，其長度通常超過20m。這就要求串聯(lián)大量的膜組件，使得沿截留通道的壓力顯著下降。iMBR通過曝氣沖洗膜組件，該方法較外置式能耗低，但運(yùn)行膜通量較低。2021/5/9203.3膜污染及影響因素MBR反應(yīng)器中的膜污染與一系列物理、化學(xué)和生物因素有關(guān)，其污染的形成可分為兩個(gè)步驟:(1)膜污染初期的水通量下降是由于濃差極化引起的，水中溶解性物質(zhì)在膜表面附著，逐漸積累使?jié)舛壬?，在濃度梯度的作用下，及近膜面的溶質(zhì)又以相反方向向料液主體擴(kuò)散，平衡狀態(tài)時(shí)膜表面形成一個(gè)溶質(zhì)濃度分布邊界層，對溶劑等小分子物質(zhì)起阻礙作用，并且高的滲透壓將進(jìn)一步減少滲透水通量，使得膜的水通量降低（2）長期的膜污染是溶質(zhì)吸附和顆粒沉積造成的，膜表面高濃度的溶質(zhì)可能發(fā)生沉降，形成凝膠層，懸浮顆粒達(dá)到膜表面形成沉積，此凝膠層和濾餅層減少了水力滲透能力，也減少了滲透水通量。2021/5/9212021/5/922MBR膜性能和污染主要影響因素（1）膜自身的特性，包括膜材質(zhì)、親、疏水性、生物親和力、孔徑大小及分布、表面粗糙度、膜的荷電性、膜的孔隙率等（2）膜組件的結(jié)構(gòu)和類型，包括纖維膜絲的直徑、長度、壓實(shí)密度、松緊度和膜組件的構(gòu)造、放置方式等（3）MBR的運(yùn)行條件，包括膜通量、反應(yīng)器結(jié)構(gòu)、曝氣方式和曝氣量、抽吸泵抽停時(shí)間、出水方式、溫度、ph值、是否安裝填料以及水力停留時(shí)間HRT等（4）污泥特性、污泥活性、污泥齡等2021/5/9233.4MBR工藝運(yùn)行膜生物反應(yīng)器對有機(jī)物的去除基于兩方面功能：一是生物反應(yīng)器對有機(jī)物的降解作用，膜強(qiáng)化了作用；二是膜對大分子有機(jī)物質(zhì)的截留作用，大分子物質(zhì)可以被截留在反應(yīng)器內(nèi)，獲得比傳統(tǒng)活性污泥更多的與微生物接觸反應(yīng)的時(shí)間膜生物反應(yīng)器中膜對溶解性有機(jī)物的去除來自三個(gè)方面的作用:一是通過膜孔本身的截留作用，即膜的篩濾作用；二是通過膜孔和膜表面的吸附作用使有機(jī)物去除；三是通過膜表面形成的沉積層（次生膜層）的篩濾、吸附作用對溶解性有機(jī)物的去除2021/5/9243.5膜材料膜材料即做膜的原料。膜材料作為膜分離技術(shù)的核心越來越受到人們的關(guān)注。膜材料早期為天然的，現(xiàn)在多為人工合成，用做膜材料的物質(zhì)有有機(jī)高分子材料和無機(jī)材料，其中尤以有機(jī)高分子膜材料制備的膜為主。有機(jī)膜通常具有高表面孔隙率和較小的孔徑分布，以提供盡可能高的產(chǎn)水和選擇截留度。膜還必須有一定的機(jī)械強(qiáng)度，例如有完整的結(jié)構(gòu)。最后，膜材料一般還要求能夠受化學(xué)沖擊，例如極端的溫度、ph等，并對膜污染有一定的耐受性2021/5/9253.6膜清洗膜清洗分為兩類，一種是化學(xué)清洗，一種是物理清洗一般來說，膜的物理清洗較之化學(xué)清洗更省力。物理清洗比化學(xué)清洗快，持續(xù)時(shí)間不超過2min。物理清洗不需要添加化學(xué)物質(zhì)且不產(chǎn)生任何化學(xué)廢物，而且物理清洗不會引起膜退化。但另一方面物理清洗效率不及化學(xué)清洗。物理清洗可去除粘附在膜表面的粗大固體，一般成為可逆或臨時(shí)膜污染，而化學(xué)清洗則可以去除粘著更牢固的物質(zhì)，其常被稱為不可逆或永久膜污染。