膜生物反应器MBR介绍

膜生物反应器（MBR）介绍膜生物反应器（MBR）是把膜技术与污水处理中的生化反应结合起来的一门新兴技术，也称作膜分离活性污泥法。最早出现在20世纪70年代，目前在世界范围内得到广泛应用。膜生物反应器（MBR）用膜对生化反应池内的含泥污水进行过滤，实现泥水分离。一方面，膜截留了反应池中的微生物，使池中的活性污泥浓度大大增加，达到很高的水平，使降解污染物的生化反应进行得更迅速更彻底，另一方面，由于膜的高过滤精度，保证了出水清澈透明，得到高质量的产水。MBR技术有如下特点和优势：1）膜材质为PVDF，自身抗污染能力强，不易被污染物粘附，易清洗,适于污水处理。2）空隙率高、通量大，远高于其他材质（比如PP或PE）的同类产品。3）膜材质化学性能稳定，抗氧化能力强，可以用酸、碱、氧化剂清洗，清洗后通量可完全恢复。4）出水水质好，出水悬浮物和浊度接近于零，可直接回用。5）由于膜的高效截流作用，微生物完全截流在反应器内，实现了反应器水力停留时间(HRT)和污泥龄(SRT)的完全分离，使运行控制更加灵活稳定。6）反应器内的微生物浓度高达5000～10000mg/L，生化效率高，耐冲击负荷强。7）污泥龄(SRT)长，有利于增殖缓慢的硝化细菌的截流、生长和繁殖，系统硝化效率得以提高。8）反应器在高容积负荷、低污泥负荷、长泥龄条件下运行，剩余污泥排放量少。9）膜分离使污水中的大分子难降解成分在生物反应器内有足够的停留时间，大大提高了难降解有机物的降解效率。10）膜分离使污水中的大分子难降解成分在生物反应器内有足够的停留时间，大大提高了难降解有机物的降解效率。11）系统自动化程度高，采用PLC控制，课实现全程自动化控制。12）模块化设计，结构紧凑，占地面积小，运行费用低廉。膜生物反应器（MBR）的类型根据膜的使用方法不同分为内置式和外置式两种。内置式是将膜直接浸渍于生化反应池中，直接从膜元件中抽出净水，而外置式则是用泵将生物反应池的泥水混合物通过膜组件进行错流过滤循环，得到洁净的透过水。内置式膜反应器由于操作压力低，膜的通量相对较小，膜面积的使用量较大，而外置式膜生物反应器由于是在泵的压力下大流量循环错流过滤，膜的通量较大，使用的膜面积较小，但动力消耗较大。目前,世界上投入运营的膜生物反应器大约有55%是内置式的。我公司生产的PVDF系列帘式膜组件是专门适用于内置式膜生物反应器的膜组件。2.1膜过滤的定义膜分离技术是指用天然或人工合成的高分子薄膜，以外界能量或化学位差为推动力，对双组分或多组分的溶质和溶剂进行分离、分级、提纯和富集的方法。在薄膜的致密过滤层上分布着众多孔径均匀的微孔，正是这些微孔决定了膜的分离性能。根据微孔孔径的不同，可将分离膜分为微滤（MF）、超滤（UF）、纳滤（NF）、反渗透（RO）等膜。FP系列膜组件膜的过滤精度属于微滤膜，其提供一个绝对的相界面，大于膜截留孔径的细菌、胶体和微粒物质等被截留在原水侧与液体分离开来，从而得到较为理想的透过液。2.2膜分离的特性1）分离过程不发生相变化，耗能低。2）分离过程是在流体压力差的作用下，利用膜对被分离组分的尺寸选择性，将膜孔能截留的微粒及大分子溶质截留，而使膜孔不能截留的粒子或小分子溶质透过膜。3）分离过程可以在常温下进行。4）应用范围广，采用系列化不同截留分子量的膜，能将不同分子量溶质的混合液中各组分实行分子量分级。2.3PVDF系列膜组件过滤的精度根据膜微孔选择透过精度的不同，膜过滤过程能够去除液体混合液中被截流的任何颗粒物，PVDF系列膜组件的过滤精度一般为0.1~0.2µm，所以该系列膜组件是固体颗粒、絮状污泥、细菌和隐孢子虫、贾第鞭毛虫等原生寄生虫的绝对屏障。2.4影响膜过滤性能的因素膜技术在实际应用中的一个突出问题是膜表面截留污染物的沉积造成膜通量的衰减，这是一个关系到膜分离技术是否能成功应用的关键问题。1）解决这一问题要从三方面入手：合理的膜前预处理。选择耐污染的膜材料。有一套能保持膜系统稳定运行的装置和运行工艺2）膜材料的选择：膜材质（是否容易吸附）表面荷电性质表面粗糙度（具有双重影响）亲疏水性（亲水性膜受污染物吸附的影响较小）孔径（孔径大，通量大但易被堵塞）3）PVDF优势：由于氟原子电负性大，原子半径小，C－F键短，键能高达500KJ/mol，聚合物具有一定的结晶性，在性质上的突出表现是高热稳定性，熔点170℃，它的热分解温度316℃以上,连续暴露在150℃以下两年内不分解。由于氟原子对称分布，整个分子呈非极性，表面能很低，仅为25mN/m。通常太阳能中对有机物起破坏作用的是可见－紫外光部分，即波长处于700～200nm之间的光子，而C－F链能接近220nm光子所具有的能量，由于太阳光中能量大于220nm的光子所占比例极微，所以氟材料耐光照性好。由于碳链四周被一系列性质稳定的氟原子包围，使其具有很高的化学稳定性，在室温下不被酸、碱和强氧化剂或卤素所腐蚀。