膜生物反应器讲义

膜生物反应器（MembraneBioreactor）主要内容MBR原理1MBR类型2MBR的经济技术分析4MBR工艺设计5MBR应用6MBR运行的影响因素3一、MBR的原理膜生物反应器(英文名称为MembraneBioreactor，缩写为MBR)。MBR将生物反应器和膜分离过程相结合的一种新型工艺，其最大的特点就是采用膜组件代替传统生物处理中的二沉池。污水中的污染物首先在生物反应器中进行生物降解，同时生物反应器内的混合液在膜两侧压力差的作用下，水和小于膜孔径的小分子溶质透过膜，即为处理后出水。微生物及大分子溶质被膜截留，从而替代沉淀池完成其与处理出水的分离过程。一、MBR的原理一、MBR的原理和特点一、MBR原理1、出水水质好在MBR中，降解时间较长的可溶性大分子化合物可以被膜截留下来并与污泥一起返回到生物反应器中，使这些化合物在生物反应器中的停留时间变长，从而有利于微生物对这些化合物的降解；同时较长的SRT可以使世代时间较长的硝化细菌能够在生物反应器中积累，提高了硝化效果。因此MBR出水有机物含量较低，且总氮和总磷的含量也远远低于传统活性污泥法。同时，由于膜单元采用微滤膜或超滤膜，因而不仅对水中悬浮物截留率高，而且可以去除细菌。MBR特点：一、MBR原理2、工艺参数易于控制在MBR中，用膜组件代替二沉池，可以同时实现较短的HRT和很长的SRT。同时，MBR中由于膜对污泥的截留，可以在很大程度上消除污泥膨胀现象。3、耐冲击负荷MBR中生物反应器中的微生物浓度比普通生物反应器高得多，装置处理容积负荷大，同时当进水中有机物浓度变化较大时，有机负荷率(单位质量的微生物在单位时间内承受的有机物质量)变化不大，系统去除有机物的效果变化不大MBR特点：一、MBR原理4、污泥产生量少生物反应器中的污泥浓度很高，因此污泥负荷F/M较低，污泥产量很低。5、易于自动控制MBR系统结构简单，运行灵活稳定，容易操作和实现自动化。但MBR也存在缺点：由于存在膜污染，需要定期反冲洗和化学清洗；膜需要定期更换；能耗较一般生化处理方法要高。MBR特点：二、MBR工艺类型优点：(1)膜组件与生物反应器之间的相互影响小(2)单位面积膜的水通量大(3)运行稳定可靠，操作管理容易(4)易于膜的清冼、更换和增设缺点：(1)为减少污染物在膜表面的沉积，需要较高的膜面流速，因而配置的超滤循环泵需要较高的流量，能耗很高，一般为6～8Kw∙h/m3(2)循环泵内的高剪切力会引起生物絮体的破坏，导致生物活性的降低二、MBR工艺类型优点：(1)体积小，整体性强。膜组件直接置于生物反应器中，大大减少了占地面积(2)运行动力费用低。膜表面的错流是靠空气搅动产生的，混合液随气流向上流动，在膜表面产生剪切应力，在这种剪切应力的作用下，沉积在膜表面的颗粒容易脱离膜表面，因此不需要功率较大的循环泵缺点：(1)需要定期将膜组件取出生物反应器进行化学清洗，因而管理方面上不及分置式；(2)出水不连续；(3)单位膜面积膜的产水量较低，一般仅为5-10L/m2∙h。二、MBR工艺类型MBR处理系统实景照片二、MBR工艺类型MBR处理系统实景照片二、MBR工艺类型MBR系统中所用的膜三、MBR运行的影响因素有机负荷：在好氧MBR中，污泥浓度随容积负荷的增加迅速升高，有机物去除速率加快，污泥负荷基本保持不变，从而抑制出水水质的恶化；而在厌氧MBR中，污泥浓度升高缓慢，污泥负荷与容积负荷几乎呈正相关关系，因此厌氧MBR出水水质易受容积负荷的影响。1、影响MBR稳定运行的生物动力学参数三、MBR运行的影响因素污泥浓度：污泥浓度是MBR系统的重要参数，不仅影响有机物的去除能力，还对膜通量产生影响。研究成果表明：一定条件下污泥浓度越高，膜通量愈低。但国内学者在一体式MBR处理生活污水的研究却发现：当曝气强度足够大时（气水比近似100：1），MLSS由10g／L变化到35g/L时，MLSS与膜通量没有明显的相关性；但如果降低曝气强度，MLSS对膜通量可能产生一定的影响。