第11講-膜生物反應(yīng)器省名師優(yōu)質(zhì)課賽課獲獎(jiǎng)?wù)n件市賽課百校聯(lián)賽優(yōu)質(zhì)課一等獎(jiǎng)?wù)n件

第十一講膜生物反應(yīng)器原理與設(shè)計(jì)一、概念與形式二、主要MBR介紹三、MSBR形式四、MSBR膜污染五、MSBR設(shè)計(jì)六、MSBR應(yīng)用與實(shí)例1/67一、概念與形式膜生物反應(yīng)器（membranebio-reactor,MBR）,是由膜分離與生物處理組合而成一個(gè)新型、高效污水處理技術(shù)。廣義狹義1.membraneseparationbioreactor，MSBR2.membraneaerationbioreactor，MABR3.extractivemembranebioreactor，EMBRmembraneseparationbioreactor，MSBRmembranebio-reactor,MBR2/67MBR分類MBR按膜組件在反應(yīng)器作用不一樣可分為膜分離生物反應(yīng)器（截留和分離固體，用于泥水分離）膜曝氣生物反應(yīng)器（無(wú)泡曝氣，用于高需氧量廢水處理）膜萃取生物反應(yīng)器（污染物萃取，用于工業(yè)廢水中優(yōu)先污染物處理）。3/67二、主要MBR介紹2.1MABR2.2EMBR2.3MSBR4/672.1、MABR工藝無(wú)泡曝氣生物反應(yīng)器MembraneAerationBiofilmReactor，簡(jiǎn)稱為MABRmembrane-supportedbio?lmreactor(MSBR)

membranebio?lmreactor(MBfR)

5/67無(wú)泡曝氣膜生物反應(yīng)器處理污水原理圖原理：由中空纖維膜填料部分和水流部分組成。因?yàn)槔w維膜微孔直徑很小，為0.1～0.5μm，曝氣產(chǎn)生肉眼不可見(jiàn)氣泡，所以稱為無(wú)泡供氧。生物膜所需要氧氣是經(jīng)過(guò)纖維束填料供給，中空纖維膜不但起著供氧作用，同時(shí)又是固著生物膜載體。即，純氧或空氣經(jīng)過(guò)中空纖維膜微孔為生物膜進(jìn)行無(wú)泡曝氣，在中空纖維膜外側(cè)形成生物膜與污水充分接觸，污水中所含有機(jī)物被生物膜吸附和氧化分解，從而使污水得到凈化。6/67MABR供氧方式中空纖維膜供氧有貫通式和閉端式兩種方式；貫通式MABR內(nèi)中空纖維膜兩端分別被固定在雙層夾板上，氣體由一端夾板連續(xù)通入膜內(nèi)腔，一部分氣體被生物膜消耗，剩下部分從另一端夾板排出，因?yàn)樵摲绞街杏袣怏w剩下，更適合用于空氣供氧。閉端式MABR內(nèi)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(kāi)口端通入，在壓力作用下全部進(jìn)入反應(yīng)器，所以更適合用于純氧曝氣。另外，該方式中纖維束呈流化態(tài)，反應(yīng)器不易堵塞。7/67 MABR特點(diǎn)因?yàn)槠貧獠划a(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)效率可高達(dá)100％。因?yàn)樯锬どL(zhǎng)在中空纖維膜外表面，所以在供氧過(guò)程中，生物膜不會(huì)受到氣體摩擦，不易脫落。氧在傳遞到生物膜過(guò)程中不經(jīng)過(guò)液相邊界層，所以，傳質(zhì)阻力比常規(guī)曝氣法小得多，能耗大大降低。曝氣過(guò)程不產(chǎn)生氣泡，防止了傳統(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)入大氣而對(duì)環(huán)境造成污染；同時(shí)不會(huì)因?yàn)楸砻婊钚詣┐嬖诙a(chǎn)生泡沫。曝氣過(guò)程中氣液兩相分離，溶液混合與供氧互不干擾，所以能夠各自獨(dú)立設(shè)計(jì)，反應(yīng)器形式愈加靈活多變。能夠經(jīng)過(guò)調(diào)整氣體壓力方法來(lái)控制氧供給。對(duì)于普通廢水，經(jīng)過(guò)供氧控制，在確保生物膜生長(zhǎng)需氧同時(shí)，能夠防止因過(guò)量曝氣而使污水中DO濃度過(guò)高，大幅度降低運(yùn)行費(fèi)用。對(duì)于含氮廢水，經(jīng)過(guò)供氧控制，只使靠近纖維膜內(nèi)層生物膜取得氧，從而到達(dá)同時(shí)硝化、反硝化和COD去除效果。中空纖維膜比表面積可高達(dá)5018m2／m3，為氧傳遞和生物膜生長(zhǎng)提供了巨大表面積，有利于反應(yīng)器向小型化發(fā)展。8/672.2、EMBR隔離式系統(tǒng)采取選擇膜將污水與生物反應(yīng)器隔開(kāi)，該膜只允許目標(biāo)污染物透過(guò)，進(jìn)入生物反應(yīng)器被降解。而各種對(duì)微生物有害物理、化學(xué)條件不影響生物反應(yīng)器一側(cè)。萃取膜生物反應(yīng)器處理污水原理圖9/67常規(guī)污水處理法膜法污水處理再生系統(tǒng)2.3、MSBR10/67膜生物反應(yīng)器（ＭＢＲ）和低污染反滲透膜相結(jié)合污水再生系統(tǒng)MSBR是活性污泥一個(gè)變種，對(duì)有機(jī)物去除量依然主要靠污泥生物負(fù)荷。加入超濾膜實(shí)質(zhì)是替換二沉池，去除大分子量可溶和懸浮污染物。2.3、MSBR11/67傳統(tǒng)活性污泥法局限以活性污泥為代表傳統(tǒng)好氧生物處理工藝長(zhǎng)久以來(lái)在生活污水以及工業(yè)廢水處理中得到了廣泛應(yīng)用。因?yàn)椴扇≈亓κ匠恋沓刈鳛樘幚硭臀⑸锕桃悍蛛x伎倆，由此帶來(lái)了以下幾方面問(wèn)題:1因?yàn)槌恋沓毓桃悍蛛x效率不高，曝氣池內(nèi)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處理出水水質(zhì)不夠理想且不穩(wěn)定3傳氧效率低，能耗高；4剩下污泥產(chǎn)量大；5管理操作復(fù)雜。12/67MSBR工藝特點(diǎn)

