膜生物反應(yīng)器(MBR)課件

MBR膜生物反應(yīng)器

匯報(bào)人：吳俊康

匯報(bào)時(shí)間：October

ContentMBR簡(jiǎn)介1

MBR原理、類(lèi)型及特點(diǎn)2MBR運(yùn)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(jiǎn)介MBR工藝是膜分離技術(shù)與生物技術(shù)有機(jī)結(jié)合的新型廢水處理技術(shù)，也稱(chēng)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(jī)物截留住，水力停留時(shí)間和污泥停留時(shí)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(jìn)行得更迅速更徹底；另一方面，由于膜的高過(guò)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(guò)膜分離技術(shù)大大強(qiáng)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(qiáng)、出水水質(zhì)穩(wěn)定、占地面積小、剩余污泥量少、便于自動(dòng)控制等優(yōu)點(diǎn)，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(lèi)型及特點(diǎn)2.1原理膜生物反應(yīng)器(英文名稱(chēng)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(lái)代替?zhèn)鹘y(tǒng)生物處理技術(shù)，使反應(yīng)連續(xù)進(jìn)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(lèi)型及特點(diǎn)

2MBR原理、類(lèi)型及特點(diǎn)

2MBR原理、類(lèi)型及特點(diǎn)2.2MBR反應(yīng)器類(lèi)型2.2.1根據(jù)運(yùn)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(guò)膜的推動(dòng)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(shí)要維持污泥回流，因此動(dòng)力消耗較高。浸沒(méi)式（一體式）將膜分離單元置于生化池之內(nèi)。水透過(guò)膜的推動(dòng)力主要靠抽吸泵產(chǎn)生的負(fù)壓來(lái)實(shí)現(xiàn)。依靠曝氣時(shí)空氣泡的攪動(dòng)在膜表面形成交錯(cuò)流，來(lái)實(shí)現(xiàn)膜表面的清潔。浸沒(méi)式膜生物反應(yīng)器（MBR）的能耗遠(yuǎn)較外置式膜生物反應(yīng)器（MBR）低，具有更大優(yōu)勢(shì)，代表了MBR技術(shù)的發(fā)展方向。2MBR原理、類(lèi)型及特點(diǎn)分體式一體式

2MBR原理、類(lèi)型及特點(diǎn)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(jī)膜生物反應(yīng)器無(wú)機(jī)膜生物反應(yīng)器

2MBR原理、類(lèi)型及特點(diǎn)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(lèi)型及特點(diǎn)2.2.5根據(jù)生物膜機(jī)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(lèi)型及特點(diǎn)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(diǎn)的情況，可實(shí)現(xiàn)向生物反應(yīng)器的無(wú)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(lèi)型及特點(diǎn)

2MBR原理、類(lèi)型及特點(diǎn)膜曝氣-生物反應(yīng)器（MABR）特點(diǎn)：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(jī)物去除負(fù)荷高。占地小。適用于活性污泥濃度大，對(duì)供氧要求高的廢水的處理?；ㄙM(fèi)用高，操作復(fù)雜。

2MBR原理、類(lèi)型及特點(diǎn)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(lái)，然后用專(zhuān)性菌對(duì)其進(jìn)行單獨(dú)的生化降解，從而使專(zhuān)性菌不受廢水中離子強(qiáng)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(lèi)型及特點(diǎn)萃取膜生物反應(yīng)器（EMBR）

2MBR原理、類(lèi)型及特點(diǎn)萃取膜生物反應(yīng)器（EMBR）的特點(diǎn)膜萃取-生物反應(yīng)器適用來(lái)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(jī)物，不宜使廢水與微生物直接接觸處理時(shí)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(lèi)型及特點(diǎn)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(jìn)行固液分離，截留的污泥回流至生物反應(yīng)器中，透過(guò)水外排。其按膜組件和和生物反應(yīng)器的相對(duì)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(lèi)型及特點(diǎn)膜分離生物反應(yīng)器（BSMBR）

2MBR原理、類(lèi)型及特點(diǎn)膜分離生物反應(yīng)器（BSMBR）

2MBR原理、類(lèi)型及特點(diǎn)膜分離生物反應(yīng)器（BSMBR）

2MBR原理、類(lèi)型及特點(diǎn)膜分離生物反應(yīng)器（BSMBR）的特點(diǎn)（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(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，占地約為生物處理的1/2。利于世代時(shí)間長(zhǎng)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(dá)26%~60%，節(jié)省了能耗。