1、影响MBR稳定运行的生物动力学参数三、MBR运行的影响因素膜的选择：膜材料分为有机膜和无机膜两种。由于较高的投资成本限制了无机膜在我国的广泛应用，国内MBR普遍采用有机膜，常用的膜材料为聚乙烯、聚丙烯等。分离式MBR通常采用超滤膜组件，截留分子量一般在2～30万。截留分子量越大，初始膜通量越大，但长期运行膜通量未必越大。对于一体式MBR，既可用超滤膜，也可使用微滤膜。2、膜分离参数三、MBR运行的影响因素操作方式的优化：对于分体式MBR，为了减缓膜污染，反冲洗是维持MBR稳定运行的重要操作。对于一体式MBR，缩短抽吸时间或延长停吸时间和增加曝气量均有利于减缓膜污染，抽吸时间对膜阻力的上升影响最大，曝气量其次。水力学特性的改善：对于分体式MBR，可以提高流体的进水流速，减少浓差极化，使被截留的溶质及时被带走。对于一体式MBR，设计合理的流道结构，提高曝气强度，使较大的曝气量起到了冲刷膜表面的错流过滤效果显得尤为重要。2、膜分离参数四、MBR技术经济分析对MBR和传统生物处理方法（以生物接触氧化为例）进行技术经济比较：1、锋尚国际公寓中水处理工程：原水为洗浴废水，水量240m3/d，采用一体式MBR工艺，采用日本三菱公司生产的中空纤维膜，要求处理出水达到回用标准。2、阳光100国际公寓中水处理工程：原水为洗浴废水，水量240m3/d，采用碧水源公司生产的pwbx-240一体式中水接触氧化设备一套，要求处理出水达到回用标准。四、MBR技术经济分析锋尚国际公寓膜生物反应器出水水质明显优质稳定，平均出水COD为17.25mg/l,平均去除率91％。虽然原水COD变化较大，出水水质均能保持在45mg/l以下。阳光100生物接触氧化工艺出水虽然也能满足中水标准，但平均出水COD较高，为36mg/l，平均COD去除率75％并且变化较大，出水明显受原水水质状况的影响。四、MBR技术经济分析LAS是洗浴废水中主要的污染成分，对LAS去除的效果是中水处理工艺优劣的重要指标。从监测结果看，锋尚国际公寓膜生物反应器出水LAS始终低与0.25mg/l，平均0.16mg/l，平均去除率97.5%，远优于阳光100的接触氧化工艺（平均出水LAS0.9mg/l）。四、MBR技术经济分析膜生物反应器对氨氮有很好的去除效果，出水平均氨氮为0.75mg/L，去除率达95％，接触氧化法工艺氨氮去除效果较差，出水氨氮平均5.75mg/l，去除率44％。由于膜分离对硝化细菌的高效截留作用，生物反应器内可以维持高浓度的硝化细菌，因此可以获得非常高的硝化效果，氨氮去除率可以达到95%以上。四、MBR技术经济分析项目锋尚国际公寓（MBR）阳光100国际公寓（生物接触氧化）处理能力（m3/d）240240土建投资（万元）2526设备投资（万元）4532工程总投资（万元）6758吨水投资（元）27922417总占地面积（m2）110170膜生物反应器投资明显高于生物接触氧化工艺，吨水投资约高出16％以上，主要是设备投资明显增大，前者要比后者设备投资高出40％。但从设备占地面积看，前者只有后者的一半。如果将占地所产生的成本折算，应可抵消膜生物反应器的设备投资增加部分，因此从投资经济性来看，两种工艺应基本相当。四、MBR技术经济分析项目锋尚国际公寓（MBR）阳光100国际公寓（生物接触氧化）日耗电费93.6156日药剂费8.59.6日人员管理费3030日维护费(1年平均)2025直接吨水运行费0.630.91设备折旧(吨水折旧)0.510.45吨水运行成本1.141.37四、MBR技术经济分析大连香格里拉大饭店中水回用工程运行费用项目定额单价运行费用(元/m3)电费0.95kW·h/m30.6元/(kW·h)0.57折旧费1.052消毒剂3g/m312元/kg0.036营养剂3.5g/m32元/kg0.007运行成本1.665五、MBR工艺设计反应器主体膜材料与组件附属装置与系统预处理系统污泥处理设施自控系