浅谈MBR 膜生物反应器（一）

浅谈MBR 膜生物反应器（一）

一、MBR 膜生物反应器的发展历程

MBR（Membrane Bio-Reactor）膜生物反应器起源于 20 世纪 60 年代，最初由美国学者将活性污泥法与膜分离技术结合，用于污水处理。早期受限于膜材料成本高、易污染等问题，应用范围较窄。随着材料科学的进步，20 世纪 90 年代后，PVDF（聚偏氟乙烯）、PP（聚丙烯）等高性能膜材料的普及，推动了 MBR 在市政污水、工业废水领域的规模化应用。近年来，“移动膜生物反应器”（可移动式 MBR）因其模块化设计、快速部署的特点，在应急污水处理、农村分散式污水治理等场景中迅速推广，成为水处理领域的研究热点。

 

 

二、MBR膜分类

 

1、按膜材料分类

（1）有机膜

材质：聚偏氟乙烯（PVDF）、聚氯乙烯（PVC）、聚丙烯（PP）、聚砜（PSF）、聚醚砜（PES）等。

特点：

PVDF：抗氧化性强、耐酸碱，适用于高浓度工业废水（如电镀、医药废水）。

PVC：成本低、亲水性好，适合市政污水及低浓度废水处理。

PP：耐高温（≤80℃），常用于微滤（MF）领域。

优势：制造工艺成熟、成本较低；劣势：易污染、寿命较短。

（2）无机膜

材质：陶瓷膜（氧化铝、氧化钛等）、金属膜等。

特点：

耐极端环境：可在pH 0~14、温度＜350℃、压力＜10MPa下运行。

高稳定性：抗化学腐蚀，适用于化工、高温废水。

优势：寿命长、通量高；劣势：造价昂贵、弹性差。

2、按膜结构分类

（1）平板膜

结构：由ABS基板、导流道及PVDF膜片组成，单片厚度5~7.5mm。

特点：

易维护：单片可独立更换，清洗便捷（如机械擦洗）。

适用场景：市政污水、工业废水（如电镀、医药）。

优势：抗污染性强、寿命长；劣势：装填密度低、成本较高。

 

 

（2）中空纤维膜（帘式膜）

结构：外径40~250μm，内径25~42μm，纤维丝密集排列。

特点：

高装填密度：单位体积膜面积大，适合大规模处理。

适用场景：浸没式MBR系统（如市政污水处理厂）。

优势：成本低、耐压性好；劣势：易堵塞、清洗难度大。

材质：聚偏氟乙烯（PVDF）、聚氯乙烯（PVC）、聚丙烯（PP）、聚砜（PSF）、聚醚砜（PES）、PTFE（聚四氟乙烯）。

 

（3）管式膜

结构：直径＞10mm的管状膜，分为内压型和外压型。

特点：

抗污染性强：湍流冲刷减少膜污染，适合高浊度废水。

适用场景：工业废水（如含油废水）、海水淡化预处理。

优势：易清洗、通量高；劣势：装填密度低、能耗较高。

 

3、按工艺模式分类

（1）外置式MBR

特点：膜组件与生物反应器分离，通过循环泵加压过滤。

优势：通量高、维护方便；

劣势：能耗高（需高压泵）。

（2）浸没式MBR

特点：膜组件直接浸入生物反应器，靠负压抽吸出水。

优势：能耗低、占地面积小；劣势：膜通量较低、易污染。

4、按生物反应器类型分类

（1）好氧MBR

应用：城市污水、生活污水，通过曝气促进有机物降解。

（2）厌氧MBR

应用：高浓度有机废水（如食品加工废水），无氧条件下处理污染物。

5、特殊功能膜

（1）PTFE膜

特性：孔径分布均匀，耐化学腐蚀，适用于极端水质（如含强酸废水）。

（2）复合膜

结构：结合有机膜与无机膜优势（如陶瓷基板+PVDF涂层），提升抗污染性和通量。

三、精度级别

MBR膜通常使用的是微滤（MicroFiltration, MF）或超滤级别的膜材料。在MBR系统中，膜的作用是分离生物反应器中的悬浮固体和微生物，以确保出水的清澈度和减少污染物。

