MBR工藝知識解讀（二）

如何進行水處理？

衡美水處理為您介紹一種經久耐用、性能優越的水處理設備——MBR，并向您介紹MBR工藝知識。

四、工藝用膜

膜可以由很多種材料制備，可以是液相、固相甚至是氣相的。目前使用的分離膜絕大多數是固相膜。根據孔徑不同可分為：微濾膜、超濾膜、納濾膜和反滲透膜；根據材料不同，可分為無機膜和有機膜，無機膜主要是微濾級別膜。膜可以是均質或非均質的，可以是荷電的或電中性的。廣泛用于廢水處理的膜主要是由有機高分子材料制備的固相非對稱膜。

膜的分類依據及分類：

1、膜材質

（1）高分子有機膜材料：聚烯烴類、聚乙烯類、聚丙烯腈、聚砜類、芳香族聚酰胺、含氟聚合物等。

有機膜成本相對較低，造價便宜，膜的制造工藝較為成熟，膜孔徑和形式也較為多樣，應用廣泛，但運行過程易污染、強度低、使用壽命短。

（2）無機膜：是固態膜的一種，是由無機材料，如金屬、金屬氧化物、陶瓷、多孔玻璃、沸石、無機高分子材料等制成的半透膜。

目前在MBR中使用的無機膜多為陶瓷膜。優點是：它可以在pH=0~14、壓力P<10MPa、溫度<350 ℃的環境中使用，其通量高、能耗相對較低，在高濃度工業廢水處理中具有很大競爭力；缺點是：造價昂貴、不耐堿、彈性小、膜的加工制備有困難。

2、膜孔徑

MBR 工藝中用膜一般為微濾膜（MF）和超濾膜（UF），大都采用0.1～0.4μm膜孔徑，這對于固液分離型的膜反應器來說已經足夠。

微濾膜常用的聚合物材料有：聚碳酸酯、纖維素酯、聚偏二氟乙烯、聚砜、聚四氟乙烯、聚氯乙烯、聚醚酰亞胺、聚丙烯、聚醚醚酮、聚酰胺等。

超濾常用聚合物材料有：聚砜、聚醚砜（PES）、聚酰胺、聚丙烯腈（PAN）、聚偏氟乙烯、纖維素酯、聚醚醚酮、聚亞酰胺、聚醚酰胺等。

3、膜組件

為了便于工業化生產和安裝，提高膜的工作效率，通常將膜以某種形式組裝在一個基本單元設備內，在驅動力下，完成混合液中各組分的分離，這類裝置稱為膜組件（Module）。

工業上常用的膜組件形式有五種：

板框式、螺旋卷式、圓管式、中空纖維式和毛細管式。前兩種使用平板膜，后三者使用管式膜。圓管式膜直徑>10mm；毛細管式0.5~10.0mm；中空纖維式<0.5mm。

附：各種膜組件特性

MBR 工藝中常用的膜組件形式有：板框式、圓管式、中空纖維式。

（1）板框式

MBR工藝開始應用的一種膜組件形式，外形類似于普通的板框式壓濾機。

優點：制造組裝簡單，操作方便，易于維護、清洗、更換。

缺點：密封較復雜，壓力損失大，裝填密度小。

（2）圓管式

由膜和膜的支撐體構成，有內壓型和外壓型兩種運行方式。實際中多采用內壓型，即進水從管內流入，滲透液從管外流出。膜直徑在 6~24mm 之間。

優點：料液可以控制湍流流動，不易堵塞，易清洗，壓力損失小。

缺點：裝填密度小。

（3）中空纖維式

組裝形式如下圖所示：外徑一般為40～250μm，內徑為25～42μm。在MBR中，常把組件直接放入反應器中，不需耐壓容器，構成浸沒式膜--生物反應器。一般為外壓式膜組件。

