MBR工艺全面介绍(原理、流程、应用等)精讲

MBR工艺讲座大纲第一章MBR工艺简介第二章MBR工艺用膜、膜组件第三章MBR系统设计第四章MBR案例介绍第一章.MBR工艺简介MBR工艺分类1.2MBR含义及其工作原理1.1MBR工艺优越性1.3MBR工艺的不足1.4MBR发展历史1.5MBR发展前瞻1.6第一章.MBR工艺简介MBR为膜生物反应器（MembraneBio-Reactor）的简称,是一种将膜分离技术与生物技术有机结合的新型水处理技术，它利用膜分离设备将生化反应池中的活性污泥和大分子有机物截留住，省掉二沉池。膜-生物反应器工艺通过膜的分离技术大大强化了生物反应器的功能，使活性污泥浓度大大提高，其水力停留时间（HRT）和污泥停留时间（SRT）可以分别控制。1.1MBR含义及其工作原理定义第一章.MBR工艺简介传统活性污泥法流程MBR法流程1.1MBR含义及其工作原理第一章.MBR工艺简介1.1MBR含义及其工作原理在传统的污水生物处理技术中，泥水分离是在二沉池中靠重力作用完成的，其分离效率依赖于活性污泥的沉降性能，沉降性越好，泥水分离效率越高。而污泥的沉降性取决于曝气池的运行状况，改善污泥沉降性必须严格控制曝气池的操作条件，这限制了该方法的适用范围。由于二沉池固液分离的要求，曝气池的污泥不能维持较高浓度，一般在1.5~3.5g/L左右，从而限制了生化反应速率。水力停留时间（HRT）与污泥龄（SRT）相互依赖，提高容积负荷与降低污泥负荷往往形成矛盾。系统在运行过程中还产生了大量的剩余污泥，其处置费用占污水处理厂运行费用的25%～40%。传统活性污泥处理系统还容易出现污泥膨胀现象，出水中含有悬浮固体，出水水质恶化。第一章.MBR工艺简介1.1MBR含义及其工作原理MBR工艺通过将分离工程中的膜分离技术与传统废水生物处理技术有机结合，不仅省去了二沉池的建设，而且大大提高了固液分离效率，并且由于曝气池中活性污泥浓度的增大和污泥中特效菌(特别是优势菌群)的出现，提高了生化反应速率。同时，通过降低F/M比减少剩余污泥产生量（甚至为零），从而基本解决了传统活性污泥法存在的许多突出问题。第一章.MBR工艺简介1.2MBR工艺分类分类依据种类膜组件与生物反应器组合方式分置式、一体式、（一体）复合式膜组件管式、板框式、中空纤维式等膜材料有机膜、无机膜压力驱动形式外压式、抽吸式生物反应器好氧、厌氧曝气生物反应器、萃取膜生物反应器、膜分离生物反应器第一章.MBR工艺简介膜组件和生物反应器分开设置。生物反应器中的混合液经循环泵增压后打至膜组件的过滤端，在压力作用下混合液中的液体透过膜，成为系统处理水。膜组件置于生物反应器内部，进水进入膜-生物反应器，其中的大部分污染物被混合液中的活性污泥去除，再在负压作用下由膜过滤出水。分置式一体式复合式形式上也属于一体式膜-生物反应器，所不同的是在生物反应器内加装填料，从而形成复合式膜-生物反应器，改变了反应器的某些性状。1.2MBR工艺分类第一章.MBR工艺简介1、高效的固液分离，出水水质优质稳定。2、剩余污泥产量少。MBR的优势3、占地面积小，无需二沉池，工艺设备集中。4、可去除氨氮及难降解有机物。5、克服了传统活性污泥法易发生污泥膨胀的弊端。6、操作管理方便，易于实现自动控制。1.3MBR工艺优越性第一章.MBR工艺简介1.4MBR工艺的不足1、投资大：膜组件的造价高，导致工程的投资比常规处理方法增加约30％－50％。MBR的不足2、能耗高：泥水分离的膜驱动压力;高强度曝气；为减轻膜污染需增大流速。3、膜污染清洗。4、膜的寿命及更换，导致运行成本高。膜组件一般使用寿命在5年左右，到期需更换。第一章.MBR工艺简介1.5MBR发展历史历史第一阶段(1966年～1980年)1966年，美国的Dorroliver公司首先将MBR用于废水处理研究1968年，Smith等人在活性污泥法工艺中用超滤取代二次池。20世纪70年代，膜生物反应器工艺首次进入日本市场。