PVDF可以溶于强极性溶剂且有很好的可纺性，因此它可以用来纺制中空纤维膜。聚偏氟乙烯（PVDF）由于它耐热性，化学稳定性，耐辐射性和良好的物理机械性能，聚偏氟乙烯膜形成了一类性能优异的分离膜。图1聚偏氟乙烯（PVDF）材料的分子结构2.5膜丝微观结构超滤膜通常采用不对称结构：即由致密的皮层和多孔的支撑层构成，通常支撑层的孔径要比皮层高一个数量级以上。不对称结构有以下优点：a：致密的皮层提高了过滤精度；b：多孔的支撑层降低了过滤的阻力，并且使得穿过皮层的微小杂质被二次截留的几率降低到最小。2.6膜组件的过滤方式FP系列膜组件的过滤驱动动力为负压抽吸。也就是通过产水泵的作用，使组件内部产生负压，而膜组件的外侧在大气压和水体作用下为正压，从而在膜丝孔径的内外侧产生跨膜压差，在跨膜压差的作用下，发生传质过程。2.7膜生物反应器（MBR）的技术术语1)膜（Membrane）表面有一定物理或化学特性的薄的屏障物，它使相邻两个流体相之间构成了不连续区间并影响流体中各组分的透过速度。2）中空纤维膜（HollowFiberMembrane）外型为纤维状、空心的具有自支撑作用的膜。3）非对称膜（AsymmetricMembrane）膜孔结构随孔深度而变化的膜。4）原水(RawWater)指未经过处理的地下水、地表水和海水，在膜法水处理中也包括城市自来水。5）原水参数(FeedWaterParameter)需要处理的污水水质，水量的参数，其中主要包括：污水的来源及主要污染成份，COD,BOD,SS、NH4-N,TP,硬度，碱度，电导等。如果是工业废水，需要考核该工业单位的生产工艺和污水水体内的化学物质组成。原水水量参数包括：平均时污水流量，平均天污水流量，峰值流量，各污水量分布，污水流量变动周期等。6）产水（PermeateWater）正常工作时透过滤膜的那部分水。7）通量(Flux)通常是指单位时间内单位膜面积透过膜的液体量，单位一般为L/m2·h.。8）产水量（Permeate）在规定的运行条件下，膜元件、组件或装置单位时间内所生产的产品水的量。9）跨膜压差(Trans-membranePressure)跨膜压差简称TMP，被定义为驱动水透过膜所需的压力，为进水侧压力和过滤液侧压力的差值。即膜两侧压力差值。TMP=膜丝外侧压力（kPa）－膜丝内侧压力(kPa)10）膜污染（MembraneFouling）膜污染是指料液中的微粒、胶体粒子、溶质分子或细菌由于与膜之间存在物理化学作用而在膜表面及膜孔中沉积或滋生使膜孔堵塞或变小,导致过膜阻力增大,膜的透过通量下降的现象。广义的膜污染不仅包括由于不可逆的吸附、堵塞引起的污染(不可逆污染)，而且包括由于可逆的浓差极化导致凝胶层的形成(可逆污染)，二者共同造成运行过程中膜通量的衰减。影响膜污染的因素很多，比如溶质大小、菌类的滋生、膜结构、膜的物理特性、膜-溶质-溶剂之间的相互作用(包括静电作用力、范德华力、溶剂化作用、空间立体作用)。11）反洗（Backwash）与过滤过程的水流方向相反，从中空纤维膜丝的产水侧把等于或优于透过液质量的水输向进水侧。因为水被从反方向透过中空纤维膜丝，从而松懈并冲走了膜外表面在过滤过程中形成的污物。12）气、水清洗(AirandWaterScrubbing)通过连续曝气冲刷MBR的膜组件，从而在膜四周围形成水流和气泡的湍流，通过膜丝抖动和膜丝之间的相互摩擦使得沉积在膜表面的污染物脱落。13）气－水比（Airandwaterratio）：对于MBR工艺特指单位时间内用于抖动冲涮膜丝的曝气量和膜丝产水量之比。此部分曝气也能供给生化反应的溶解氧，对于MOTIMO的FP系列帘式膜组件，推荐气水比为15～20:1（体积比）。合理选择气水比是保持MBR膜组件正常工作的一个重要参数，在操作过程中，气水比可以根据活性污泥性状、膜丝产水量变化和跨膜压差得变化来调节，同时也需要保持反应器中流体的有效循环。14）化学清洗（ChemicalWash）就是使用化学药剂对组件或系统进行清洗以此达到恢复膜过滤性能的清洗方法。化学清洗有两种方法，一种是用于常规清除膜轻度污染的的在线化学增强反洗，另一种是脱机化学浸泡清洗。15）化学增强反洗（ChemicallyEnhancedBckwash）化学增强反洗是指膜组件在膜生物反应池内的状态下，从产水管把选用的化学清洗药剂反向流到中空纤维膜内部，并通过膜微孔渗透到原水侧。此过程可有效的杀灭膜内外表面的细菌并分解附着在膜表面上的有机物，恢复膜通量。16）离线化学浸泡清洗（OfflineChemicalSoakingWash）离线化学浸泡清洗主要是在化学增强反洗效果不能达到预期的清洗效果时采用此方法。就是把膜单元吊出MBR膜池，放到准备好的化学清洗池内浸泡并曝气清洗。浸泡化学清洗可以选择相对较高药剂浓度进行，因此可以达到理想的清洗效果，彻底清除污染物，恢复膜通量。