污水处理不能不知道的MBR知识

在污水处理 、水资源再利用领域，MBR又称膜生物反应器是一种由膜分离单元与生物处理单元相结合的新型水处理技术。膜的种类繁多按分离机理进行分类，有反应膜、离子交换膜、渗 透膜等；按膜的性质分类，有天然膜(生物膜)和合成膜(有机膜和无机膜)；按膜的结构型式分类 ，有平板型、管型、螺旋型及中空纤维型等。

工艺组成

膜--生物反应器主要由膜分离组件及生物反应器两部分组成。通常提到的膜--生物反应器实际 上是三类反应器的总称：

①曝气膜--生物反应器(Aeration MembranBioreactor,AMBR)；

②萃取膜--生物反应（Extractive MembraneBioreactor,EMBR）；    

③固液分离型膜--生物反应器（Solid/Liquid Separation Membrane Bioreactor,SLSMBR,简称 MBR）。

   曝气膜 

     曝气膜--生物反应器（AMBR）最早见于Cote.P等1988年报道，采用透气性致密膜（如硅橡胶膜 ）或微孔膜（如疏水性聚合膜），以板式或中空纤维式组件，在保持气体分压低于泡点 （BubblePoint）情况下，可实现向生物反应器的无泡曝气。该工艺的特点是提高了接触时间和传 氧效率，有利于曝气工艺的控制，不受传统曝气中气泡大小和停留时间的因素的影响。

      萃取膜    

      萃取膜--生物反应器，又称为EMBR（ExtractiveMembraneBioreactor）。因为高酸碱度或对生 物有毒物质的存在，某些工业废水不宜采用与微生物直接接触的方法处理；当废水中含挥发性有 毒物质时，若采用传统的好氧生物处理过程，污染物容易随曝气气流挥发，发生气提现象，不仅 处理效果很不稳定，还会造成大气污染。

为了解决这些技术难题，英国学者Livingston研究开发了EMB。废水与活性污泥被膜隔开来， 废水在膜内流动，而含某种专性细菌的活性污泥在膜外流动，废水与微生物不直接接触，有机污 染物可以通过选择性透过膜被另一侧的微生物降解。

由于萃取膜两侧的生物反应器单元和废水循环单元是各自独立，各单元水流相互影响不大，生 物反应器中营养物质和微生物生存条件不受废水水质的影响，使水处理效果稳定。系统的运行条 件如HRT和SRT可分别控制在最优的范围，维持最大的污染物降解速率。

     固液分离型 

     固液分离型膜--生物反应器是在水处理领域中研究得最为广泛深入的一类膜--生物反应器，是 一种用膜分离过程取代传统活性污泥法中二次沉淀池的水处理技术。其通过膜组件将固体有机物 回流至反应器中，再将处理过的有机水排出。 

在传统的废水生物处理技术中，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。

针对上述问题，MBR  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，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0），从而基本 解决了传统活性污泥法存在的许多突出问题。

工艺类型

    

根据膜组件和生物反应器的组合方式，可将膜--生物反应器分为分置式、一体式以及复合式三 种基本类型。（以下讨论的均为固液分离型膜--生物反应器）

    分置式 

     把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；固形物、大分子物质等则被膜截留， 随浓缩液回流到生物反应器内。   

分置式膜--生物反应器的特点是运行稳定可靠，易于膜的清洗、更换及增设；而且膜通量普遍 较大。但一般条件下为减少污染物在膜表面的沉积，延长膜的清洗周期，需要用循环泵提供较高 的膜面错流流速，水流循环量大、动力费用高（Yamamoto,1989），并且泵的高速旋转产生的剪切 力会使某些微生物菌体产生失活现象（BrockmannandSeyfried,1997）。

     一体式 

     把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，再在外压作用下由膜过滤出水。   

这种形式的膜--生物反应器由于省去了混合液循环系统，并且靠抽吸出水，能耗相对较低；占 地较分置式更为紧凑，近年来在水处理领域受到了特别关注。但是一般膜通量相对较低，容易发 生膜污染，膜污染后不容易清洗和更换。

    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。所属行业: 水处理  关键词：污水处理  MBR  膜生物反应器。