第二阶段(1980年～1995年)1989年日本政府政府联合许多大公司共同投资研发。90年代Kubota公司研制了平板式浸没MBR。在80年代末到90年代初，Zenon环境公司研制成功了两个注册产品。Zenon环境公司商业化的产品系统——ZenonGem在1982年进入市场。第三阶段(1995年至今)20世纪90年代中后期。越来越多的欧洲国家将MBR用于生活污水和工业废水的处理。目前主要有四家大公司经营MBR，它们分别是加拿大Zenon公司，13本MitsubishiRayon公司，法国Suez．LDE/IDI公司和日本Kubota公司。第一章.MBR工艺简介1.6MBR发展前瞻应用领域1.现有城市污水处理厂的更新升级。2.无排水管网系统地区的污水处理，如居民点、旅游度假区、风景区等。3.有污水回用需求的地区或场所，如宾馆、洗车业、客机、流动厕所等。4.高浓度、有毒、难降解工业废水处理。如造纸、制糖、皮革等行业5.垃圾填埋厂渗滤液的处理及回用6.小规模污水厂（站）的应用。第一章.MBR工艺简介1.6MBR发展前瞻研究重点1、膜污染的机理及防治。2、MBR工艺流程形式及运行条件的优化.3、MBR工艺经济性研究。4、以节能、处理特殊水质对象开发新型的膜生物反应器。5、成熟、系统MBR的工艺设计方法。6、形形色色的生物反应器MBR膜组件2.2MBR用膜介绍2.1常见MBR膜组件介绍2.3第二章.MBR工艺用膜、膜组件不足：运行过程易污染、强度低、使用寿命短优点：成本相对较低，造价便宜，膜的制造工艺较为成熟，膜孔径和形式也较为多样，应用广泛.材质：聚烯烃类、聚乙烯类、聚丙烯腈、聚砜类、芳香族聚酰胺、含氟聚合物等高分子有机膜材料2.1MBR用膜介绍不足：造价昂贵、不耐碱、弹性小、膜的加工制备有一定困难优点（陶瓷膜为例）：耐酸、抗压、抗温，其通量高、能耗相对较低材质：金属、金属氧化物、陶瓷、多孔玻璃、沸石、无机高分子材料等无机膜第二章.MBR工艺用膜、膜组件MBR工艺中用膜一般为微滤膜（MF）和超滤膜（UF），大都采用0.1～0.4μm膜孔径第二章.MBR工艺用膜、膜组件微滤常用的聚合物材料有：聚碳酸酯、纤维素酯、聚偏二氟乙烯、聚砜、聚四氟乙烯、聚氯乙烯、聚醚酰亚胺、聚丙烯、聚醚醚酮、聚酰胺等.超滤常用聚合物材料有：聚砜(PS)、聚醚砜(PES)、聚酰胺、聚丙烯腈（PAN）、聚偏氟乙烯、纤维素酯、聚醚醚酮、聚亚酰胺、聚醚酰胺等.2.1MBR用膜介绍目前MBR膜组件中使用量较大的只有聚偏二氟乙烯（PVDF）、聚乙烯（PE）和聚丙稀（PP）。其中聚偏二氟乙烯（PVDF）由于其优良的物理和化学性能（强度和耐腐蚀性）在国内和国外用量均最大。第二章.MBR工艺用膜、膜组件海绵状支撑层致密表皮层PVDF(聚偏氟乙烯)材质中空纤维膜，PVDF是一种氟化聚合物，具有300万～400万的分子量，有很强的物理强度和化学稳定性.膜表面放大照片膜横断面放大照片2.1MBR用膜介绍第二章.MBR工艺用膜、膜组件2.1MBR用膜介绍陶瓷膜主要是A12O3，Zr02，Ti02和Si02等无机材料制备的多孔膜，其孔径为0.1－50μm。具有化学稳定性好，能耐酸、耐碱、耐有机溶剂:机械强度大，可反向冲洗:抗微生物能力强:耐高温:孔径分布窄，分离效率高等特点。陶瓷膜与同类的有机高分子膜相比具有许多优点：它坚硬、承受力强、耐用、不易阻寨，对具有化学侵害性液体和高温清洁液有更强的抵抗能力，其主要缺点就是价格昂贵目，制造过程复杂。2.2MBR膜组件第二章.MBR工艺用膜、膜组件中空纤维具有高压下不变形的强度，勿需支撑材料。把大量(多达几十万根)中空纤维膜装入圆筒型耐压容器内。纤维束的开口端用环氧树脂铸成管板。外径一般为40～250μm，内径为25～42μm。在MBR中，常把组件直接放入反应器中，不需耐压容器，构成浸没式膜-生物反应器。一般为外压式膜组件。优点：装填密度高，一般可达16000－30000m2/m3；造价相对较低；寿命较长；可以采用物化性能稳定，透水率低的尼龙中空纤维膜；膜耐压性能好，不需要支撑材料。