與傳統(tǒng)活性污泥處理工藝相比存在以下優(yōu)點(diǎn)：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(chóng)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。工藝流程短，占地省，省去了二沉池，占地約為生物處理1/2。利于世代時(shí)間長(zhǎng)細(xì)菌如硝化菌繁殖，提升了硝化效率。污泥濃度高，傳氧效率高達(dá)26%~60%，節(jié)約了能耗?？墒顾νＡ魰r(shí)間和污你泥齡分開(kāi)，運(yùn)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)活性污泥法改造。在MBR中同時(shí)進(jìn)行硝化和反硝化，效果很好，脫氮能力強(qiáng)。剩下污泥量比常規(guī)活性污泥法少50%~80%，利于處理。易于實(shí)現(xiàn)自控。開(kāi)啟快。

MSBR優(yōu)點(diǎn)加緊了MSBR工藝推廣和使用。13/67一家之言一、改進(jìn)生物處理法

1、從原理上講，它是活性污泥一個(gè)變種，不能沖破活性污泥不足。對(duì)有機(jī)物去除量依然主要靠污泥生物負(fù)荷。2、加入超濾膜實(shí)質(zhì)是替換二沉池，去除大分子量可溶和懸浮污染物。3、對(duì)低濃度和小流量污水有處理效果。