工艺特点   

与许多传统的生物水处理工艺相比，MBR  具有以下主要优点： 

1、出水水质优质稳定 

由于膜的高效分离作用，分离效果远好于传统沉淀池，处理出水极其清澈，悬浮物和浊度接近 于零，细菌和病毒被大幅去除，出水水质优于建设部颁发的生活杂用水水质标准（CJ25.1-89）， 可以直接作为非饮用市政杂用水进行回用。 同时，膜分离也使微生物被完全被截流在生物反应器内，使得系统内能够维持较高的微生物浓 度，不但提高了反应装置对污染物的整体去除效率，保证了良好的出水水质，同时反应器对进水 负荷（水质及水量）的各种变化具有很好的适应性，耐冲击负荷，能够稳定获得优质的出水水质 。

2、剩余污泥产量少 

该工艺可以在高容积负荷、低污泥负荷下运行，剩余污泥产量低（理论上可以实现零污泥排放 ），降低了污泥处理费用。

3、占地面积小，不受设置场合限制 

生物反应器内能维持高浓度的微生物量，处理装置容积负荷高，占地面积大大节省；该工艺流 程简单、结构紧凑、占地面积省，不受设置场所限制，适合于任何场合，可做成地面式、半地下 式和地下式。

 4、可去除氨氮及难降解有机物 

由于微生物被完全截流在生物反应器内，从而有利于增殖缓慢的微生物如硝化细菌的截留生长 ，系统硝化效率得以提高。同时，可增长一些难降解的有机物在系统中的水力停留时间，有利于 难降解有机物降解效率的提高。

 5、操作管理方便，易于实现自动控制 

 该工艺实现了水力停留时间（HRT）与污泥停留时间（SRT）的完全分离，运行控制更加灵活稳 定，是污水处理  中容易实现装备化的新技术，可实现微机自动控制，从而使操作管理更为方便。   

 6、易于从传统工艺进行改造 

 该工艺可以作为传统污水处理工艺的深度处理单元，在城市二级污水处理厂出水深度处理（从 而实现城市污水的大量回用）等领域有着广阔的应用前景。

膜--生物反应器也存在一些不足。主要表现在以下几个方面： 

（1）膜造价高，使膜--生物反应器的基建投资高于传统污水处理工艺；  （2）膜污染容易出现，给操作管理带来不便；  （3）能耗高：首先MBR泥水分离过程必须保持一定的膜驱动压力；其次是MBR池中MLSS浓度非 常高，要保持足够的传氧速率，必须加大曝气强度；还有为了加大膜通量、减轻膜污染，必须增 大流速，冲刷膜表面，造成MBR的能耗要比传统的生物处理工艺高。

工艺用膜

   膜可以由很多种材料制备，可以是液相、固相甚至是气相的。目前使用的分离膜绝大多数是固 相膜。根据孔径不同可分为：微滤膜、超滤膜、纳滤膜和反渗透膜；根据材料不同，可分为无机 膜和有机膜，无机膜主要是微滤级别膜。膜可以是均质或非均质的，可以是荷电的或电中性的。广泛用于废水处理的膜主要是由有机高分子材料制备的固相非对称膜。

   膜的分类依据及分类：  

     膜材质 

   1、高分子有机膜材料：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。 有机膜成本相对较低，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，但运行过程易污染、强度低、使用寿命短。

 2、无机膜：是固态膜的一种，是由无机材料，如金属、金属氧化物、陶瓷、多孔玻璃、沸石 、无机高分子材料等制成的半透膜。 目前在MBR中使用的无机膜多为陶瓷膜。优点是：它可以在pH=0~14、压力P膜组件 。

为了便于工业化生产和安装，提高膜的工作效率，在单位体积内实现最大的膜面积，通常将膜 以某种形式组装在一个基本单元设备内，在一定的驱动力下，完成混合液中各组分的分离，这类 装置称为膜组件（Module）。

 工业上常用的膜组件形式有五种： 

板框式、螺旋卷式、圆管式、中空纤维式和毛细管式。前两种使用平板膜，后三者使用管式膜 。圆管式膜直径>10mm；毛细管式0.5~10.0mm；中空纤维式

MBR工艺中常用的膜组件形式有：板框式、圆管式、中空纤维式。所属行业: 水处理  关键词：污水处理  MBR  膜生物反应器。      

（1）板框式

     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：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。  

（2）圆管式 

     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。    

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。  

（3）中空纤维式 

    

组装形式如下图所示：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。

 (4)柱形中空纤维膜     

优点：耐压强度高，不易变形，不需支撑材料；装填密度高；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。 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。 

  (5)螺旋卷式 

     螺旋卷式简称卷式，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。   

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