统MBR五、MBR工艺设计1、工艺路线的选择生活污水针对生活污水的推荐工艺流程五、MBR工艺设计工业废水针对工业废水有机物去除为主的推荐工艺流程五、MBR工艺设计工业废水针对工业废水氨氮去除为主的推荐工艺流程五、MBR工艺设计2、膜池的设计（1）（2）五、MBR工艺设计3、膜元件的选择五、MBR工艺设计4、MBR产水系统五、MBR工艺设计5、MBR反洗气洗系统空气五、MBR工艺设计6、化学清洗系统五、MBR工艺设计五、MBR工艺设计7、自动控制系统五、MBR工艺设计好氧膜-生物反应器处理城市和工业废水一些参数项目城市污水工业污水进水COD(mg/L)44.2~8001333~68000COD去除率(%)90~9890~99.8污泥浓度(g/L)10~20,最高5020容积负荷（kgCOD/(m3•d))1.2~5.780.25~16污泥负荷(kgCOD/(kgVSS•d))0.03~0.550.012~2.72污泥产率(kgMLSS/kgCOD)0~0.340.05~0.35水力停留时间(h)2~2414~389污泥龄(d)5~∝6.2~600传统活性污泥法：容积负荷：0.6~1.8kgCOD/(m3•d)污泥负荷：0.4~0.8kgCOD/(kgVSS•d)污泥龄：5～15d六、MBR应用六、MBR应用1、北小河再生水厂（6万吨/日）曝气池膜处理车间六、MBR应用原水出水晶莹剔透，杂质比自来水还少1、北小河再生水厂（6万吨/日）六、MBR应用2、密云再生水厂（4.5万吨/日）MBR反应器出水水质六、MBR应用3、中关村科技园区软件园培训中心污水处理工程六、MBR应用4、沈阳统一集团食品废水处理六、MBR应用5、金威啤酒有限公司污水处理厂六、MBR应用6、石化污水处理中石化洛阳分公司PTA污水处理与回用工程，5000吨/日中石化巴陵分公司己内酰胺污水处理项，7200吨/日六、MBR应用7、天津富强集团公司污水处理工程染料废水有机物组分复杂、浓度高、难降解物质多、色度高和毒性大，采用传统处理方法，效果不理想。常用染料主要以芳烃和杂环化合物为母体，并带有显色基团及极性基团，染料结构日趋复杂，染色性能固然越来越稳定，但给印染废水的处理带来了更大的困难，尤其是带有乙烯砜基的活性染料更是生物难降解染料。膜生物反应器作为一种高效水处理技术，在难降解废水处理方面体现出了相当的优越性．在印染废水处理领域具有重要的研究和应用价值。天津富强集团公司印染废水处理工程5000吨/日吨水运行费用为1.41元/吨。六、MBR应用8、河南华兰生物工程有限公司制药废水MBR处理工程废水量：300m3／d膜组件：SMBR150型膜元件500片，总膜面积750米2，装配成10个膜组件。水质情况：进水BOD2000mg／L，出水达二级排放水标准。效果：达标排放。六、MBR应用9、御桥垃圾焚烧厂渗滤液处理厂日处理渗滤液300吨采用MBR＋碟管式反渗透的工艺六、MBR应用10、其它六、MBR应用我国人均水资源拥有量仅为2250m3/人.年，不足世界平均水平的1／4。在我国600多个城市中，有300余座城市缺水。华北地区人均水资源低于全国人均水平的1／5，这一地区的所有城市几乎都面临缺水问题。膜生物反应器技术以其优质的出水水质被认为是具有较好经济、社会和环境效益的节水技术而倍受关注。尽管还存在较高的运行费用问题，但随着膜制造技术的进步，膜质量的提高和膜制造成本的降低，MBR的投资也会随之降低。六、MBR应用另一方面，各种新型膜生物反应器的开发也使其运行费用大大降低，如在低压下运行的重力淹没式MBR、厌氧MBR等与传统的好氧加压膜生物反应器相比，其运行费用大幅度下降。因此，从长远的观点来看，膜生物反应器在水处理中应用范围必将越来越广。在水环境标准日益严格的今天，MBR已显示出其巨大的发展潜力，将是新世纪替代传统废水处理技术的有力竞争者。六、MBR应用以下领域被认为是MBR应用最有前途的领域：现有污水处理厂的升级改造无排水管