缺点：对堵塞敏感，污染和浓差极化对膜的分离性能有很大影响,压力降较大；再生清洗困难；原料的前处理成本高。2.2MBR膜组件第二章.MBR工艺用膜、膜组件板框式是MBR工艺最早应用的一种膜组件形式，外形类似于普通的板框式压滤机。优点：优点是：制造组装简单，操作方便，易于维护、清洗、更换。缺点：密封较复杂，压力损失大，装填密度小。第二章.MBR工艺用膜、膜组件由膜和膜的支撑体构成，有内压型和外压型两种运行方式。实际中多采用内压型，即进水从管内流入，渗透液从管外流出。膜直径在6~24mm之间。管状膜被放在一个多孔的不锈钢、陶瓷或塑料管内，每个膜器中膜管数目一般为4－18根。管状膜目前主要有烧结聚乙烯微孔滤膜、陶瓷膜、多孔石墨管等，价格较高，但耐污染且易清洗。尤其对高温介质适用。优点：料液可以控制湍流流动，不易堵塞，易清洗，压力损失小。缺点：装填密度小，一般低于300m2/m3。2.2MBR膜组件第二章.MBR工艺用膜、膜组件主要部件为多孔支撑材料，两侧是膜，三边密封，开放边与一根多孔的中心产品水收集管密封连接，在膜袋外部的原水侧垫一层网眼型间隔材料，把膜袋－隔网依次迭合，绕中心集水管紧密地卷起来，形成一个膜卷，装进圆柱形压力容器内，就制成了一个螺旋卷式膜组件。优点：膜的装填密度高；膜支撑结构简单；浓差极化小；容易调整膜面流态。缺点：中心管处易泄漏；膜与支撑材料的粘结处膜易破裂而泄漏；膜的安装和更换困难。2.2MBR膜组件第二章.MBR工艺用膜、膜组件名称/项目中空纤维式毛细管式螺旋卷式平板式圆管式价格（元/m3）40~150150~800250~800800~2500400~1500充填密度高中中低低清洗难易中易易压力降高中中中低可否高压操作可否可较难较难膜形式限制有有无无无2.2MBR膜组件各种膜组件特性表第二章.MBR工艺用膜、膜组件2.2MBR膜组件中空纤维膜组件板式膜组件中空纤维膜膜丝柔性,可反冲洗支撑板式平板膜:膜片为刚性,不可反冲洗独立的清洗独立的清洗填充密度160m²/m³填充密度80m²/m³典型膜通量：15L/m²h典型膜通量：20L/m²h缠绕式纤维物质，污泥堵塞,卡在纤维间，无法通过反冲去除。沟槽式,低填充密度，堆积在板间，始于板固定处，没有反冲洗化学清洗。化学及机械清洗。中空纤维膜组件和板式膜组件的比较第二章.MBR工艺用膜、膜组件以MitsubishiRayon(Japan)公司为代表，它具有膜面积大，易于安装，清洗方便等特点2.3三种常见的MBR膜组件A.中空纤维帘状浸入式膜组件第二章.MBR工艺用膜、膜组件以GE的Zenon公司为代表，它具有膜面积大，占地面积小等特点。2.3三种常见的MBR膜组件B.中空纤维柱状浸入式膜组件第二章.MBR工艺用膜、膜组件以Kubota公司为代表，具有膜通量大，易于组装，清洗方便等特点。2.3三种常见的MBR膜组件C.平板型帘状浸入式膜组件第三章.MBR系统设计MBR工艺组成3.2MBR设计需求信息3.1MBR工艺路线选择3.3膜池的设计3.4膜元件的选择与安装3.5MBR产水系统3.6MBR反洗系统3.8MBR曝气系统3.7MBR化学清洗系统3.9MBR自动控制系统3.10其他系统3.11第三章.MBR系统设计3.1MBR设计需求信息废水水质最少的水质条件包括：BOD、COD；TSS、VSS；N、P、Alk；T。现场条件包括：咨询报告、场地限制、特殊地貌；如果是改造项目，则还需要工厂平面图、池子和渠道的尺寸，运行历史数据等。处理量和水力负荷该信息对工艺配置和处理工艺的选择具有决定意义。出水水质要求或出水用途，该要求影响处理工艺流程的选择。MBR设计信息需求表第三章.MBR系统设计3.2MBR工艺组成1、预处理——细格栅，要求≦2mm，推荐≦1mm。圆孔和网格型2、生化工艺部分3、膜过滤部分4、剩余污泥处理部分。以ZW-MBR为例预处理格栅—GE要求，初沉池、沉砂池—设计方