2MBR原理、類(lèi)型及特點(diǎn)膜分離生物反應(yīng)器（BSMBR）的特點(diǎn)（與傳統(tǒng)活性污泥相比）可使水力停留時(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)活性污泥法的改造。在MBR中同時(shí)進(jìn)行硝化和反硝化，效果較好，脫氮能力強(qiáng)。剩余污泥量比常規(guī)活性污泥法少50%~80%，利于處理。易于實(shí)現(xiàn)自控。啟動(dòng)快。

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MBR原理、類(lèi)型及特點(diǎn)2.3MBR工藝的特點(diǎn)

2.3.1出水水質(zhì)好在MBR中，降解時(shí)間較長(zhǎng)的可溶性大分子化合物可以被膜截留下來(lái)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(shí)間變長(zhǎng)，從而有利于微生物對(duì)這些化合物的降解；同時(shí)較長(zhǎng)的SRT可以使世代時(shí)間較長(zhǎng)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(jī)物含量較低，且總氮和總磷的含量也遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于傳統(tǒng)活性污泥法。同時(shí)，由于膜單元采用微濾膜或超濾膜，因而不僅對(duì)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(lèi)型及特點(diǎn)2.3MBR工藝的特點(diǎn)

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(shí)實(shí)現(xiàn)較短的HRT(相對(duì)水力停留時(shí)間）和很長(zhǎng)的SRT（污泥停留時(shí)間）。同時(shí)，MBR中由于膜對(duì)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(shí)當(dāng)進(jìn)水中有機(jī)物濃度變化較大時(shí)，有機(jī)負(fù)荷率(單位質(zhì)量的微生物在單位時(shí)間內(nèi)承受的有機(jī)物質(zhì)量)變化不大，系統(tǒng)去除有機(jī)物的效果變化不大。

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MBR原理、類(lèi)型及特點(diǎn)2.3MBR工藝的特點(diǎn)

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(zhǎng)，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(dòng)控制MBR系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，運(yùn)行靈活穩(wěn)定，容易操作和實(shí)現(xiàn)自動(dòng)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(jiǎn)介3.1膜的定義膜從廣義上可以定義為兩相之間的一個(gè)具有選擇透過(guò)性的薄層屏障。膜分離是指在某種推動(dòng)力的作用下，利用膜的透過(guò)性能，達(dá)到分離混合物中離子、分子以及某些微粒的過(guò)程。

與傳統(tǒng)過(guò)濾器的最大不同是，膜可以在離子或分子范圍內(nèi)進(jìn)行分離，并且該過(guò)程是一種物理過(guò)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(jiǎn)介3.2膜的結(jié)構(gòu)與分類(lèi)

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(wú)機(jī)膜、有機(jī)膜

根據(jù)形態(tài)的不同

均質(zhì)膜、非對(duì)稱(chēng)膜

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MBR膜技術(shù)簡(jiǎn)介3.2膜的結(jié)構(gòu)與分類(lèi)

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MBR膜技術(shù)簡(jiǎn)介3.3膜的性能3.3.1膜通量和膜的過(guò)濾方式膜通量：?jiǎn)挝粫r(shí)間單位膜面積上通過(guò)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(dòng)壓力膜表面的水動(dòng)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(jiǎn)介3.3.2膜通量和膜的過(guò)濾方式過(guò)濾方式：全程過(guò)濾：在膜兩邊壓力差的驅(qū)動(dòng)下，溶質(zhì)和溶劑垂直于分離膜方向運(yùn)動(dòng)，溶質(zhì)被膜截留，溶劑通過(guò)膜而被分離。錯(cuò)流過(guò)濾：主體料液與膜表面相切而流動(dòng)，料液中的溶質(zhì)被截留，透過(guò)液垂直于膜面而通過(guò)膜流出。

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MBR膜技術(shù)簡(jiǎn)介3.3.3膜的分離性能參數(shù)

膜過(guò)濾過(guò)程中通常希望膜具有良好的機(jī)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(gè)。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(yùn)行過(guò)程中，隨著流體阻力越來(lái)越大，膜的推動(dòng)力也越來(lái)越大，而膜通量則越來(lái)越小，被截留的分子也越來(lái)越小。