二、運(yùn)行成本高：

1、風(fēng)機(jī)功率是傳統(tǒng)活性污泥1.5倍，其中一部分用于對(duì)膜體抖動(dòng)。2、對(duì)膜清洗要有專業(yè)人士清洗，并要求在運(yùn)行中時(shí)時(shí)監(jiān)控預(yù)防膜污堵，造成出水水質(zhì)不穩(wěn)定。3、定時(shí)膜更換使維修和檢驗(yàn)工作量加大，將占有很大生產(chǎn)成本支出。4、清洗藥品用量也很大，而且運(yùn)行一年以后，膜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)機(jī)械性能要求高，假如膜抖動(dòng)不大，極易使膜受到污染，造成堵塞。2、對(duì)泵要求也很高，假如膜水量通量不能到達(dá)足夠大，也易使膜受到污染而堵塞。14/67MSBR歷史1965Blatt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(kāi)始大規(guī)模研究1985日本水再生90計(jì)劃1989日Yamamato一體式MBR15/67三、MSBR形式與特點(diǎn)16/6717/67分置式MBR系統(tǒng)分置式膜生物反應(yīng)器運(yùn)行方式膜組件普通采取加壓方式。生物反應(yīng)器混合液經(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)。18/67分置式膜生物反應(yīng)器運(yùn)行特點(diǎn)分置式特點(diǎn)是運(yùn)行穩(wěn)定可靠，操作管理輕易，易于膜清洗、更換及增設(shè)。膜分離器主要問(wèn)題是膜堵塞和膜費(fèi)用貴。膜堵塞包含通道堵塞和膜面堵塞。前者主要是因?yàn)榛钚晕勰嘀欣w維、雜物等折疊纏繞而引發(fā)，后者則主要是內(nèi)于一些大分子物質(zhì)與無(wú)機(jī)金屬離子反應(yīng)生成凝膠層沉積于膜表面而引發(fā)。膜堵塞會(huì)使有效滲水率下降。采取適當(dāng)方法清洗膜，可使膜通透能力恢復(fù)到新膜90％。膜生物反應(yīng)器主要費(fèi)用為膜清洗、水橫向流動(dòng)過(guò)濾壓力以及濃縮污泥回流。普通條件下為降低污染物在膜表面沉積，由循環(huán)泵提供水流流速都很高，為此動(dòng)力消耗較高。19/67一體式MBR系統(tǒng)20/67一體式膜生物反應(yīng)器運(yùn)行方式：一體式膜生物反應(yīng)器組合工藝是將膜組件置入反應(yīng)器內(nèi)，經(jīng)過(guò)真空泵或其它類型泵抽吸，得到過(guò)濾液。為降低膜面污染，延長(zhǎng)運(yùn)行周期，普通泵抽吸是間斷進(jìn)行。一體式膜生物反應(yīng)器運(yùn)行特點(diǎn)與分置式相比一體式最大特點(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下面，因?yàn)槠貧庑纬杉羟辛臀蓜?dòng)，使固體難于積聚在膜表面，從而降低膜堵塞和能耗。同時(shí)，還能夠經(jīng)過(guò)曝氣形成剪切力和紊動(dòng)來(lái)控制膜表面凝膠層厚度。21/67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）