2021/5/926與膜清洗有關(guān)的重要設(shè)計(jì)參數(shù)(1)兩個(gè)物理清洗間的周期，物理清洗可能是反沖洗或釋壓（2）物理清洗持續(xù)的時(shí)間（3）兩個(gè)化學(xué)清洗間的周期（4）化學(xué)清洗的持續(xù)時(shí)間（5）反沖洗通量（6）單位膜面積的清洗劑濃度和體積2021/5/9273.7曝氣曝氣的首要作用在于為生物反應(yīng)器，尤其是混合液對空氣的需求提供用于固體攪拌和維持微生物存活的溶解氧。（DO)。在生物處理中DO一般被認(rèn)為是關(guān)鍵設(shè)計(jì)參數(shù)。生物系統(tǒng)需求的氧與進(jìn)水流量、底物降解、污泥產(chǎn)生和TKN濃度有關(guān)。2021/5/9282021/5/929MBR-RO膜集成工藝在印染廢水回用中的應(yīng)用研究2021/5/930印染廢水的水質(zhì)特征排放量大成分復(fù)雜有機(jī)物含量高色度深化學(xué)需氧量高生化需氧量相對較低可生化性強(qiáng)2021/5/931常規(guī)活性污泥法和MBR工藝特性的比較2021/5/932本工藝采用MBR--RO膜集成工藝工藝流程2021/5/933運(yùn)行工藝MBR--RO中試的工藝流程如圖該中試以現(xiàn)有印染廢水處理設(shè)施的中和池出水作為進(jìn)水。印染廢水經(jīng)進(jìn)水槽作短暫的調(diào)節(jié)后，進(jìn)入好氧生物池進(jìn)行生化處理，生化處理后的水進(jìn)入MBR池經(jīng)布置在反應(yīng)池中的膜組件進(jìn)行膜過濾處理，MBR池內(nèi)的污泥混合液回流至好氧生物池，同時(shí)向MBR池中投加聚合氯化鋁；MBR處理水進(jìn)入反滲透系統(tǒng)進(jìn)行深度處理后得到可回用產(chǎn)水2021/5/934主要參數(shù)RO系統(tǒng)MBR系統(tǒng)2021/5/935試驗(yàn)水質(zhì)表中列出了MBR進(jìn)水水質(zhì)和《紡織染整工業(yè)水污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》中排放指標(biāo)MBR進(jìn)水水質(zhì)和出水指標(biāo)2021/5/936結(jié)果與討論MBR系統(tǒng)水質(zhì)處理效果2021/5/937（1）水質(zhì)處理效果表中列出了MBR-RO系統(tǒng)運(yùn)行正常后，MBR進(jìn)、出水中各污染物的平均濃度。由該表可以明顯看出，MBR系統(tǒng)的水質(zhì)處理效果非常好，出水各污染物平均濃度完全符合標(biāo)準(zhǔn)，且處理水質(zhì)非常穩(wěn)定。其中，MBR出水COD和BOD的平均濃度分別為50mg/L和8mg/L，去除率分別達(dá)到92.9%和94.6%，遠(yuǎn)低于排放指標(biāo)。同時(shí)，通過由于向MBR池中投加一定量的PAC，使得MBR出水的TP平均濃度只有0.3mg/L,完全符合排放限值。另外，MBR系統(tǒng)對色度的去除率也達(dá)到72.7%左右。2021/5/938（2）膜運(yùn)行性能由于印染廢水的成分非常復(fù)雜，含有多種染料、洗滌劑等，而且這部分難降解物質(zhì)使得MBR池污泥的過濾性較差，容易阻塞膜孔，對膜性能造成比較大的負(fù)面影響。因此，通過向MBR池中投加PAC，能有效吸附容易引起膜污染的大分子有機(jī)物質(zhì)和膠體，除了使處理水質(zhì)變好外，也能有效降低MBR膜污染速度，進(jìn)而延長MBR的清洗周期。在近一年的MBR連續(xù)運(yùn)行過程中，控制運(yùn)行通量為0.3m/d，操作模式為抽9min停1min，結(jié)果MBR膜表現(xiàn)穩(wěn)定。由于MBR出水中含有一部分易引起RO膜結(jié)垢的物質(zhì)，因