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MBR膜技術(shù)簡(jiǎn)介3.3.4濃差極化與膜污染濃差極化：在膜分離過(guò)程中，料液中的溶劑在壓力驅(qū)動(dòng)下透過(guò)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(kuò)散，形成一個(gè)穩(wěn)定的邊界層，這種現(xiàn)象稱(chēng)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(dòng)力。膜表面沉積層會(huì)改變膜的分離特性可能會(huì)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(jiǎn)介3.3.4濃差極化與膜污染膜污染：由于膜在分離過(guò)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(guò)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(shí)發(fā)生，膜污染的具體內(nèi)容及其防治見(jiàn)第五章。

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MBR膜技術(shù)簡(jiǎn)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(jiǎn)介3.3.5膜組件管式膜組件

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MBR膜技術(shù)簡(jiǎn)介3.3.5膜組件螺旋卷式膜組件

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MBR膜技術(shù)簡(jiǎn)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(jiǎn)介3.3.5膜組件毛細(xì)管式膜組件4MBR運(yùn)行的影響因素4.1影響MBR穩(wěn)定運(yùn)行的生物動(dòng)力學(xué)參數(shù)有機(jī)負(fù)荷：每立方米池容積每日負(fù)擔(dān)的有機(jī)物量污泥負(fù)荷：?jiǎn)挝毁|(zhì)量的活性污泥在單位時(shí)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(jī)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(yùn)行的影響因素4.1影響MBR穩(wěn)定運(yùn)行的生物動(dòng)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(jī)物的去除能力，還對(duì)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(guó)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(qiáng)度足夠大時(shí)（氣水比近似100：1），MLSS由10g/L變化到35g/L時(shí)，MLSS（混合液懸浮固體）與膜通量沒(méi)有明顯的相關(guān)性；但如果降低曝氣強(qiáng)度，MLSS對(duì)膜通量可能產(chǎn)生一定的影響。4MBR運(yùn)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(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(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。對(duì)于一體式MBR，既可用超濾膜，也可使用微濾膜。4MBR運(yùn)行的影響因素4.2膜分離參數(shù)操作方式的優(yōu)化：對(duì)于分體式MBR，為了減緩膜污染，反沖洗是維持MBR穩(wěn)定運(yùn)行的重要操作。對(duì)于一體式MBR，縮短抽吸時(shí)間或延長(zhǎng)停吸時(shí)間和增加曝氣量均有利于減緩膜污染，抽吸時(shí)間對(duì)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(duì)于分體式MBR，可以提高流體的進(jìn)水流速，減少濃差極化，使被截留的溶質(zhì)及時(shí)被帶走。對(duì)于一體式MBR，設(shè)計(jì)合理的流道結(jié)構(gòu)，提高曝氣強(qiáng)度，較大的曝氣量具有沖刷膜表面的錯(cuò)流過(guò)濾效果。

5膜污染及其控制方法5.1膜污染的來(lái)源凝膠層，即濾餅水透過(guò)后被截留下來(lái)的部分活性污泥和膠體物質(zhì)，在濾壓差和透過(guò)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(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，因而會(huì)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/

ε3

（2）料液和污泥的特點(diǎn)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(yùn)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(wú)機(jī)膜，因?yàn)闊o(wú)機(jī)膜如陶瓷、金屬膜等比有機(jī)膜具有更強(qiáng)的抗污染能力，尤其重視動(dòng)態(tài)膜的使用；優(yōu)化系統(tǒng)運(yùn)行的操作條件，針對(duì)不同的MBR的運(yùn)行狀況，測(cè)定出最佳的運(yùn)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(duì)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(lái)的錯(cuò)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(jìn)行反洗可成功去除大部分可逆污染物。空氣反吹：通過(guò)對(duì)幾種不同的過(guò)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(guò)量，與連續(xù)運(yùn)行的工藝相比透過(guò)量提高，說(shuō)明空氣反吹可以緩解膜污染，但對(duì)膜組件的強(qiáng)度要求更高。水力清洗：一種較為簡(jiǎn)單的清洗方法。在前期的清洗中有明顯的效果。錯(cuò)流MBR由于膜組件特定的錯(cuò)流因素，使得水力清洗

成為解決該反應(yīng)器膜污染問(wèn)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(jìn)行清洗，例如堿類(lèi)清洗劑、酸類(lèi)清洗劑和氧化類(lèi)清洗劑，如加入化學(xué)試劑如NaOH、HNO3、NaClO等來(lái)進(jìn)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(dá)