一體式:通量5-20L/m2/h

壓力4-10mH2O22/67膜與膜組件選擇

現(xiàn)有膜材料可分為有機(jī)膜和無(wú)機(jī)膜兩種。因?yàn)檩^高投資成本限制了無(wú)機(jī)膜在我國(guó)廣泛應(yīng)用，國(guó)內(nèi)MBR普遍采取有機(jī)膜，慣用膜材料為聚乙烯、聚丙烯、聚砜等。分離式MBR通常采取超濾膜組件，截留分子量普通在2—30萬(wàn)。截留分子量越大，初始膜通量越大，但長(zhǎng)久運(yùn)行膜通量未必越大。張洪宇進(jìn)行無(wú)機(jī)膜通量衰減試驗(yàn)表明：0.2μm膜比0.8μm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)覺(jué)：在該試驗(yàn)條件下，膜初始通量衰減主要是因?yàn)闈獠顦O化引發(fā)，膜截留分子量愈小，通量衰減率愈大；膜長(zhǎng)久運(yùn)行通量衰減主要是因?yàn)槟の廴疽l(fā)，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。23/67膜與膜組件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，多采取中空纖維式、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。因?yàn)槟け砻婺z層也起到了過(guò)濾作用，在處理生活污水時(shí)，微濾膜與超濾膜出水水質(zhì)沒(méi)有顯著差異，所以淹沒(méi)式MBR多采取0.1—0.4μm微濾膜。24/6725/6726/6727/67MBR發(fā)展方向(1)擴(kuò)大膜生物反應(yīng)器適用范圍，探求適當(dāng)工作條件和工藝參數(shù)(2)設(shè)法提升超濾膜組件性能，并從膜生物反應(yīng)器構(gòu)型上盡可能為膜穩(wěn)定工作創(chuàng)造條件，主要是為減輕膜堵塞程度，提升膜通量和截留率；(3)降低處理工藝動(dòng)力損耗，使其成為節(jié)能型新工藝。28/67復(fù)合動(dòng)態(tài)生物MBR示意圖29/67氣升循環(huán)分體浸沒(méi)式MBR近年出現(xiàn)氣升循環(huán)分體浸沒(méi)式MBR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)器與膜單元之間循環(huán)無(wú)需循環(huán)泵;膜組件采取浸沒(méi)式,保留了浸沒(méi)式膜生物器低能耗特點(diǎn).該工藝可處理濃度較低化糞池上清液,出水經(jīng)簡(jiǎn)單后處理就可到達(dá)建設(shè)部頒布生活雜用水回用標(biāo)準(zhǔn).30/67旋轉(zhuǎn)切向流強(qiáng)化膜微濾近幾年提出一個(gè)新方法,它把水力旋流器作用原理引入到管式膜微濾中,從而提升了膜通量,降低了膜污染,這種方法特點(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)雜三維流動(dòng).膜管表面粒子在旋轉(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)外流體質(zhì)量交換有效地抑制了膜管表層濃差極化現(xiàn)象.因?yàn)門aylor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)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,預(yù)防了粒子在膜面沉積而形成污染層31/67水力旋流器外形示意圖32/67旋流器膜組件圖33/67兩種MBR滲透通量衰減比較示意圖34/67四、MSBR膜污染與防治35/67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)行清洗曝氣氣泡沖刷方式、壓力反沖洗方式和在線藥洗方式36/67五、MSBR設(shè)計(jì)1.V/A=JS0/NX2.MLSS3.SRT4.HRT5.反洗周期37/6738/6739/672.MLSS膜生物反應(yīng)器一個(gè)主要特征是利用膜分離高度濃縮性可大大提升生物反應(yīng)器污泥濃度，從而增大反應(yīng)器有機(jī)物去除能力。但污泥濃度提升會(huì)增大混合液粘滯度、降低膜通量。依據(jù)膜過(guò)濾凝膠極化模型，當(dāng)過(guò)濾到達(dá)穩(wěn)態(tài)時(shí)，膜界面污泥濃度到達(dá)臨界值而不再改變，即有污泥濃度控制，應(yīng)依據(jù)水質(zhì)水量及膜組件形式而定。普通處理低濃度污水宜控制較低污泥濃度，以盡可能提升膜通量。而處理高濃度污水宜控制較高污泥濃度，以盡可能增大有機(jī)物去除能力。所以，應(yīng)依據(jù)污泥濃度對(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。40/673．生物固體停留時(shí)間(SRT)膜分離會(huì)影響生物性能。Boranzhang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)致對(duì)比，其結(jié)果如表所表示。41/67膜分離延長(zhǎng)了生物反應(yīng)器固體停留時(shí)間，降低了污泥產(chǎn)率，提升了容積硝化及有機(jī)物去除能力。不過(guò)活性污泥相對(duì)活菌數(shù)降低，細(xì)菌比活性降低。較低多糖比也說(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，失活可能性愈大。顯然，從維持生物活性角度出發(fā)，膜生物反應(yīng)器宜控制訂期適量排泥，以提升污泥活性。排泥方式宜采取曝氣池直排混合液至濃縮池方式，以減輕膜負(fù)荷，降低動(dòng)力消耗。42/674．水力停留時(shí)間當(dāng)膜面積一定時(shí)，控制膜生物反應(yīng)器出水流量是膜通量。伴隨膜生物反應(yīng)器運(yùn)行，膜通量穩(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)改變。HRT改變即使使出水水質(zhì)有所波動(dòng)，但COD去除率都在95％以上。這是因?yàn)槠貧獬貎?nèi)污泥濃度較高，有較強(qiáng)抗沖擊負(fù)荷能力；另外，膜及其表面形成凝膠層也可截留大分子有機(jī)物，確保出水水質(zhì)。過(guò)短HRT將會(huì)造成系統(tǒng)內(nèi)溶解性有機(jī)物積累，引發(fā)膜通量下降，所以，膜生物反應(yīng)器內(nèi)HRT控制，應(yīng)盡可能維持系統(tǒng)內(nèi)溶解性有機(jī)物平衡，設(shè)計(jì)時(shí)可考慮曝氣池容積有一定調(diào)整容量。43/675.膜最正確反沖洗周期生物反應(yīng)器內(nèi)形成膜表面凝膠層主要物質(zhì)包含活性污泥混合液中細(xì)菌胞外聚合物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積累、搭橋和堵塞造成阻力。這些阻力都是隨膜使用時(shí)間增加而增加，是影響膜透水率穩(wěn)定性，使膜透水率隨時(shí)間不停下降主要原因，也是膜生物反應(yīng)器研究中主要應(yīng)克服問(wèn)題。反沖洗是減緩超濾和微濾中這兩個(gè)主要阻力有效伎倆。44/67膜反沖洗，即在膜工作了一段時(shí)間后，在膜透出水面施加一個(gè)反沖洗壓力pb，在pb驅(qū)動(dòng)下，清洗水反向穿過(guò)膜，將膜孔中堵塞物洗脫，并使膜表面濾層懸浮起來(lái)，然后被水沖走。反沖洗含有預(yù)防與疏通膜纖維堵塞、減小膜阻力，提升透水率及透水率穩(wěn)定性作用。膜反沖洗可用膜透過(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)行反沖洗有效透水率可用下式表示：45/6746/67