膜类型：MBR通常采用微滤（MF）膜或超滤（UF）膜，具体取决于工艺设计。

孔径范围：

微滤MBR膜：0.1~0.4微米（典型值），可截留细菌、悬浮物和胶体。

超滤MBR膜：0.01~0.1微米，可进一步截留大分子有机物、病毒和部分蛋白质。

四、MBR工艺特点优势

1、高度集成化：生物反应与膜分离一体化

传统工艺对比：传统活性污泥法需二沉池进行固液分离，而MBR取消二沉池，直接将膜组件浸没在生物反应器中，实现生化反应与膜分离的同步进行。

优势：工艺流程简化，占地面积减少30%~50%，尤其适用于用地紧张的项目（如城市污水处理厂扩容）。

2、出水水质清澈稳定

悬浮物（SS）：膜孔径（0.01~0.4微米）可完全截留悬浮物，出水SS接近“零”（<1 mg/L）。

微生物：截留细菌（如大肠杆菌）和部分病毒，无需后续深度消毒。

有机物（COD/BOD）：高浓度活性污泥（MLSS 8~15 g/L）增强生物降解能力，出水可达《城镇污水处理厂污染物排放标准》一级A或更高标准。

3、污泥浓度高，抗冲击负荷强

污泥浓度（MLSS）：MBR系统污泥浓度是传统工艺的2~3倍（可达15 g/L），可处理高浓度有机废水（如食品废水、垃圾渗滤液）。

抗负荷波动：对进水水质、水量变化适应性更强，适合工业废水处理（如化工、制药行业）。

4、灵活性与可扩展性

模块化设计、：可根据处理规模灵活增减膜组件，适合分散式污水处理（如农村、景区、工业园区）。

组合工艺：MBR可与其他工艺（如厌氧氨氧化、反硝化滤池）结合，实现脱氮除磷或资源回收。

五、膜曝气方式

1、微孔曝气管连续曝气

原理：在膜组件底部布置微孔曝气管（孔径1~3mm），通过持续释放小气泡冲刷膜表面。典型设计包括微孔曝气盘、穿孔管或两者结合，常用穿孔管。

特点：均匀性：气泡分布均匀，适用于中空纤维膜和平板膜。

能耗：连续曝气能耗较高（占总能耗60%~80%），需高曝气强度（气水比15~30:1）。

适用场景：高负荷工业废水处理，如垃圾渗滤液、高浓度有机废水。

优化设计：曝气头距膜组件底部200~300mm，间距与膜片匹配（如每片膜两侧设置曝气孔）。曝气支管设置排泥孔或弯头，防止污泥堆积堵塞。

 

2、间歇曝气

原理：通过周期性启停曝气（如“停8min开2min”或“停5min开1min”），实现曝气与膜过滤的交替运行。

特点：

节能性：能耗比连续曝气降低20%~40%，减少膜丝机械损伤。

污染控制：停曝期间利用空曝气冲刷膜表面污泥层。

适用场景：市政污水、低污染废水处理。

关键参数：

单片膜曝气量4~10 Nm?/h，曝气时间0.5~2min，产水时间4~10min。

通过PLC控制电磁阀和流量计实现精准曝气周期。

3、大气泡脉冲曝气

原理：采用特殊装置（如U型管或集气罩）将连续气流聚集成间歇性大气泡，通过湍流增强冲刷效果。

特点：

高效性：大气泡搅动强度高，膜污染控制效果提升30%以上。

节能性：曝气量减少1/3，适用于长周期稳定运行。

结构设计：集气罩内设置U型管，通过倒虹吸效应释放大气泡。

曝气器开孔2~3mm，与膜片间距3~4cm，确保侧向擦洗。

 

 

4、侧向冲刷曝气

原理：在膜组件两侧布置曝气器，气流横向冲刷膜丝根部污染物，而非传统自下而上的抖动方式。

特点：

精准性：直接冲刷易污染部位（如膜丝根部），减少无效曝气。

抗污染性：避免膜丝过度振动断裂，延长膜寿命。

设计要点：

曝气支管安装压力变送器和调节阀，实现分压均匀供气。

曝气缓冲器容积为支管3倍，确保压力稳定。

六、应用场景

市政污水处理：新建或改造市政污水厂，提升出水水质至一级 A 标准或地表水准Ⅳ类。

工业废水处理：化工、制药、食品加工等行业的高浓度有机废水处理，如酒精废水、屠宰废水。

农村分散式污水治理：移动MBR设备适配农村管网不完善场景，可实现单村或联村污水集中处理。

应急与特种场景：地震灾区临时污水处理、船舶污水零排放处理、海水淡化预处理等。