（4）柱形中空纖維膜

優點：耐壓強度高，不易變形，不需支撐材料；裝填密度高；造價相對較低；壽命較長，可以采用物化性能穩定，透水率低的尼龍中空纖維膜。

缺點：對堵塞敏感，污染和濃差極化對膜的分離性能有很大影響。

（5）螺旋卷式

螺旋卷式簡稱卷式，主要部件為多孔支撐材料，兩側是膜，三邊密封，開放邊與一根多孔的中心產品水收集管密封連接，在膜袋外部的原水側墊一層網眼型間隔材料，把膜袋－隔網依次迭合，繞中心集水管緊密地卷起來，形成一個膜卷，裝進圓柱形壓力容器內，就制成了一個螺旋卷式膜組件。

優點：膜的裝填密度高；膜支撐結構簡單；濃差極化??；容易調整膜面流態。

缺點：中心管處易泄漏；膜與支撐材料的粘結處膜易破裂而泄漏；膜的安裝和更換困難。

MBR膜組件設計的一般要求：

①對膜提供足夠的機械支撐，流道通暢，沒有流動死角和靜水區；

②能耗較低，盡量減少濃差極化，提高分離效率，減輕膜污染；

③盡可能高的裝填密度，安裝，清洗、更換方便；

④具有足夠的機械強度、化學和熱穩定性。

膜組件的選用要綜合考慮其成本，裝填密度、應用場合、系統流程、膜污染及清洗、使用壽命等。

五、應用領域

進入90年代中后期，膜--生物反應器在國外已進入了實際應用階段。加拿大Zenon 公司首先推出了超濾管式膜--生物反應器，并將其應用于城市污水處理。為了節約能耗，該公司又開發了浸入式中空纖維膜組件，其開發出的膜--生物反應器已應用于、德國、法國和埃及等十多個地方，規模從380m3 /d至7600m3/d。日本三菱人造絲公司也是世界上浸入式中空纖維膜的***提供商，其在MBR的應用方面也積累了多年的經驗，在日本以及其他***建有多項實際MBR工程。日本Kubota公司是另一個在膜--生物反應器實際應用中具有競爭力的公司，它所生產的板式膜具有流通量大、耐污染和工藝簡單等特點。國內一些研究者及企業也在MBR實用化方面進行著嘗試。

現在，膜--生物反應器已應用于以下領域：

1、城市污水處理及建筑中水回用

1967年首先采用MBR工藝的廢水處理廠由的Dorr-Oliver公司建成，這個處理廠處理14m3/d廢水。 1977年，一套污水回用系統在日本的一幢高層建筑中得到實際應用。1980年，日本建成了兩座處理能力分別為 10m3/d 和50m3/d的MBR處理廠。90年代中期，日本就有39座這樣的廠在運行，處理能力可達500m3 /d，并且有100 多處的高樓采用MBR將污水處理后回用于中水道。1997年，英國Wessex公司在英國Porlock建立了當時世界***MBR系統，日處理量達2000m3，1999年又在Dorset的Swanage建成了13000m3/d的MBR工廠。

1998年5月，清華大學進行的一體式膜--生物反應器中試系統通過了***鑒定。2000年初，清華大學在北京市海淀鄉醫院建起了一套實用的MBR系統，用以處理醫院廢水，該工程于2000年6月建成并投入使用，目前運轉正常。2000 年 9 月，天津大學楊造燕教授及其領導的科研小組在天津新技術產業園區普辰大廈建成了一個MBR示范工程，該系統日處理污水25t，處理后的污水全部用于衛生間的沖洗及綠地澆灑，占地面積為10平方米，處理每噸污水的能耗為0.7kW·h。

2、工業廢水處理

90年代以來，MBR的處理對象不斷拓寬，除中水回用、糞便污水處理以外，MBR在工業廢水處理中的應用也得到了廣泛關注，如處理食品工業廢水、水產加工廢水、養殖廢水、化妝品生產廢水、染料廢水、石油化工廢水，均獲得了良好的處理效果。90年代初，在Ohio建造了一套用于處理某汽車制造廠的工業廢水的MBR系統，處理規模為151m3/d，該系統的有機負荷達6.3kgCOD/m3·d ，COD去除率為94%，絕大部分的油與油脂被降解。在荷蘭，一座脂肪提取加工廠采用傳統的氧化溝污水處理技術處理其生產廢水，由于生產規模的擴大，結果導致污泥膨脹，污泥難以分離，采用Zenon的膜組件代替沉淀池，運行效果良好。