理想反沖洗應(yīng)該是每次沖洗都能夠完全去除膜污染，使膜總保持在最初較高透水率狀態(tài)。但實(shí)際上，反沖洗存在著固有不足，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?jī)艋?，使總透水量下降?/p>

b．反沖洗不能完全去除膜孔中及膜表面污染；

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)給膜反面，即膜透出水面帶來(lái)污染：

d反沖洗不能去除膜化學(xué)污染。所以，過(guò)于頻繁反沖洗在實(shí)際應(yīng)用中是無(wú)須要，也是不利。所以，在MBR系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)找到最正確反沖洗周期，使用最少反沖洗水量來(lái)控制MBR系統(tǒng)運(yùn)行十分主要。47/67最正確反沖洗周期測(cè)定公式推導(dǎo)最正確反沖洗周期定義為：使MBR系統(tǒng)有效透水率最大反沖洗周期，或一個(gè)特定反沖洗周期，其能夠使MBR系統(tǒng)有效透水率取得最大值。分析上式能夠知道，因膜透水率f（t）是—個(gè)時(shí)間單調(diào)遞減函數(shù)，若反沖洗周期tf過(guò)短，將使總透水量降低，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)，膜透水率f（t）會(huì)逐步下降，使系統(tǒng)有效透水率下降，最終使系統(tǒng)有效透水率也變少。這表示tf一定有一個(gè)中間值其能夠使有效透水率最大。48/6749/67

不過(guò)，式中f（t）是一個(gè)未知函數(shù)。其因膜阻力改變而改變，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50/6751/6752/67

能耗能耗是污水處理工藝一個(gè)主要評(píng)價(jià)指標(biāo)，直接關(guān)系處處理方法可行性。當(dāng)前常規(guī)分離式MBR運(yùn)行能耗為3—4kw·h/m3，淹沒(méi)式MBR運(yùn)行能耗為2kw·h/m3，遠(yuǎn)高于活性污泥法0.3-0.4kwh/m3，較高運(yùn)行費(fèi)用是MBR推廣應(yīng)用中碰到主要問(wèn)題。許多研究結(jié)果表明：能耗是造成MBR運(yùn)行費(fèi)用高主要原因。張紹園分析了分離式MBR能耗組成：泵熱能損失、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，其耗能大小依次為：膜組件＞泵＞曝氣＞管道＞回流污泥，膜組件能耗占總能耗40—50％，真中80％用于膜過(guò)濾能量以熱能方式散發(fā)。顧平對(duì)抽吸淹沒(méi)式MBR能耗分析表明：曝氣能耗占總能耗96％以上。通常研究者都認(rèn)為能耗降低與膜污染控制是MBR研究領(lǐng)域兩個(gè)獨(dú)立課題，而張紹國(guó)、鄭祥采取穿流式、錯(cuò)流式膜組件進(jìn)行分離式MBR研究發(fā)覺(jué)：能耗隨運(yùn)行時(shí)間延長(zhǎng)、膜污染增加呈上升趨勢(shì)，從運(yùn)行早期不足0.5kWh/m3增加到3kwh/m3。這說(shuō)明：分離式膜生物反應(yīng)器能耗問(wèn)題實(shí)質(zhì)是膜污染問(wèn)題。為了深入降低能耗，天津大學(xué)應(yīng)用位差驅(qū)動(dòng)出水和低水頭間斷工作重力淹沒(méi)式MBR，很好克服了膜污染與阻塞，使膜長(zhǎng)時(shí)間保持較大膜通量，而且省去復(fù)雜氣水反沖洗設(shè)備、降低曝氣量，使

MBR處理生活污水能耗可下降到1.0kw·h／m3。53/67經(jīng)濟(jì)分析應(yīng)用于中水回用系統(tǒng)MBR工藝（規(guī)模為25－100m3/d）一次性投資為3500－4000元/m3，膜組件費(fèi)用占25％左右，以十年計(jì)設(shè)備折舊成本（土建與設(shè)備材料費(fèi)用，不含膜組件）為0.68－0.83元／m3，膜更換費(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。因?yàn)槟r(jià)格還有相當(dāng)大降價(jià)空間，據(jù)相關(guān)教授估算，在未來(lái)3—5年內(nèi)，膜價(jià)格有望降為當(dāng)前25—50％，那將大大降低MBR一次性投資與膜更換費(fèi)用。伴隨膜價(jià)格降低與使用壽命延長(zhǎng)，新型高效低能耗MBR開(kāi)發(fā)，MBR運(yùn)行總費(fèi)用有望降低到1.5元/m3。以膜生物反應(yīng)器工藝處理費(fèi)用為例得出中水產(chǎn)出效益：中水回用相當(dāng)于節(jié)約等量新鮮水而創(chuàng)造直接經(jīng)濟(jì)效益。以北京市年居民供水價(jià)1.8元／m3計(jì)，而賓館、洗車、洗浴等行業(yè)供水價(jià)為3.0—5.0元／m3，高于普通城市居民自來(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)利益上考慮當(dāng)前對(duì)一些行業(yè)來(lái)說(shuō)也是經(jīng)濟(jì)。在現(xiàn)有自來(lái)水價(jià)偏低情況下，自來(lái)水供水費(fèi)及排污費(fèi)仍有增加趨勢(shì)，所以能夠預(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)愈含有經(jīng)濟(jì)、技術(shù)上競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。54/67六、MSBR應(yīng)用與實(shí)例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）55/67當(dāng)前主要有四家大企業(yè)經(jīng)營(yíng)MBR，它們分別是加拿大Zenon企業(yè)，日本MitsubishiRayon企業(yè)，法國(guó)Suez-LDE/IDI企業(yè)和日本Kubota企業(yè)。Zenon、MitsubishiRayon和Kubota企業(yè)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Zenon企業(yè)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(kāi)發(fā)了淹沒(méi)式中空纖維絲膜組件，此膜組件能夠直接放入曝氣池，也能夠單獨(dú)設(shè)置分離池；采取正壓壓濾和負(fù)壓抽濾相結(jié)合方式，并采取在線過(guò)濾脈沖反沖洗，易降低膜污染。當(dāng)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（HadiHusain，1991）。日本Kubota企業(yè)所生產(chǎn)板式膜含有流通量大，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。56/67國(guó)家污水處理廠膜供給商處理水量（m3/d）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)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BeverwijkVarsseveldPorlockSwanageDaldowieWraxallBuechelMarkranstadtErftverbandMonheimKaarstAvonmoreMinchmaltHeistSchildeHalbenrain

Jerusalem24座9座300余座

150余座

KubotaKubotaKubotaKubotaKubotaKubota

KubotaKubota

ZenonZenon

ZenonZenon

24018000190013000108002909606000150050004000071001720300001400010027050004000<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57/67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。1998年，大連大器企業(yè)設(shè)計(jì)200m3/d中水回用裝置就己在大連投入運(yùn)行；天津德人企業(yè)首先開(kāi)發(fā)了重力淹沒(méi)式MBR，該技術(shù)在年己應(yīng)用于天津普辰大廈中水回用系統(tǒng)，處理規(guī)模為25m3／d，該裝置占地僅2.8m2，處理成本為1.05元／m3；上海荏原企業(yè)研究開(kāi)發(fā)PW系統(tǒng)己成功地應(yīng)用于數(shù)十個(gè)行業(yè)高濃度有機(jī)廢水處理，規(guī)模從5m3／d至700m3／d不等；杭州華濾、哈爾濱鷺濱、上海斯納普等企業(yè)在MBR開(kāi)發(fā)應(yīng)用方面都含有一定競(jìng)爭(zhēng)力。在南方地域，MBR當(dāng)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)重缺水北方地域，MBR主要做為中水回用技術(shù)。