3、微污染飲用水凈化

隨著氮肥與殺蟲劑在農業中的廣泛應用，飲用水也不同程度受到污染。LyonnaisedesEaux公司在90年代中期開發出同時具有生物脫氮、吸附殺蟲劑、去除濁度功能的MBR工藝，1995 年該公司在法國的Douchy建成了日產飲用水400m3的工廠。出水中氮濃度低于0.1mgNO2/L，殺蟲劑濃度低于0.02μg/L 。

4、糞便污水處理

糞便污水中有機物含量很高，傳統的反硝化處理方法要求有很高污泥濃度，固液分離不穩定，影響了三級處理效果。MBR的出現很好地解決了這一問題，并且使糞便污水不經稀釋而直接處理成為可能。

日本已開發出被稱之為NS系統的屎尿處理技術，核心部分是平板膜裝置與好氧高濃度活性污泥生物反應器組合的系統。NS系統于1985年在日本琦玉縣建成，生產規模為10kL/d，1989年又先后在長崎縣、熊本縣建成新的屎尿處理設施。NS系統中的平板膜每組約0.4m2共幾十組并列安裝，做成能自動打開的框架裝置，并能自動沖洗。膜材料為截流分子量20000的聚砜超濾膜。反應器內污泥濃度保持在15000~18000mg/L范圍內。到1994 年，日本已有1200多套MBR系統用于處理4000多萬人的糞便污水。

5、土地填埋場/肥滲濾液處理

土地填埋場/堆肥滲濾液含有高濃度的污染物，其水質和水量隨氣候條件與操作運行條件的變化而變化。MBR技術在1994年前就被多家污水處理廠用于該種污水的處理。通過MBR與RO技術的結合，不僅能去除SS、有機物和氮，而且能有效去除鹽類與重金屬。Envirogen公司開發出一種MBR用于土地填埋場滲濾液的處理，并在新澤西建成一個日處理能力為40萬加侖（約1500m3/d）的裝置，在2000年底投入運行。該種MBR使用一種自然存在的混合菌來分解滲濾液中的烴和氯代化合物，其處理污染物的濃度為常規廢水處理裝置的50 ～ 100倍。能達到這一處理效果的原因是，MBR能夠保留***細菌并使細菌濃度達到50000g/。在現場中試中，進液COD為幾百至40000mg/L，污染物的去除率達90%以上?！　?/span>

六、發展前景和方向

1、現有城市污水處理廠的更新升級，特別是出水水質難以達標或處理流量劇增而占地面積無法擴大的水廠。

2、無排水管網系統的小區，如居民點、旅游度假區、風景區等。

3、有污水回用需求的地區或場所，如賓館、洗車業、客機、流動廁所等充分發揮MBR占地面積小、設備緊湊、自動控制、靈活方便的特點。

4、高濃度、有毒、難降解工業廢水處理。如造紙、制糖、酒精、皮革、合成脂肪酸等行業，是一種普遍的點源污染。 MBR 可以對這些常規處理工藝無法達標的廢水進行有效的處理，并實現回用。

5、垃圾填埋廠滲濾液的處理及回用。

6、小規模污水廠（站）的應用。膜技術的特點十分適合處理小規模污水。

七、未來的研究要點

1、膜污染的機理及防治。

2、工藝流程形式及運行條件的優化。

3、污泥產率與運行條件的關系，以合理減少污泥產量，降低污泥處理費用。

4、反應器內微生物的代謝特性及其對出水水質、污泥活性等的影響，從而確定適宜的微生物生長及代謝條件。

5、工藝經濟性研究。在目前國內經濟發展水平、膜產品供應狀況和規范設計要求的條件下，MBR 用于污水處理經濟流量的上限確定。

6、以節能、處理特殊水質對象、兼具脫氮除磷、操作維護簡便、可以長期穩定運行等為目標，開發新型的膜生物反應器。

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