58/67。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混合液)并與傳統(tǒng)活性污泥法與生物接觸氧化法進(jìn)行比較,試驗(yàn)結(jié)果表明用MBR處理造紙廢水經(jīng)過(guò)污泥濃度增加,出水CODCr能夠降低到100mg/L以下(系統(tǒng)水力停留時(shí)間為18h),整個(gè)反應(yīng)器總?cè)コ首罡呖蛇_(dá)90%以上。而與之相正確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)不到試驗(yàn)要求,分別為149.3mg/L和197.3mg/L,這充分說(shuō)明了MBR對(duì)難降解廢水處理效果比活性污泥法和生物接觸氧化法要好得多59/67PW膜－生物反應(yīng)器法處理制藥發(fā)酵廢水

浙江省某生物化工企業(yè)，是一家專門生產(chǎn)醫(yī)用、獸用和農(nóng)用抗生素企業(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)、水量改變較大，且常含有難降解有機(jī)污染物、毒性化合物，這些物質(zhì)存在抑制了廢水處理中一些微生物生長(zhǎng)，從而干擾了廢水處理系統(tǒng)處理效果。所以，制藥發(fā)酵廢水處理存在著相當(dāng)大難度。采取PW膜生物反應(yīng)器處理工藝成功地處理了制藥發(fā)酵廢水達(dá)標(biāo)排放問(wèn)題，60/67廢水設(shè)計(jì)規(guī)模按200m3/d計(jì)算設(shè)計(jì)水質(zhì)水樣名稱CODcr/

(mg·L-1)BOD5/

(mg·L-1)SS/

(mg·L-1)NH3-N/

(mg·L-1)pH排污口水質(zhì)650～8000600～80060～40090～1505～6達(dá)標(biāo)排放水質(zhì)≤100≤20≤70≤156～961/67混合廢水經(jīng)過(guò)格柵，大顆?？沙凉腆w及漂浮物被攔截，進(jìn)入調(diào)整池，經(jīng)調(diào)整水量、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PAC、PAM溶液進(jìn)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。

物化沉淀池分離污泥和PW-W膜生物反應(yīng)器排放少許剩下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。62/67主要構(gòu)筑物及設(shè)備調(diào)整預(yù)曝池調(diào)整預(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)行定時(shí)曝氣以防污泥在池內(nèi)沉淀。調(diào)整池尺寸為8.0m×5.0m×4.0m，有效水深為3.50m。采取鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，池內(nèi)設(shè)WQK15-10-1.5型潛水排污泵2臺(tái)，一用一備。

反應(yīng)沉淀池反應(yīng)沉淀池為組合池體，混凝和絮凝反應(yīng)池HRT分別為20.9min，沉淀池采取豎流式沉淀池，設(shè)計(jì)表面負(fù)荷為q=0.80m3/(m2·h)，組合池體尺寸為4.5m×4.0m×4.2m，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。

PW-W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1.4kg[BOD5]/(m3·d)，尺寸為25.0m×10.0m×4.5m，采取鋼筋混凝土結(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，采取交叉流過(guò)流法，分離液由3臺(tái)（二用一備）丹麥進(jìn)口JPF9T抽吸泵抽吸，H=8.0m、Q=4.2m3/min、N=1.47kW。在PW膜分離單元下部裝有微孔曝氣器，氣源由4臺(tái)TSd-150型鼓風(fēng)機(jī)供給，P=44.1kPa、Qs=18.9m3/min、N=22kW。三用一備。

污泥池污泥池有效容積為33.3m3，尺寸為3.5m×3.5m×4.0m，有效水深3.7m，采取鋼砼結(jié)構(gòu)。

控制系統(tǒng)本廢水處理裝置采取NB2系列可編程序控制器（PLC）控制。設(shè)備運(yùn)行完全經(jīng)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)警功效。

63/67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)項(xiàng)目處理能力/

(m3·d-1)投資/

萬(wàn)元占地

(m2·m-3(水)·d-1)電耗/

(度·m-3)(水)直接運(yùn)行成本/

(元·m-3)(水)運(yùn)行成本/

(元·m-3)(水)指標(biāo)2003522.461.123.654.9864/67運(yùn)行結(jié)果：該廢水處理站經(jīng)過(guò)近1年試運(yùn)行，于年9月12日至13日由環(huán)境保護(hù)監(jiān)測(cè)部門進(jìn)行了連續(xù)采樣監(jiān)測(cè)，廢水采樣點(diǎn)為調(diào)整池、物化沉淀池和PW-W