膜生物反应器
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水处理基础知识第六章
膜生物反应器（ MBR ）
一、 MBR的原理
膜生物反应器 (英文名称为Membrane Bioreactor，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
在传统的污水生物处理技术中，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。
一、 MBR的原理和特点
MBR 工艺通过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，不仅省去了二沉池的建设，而且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 为零），从而基本解决了传统活性污泥法存在的许多突出问题。
一、 MBR原理
MBR特点：
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。
一、 MBR原理
MBR特点：
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 （水力停留时间）和很长的SRT(污泥龄）。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。
污泥龄SRT是指在反应系统内，微生物从其生成到排出系统的 平均停留时间，也就是反应系统内的微生物全部更新一次所需 的时间。从工程上说，在稳定条件下，就是曝气池中工作着的 活性污泥总量与每日排放的剩余污泥数量的比θc。
一、 MBR原理
➢ 污泥龄SRT是活性污泥在曝气池中的平均停留时间，即
➢ SRT =曝气池中的活性污泥量/每天从曝气池系统排出的剩余污泥量
➢
SRT =（X*VT）/（QS*XR+Q*XE）
➢
式中SRT——污泥龄，d
➢
X——曝气池中的活性污泥浓度，即MLSS，kg/m3
➢
VT——曝气池总体积，m3
➢
QS——每天排出的剩余污泥体积，m3/d
➢
XR——剩余污泥浓度，kg/m3
➢
Q——设计污水流量，m3/d?
➢
XE——二沉池出水的悬浮固体浓度，kg/m3
➢ 一般在前置反硝化工艺中，回流比取2.0。若希望进一步提高反硝化 率，可继续提高回流比。但必须注意，最大回流比为4.0，且回流比 较高时存在着将过多的溶解氧带入反硝化区的危险。为了减少循环回 流中的溶解氧，可在曝气池末端设置隔离区域，减少该区中的曝气量 。
一、 MBR原理
水力停留时间HRT是指待处理污水在反应器内的平均停留 时间，也就是污水与生物反应器内微生物作用的平均反应 时间（池容/进水流量就是水力停留时间）。因此，如果 反应器的有效容积为V（立方米），则：HRT = V / Q (h)
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 。
一、 MBR原理
MBR特点： 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。
二、MBR工艺类型
MBR工艺分类
分类依据
种类
膜组件与生物反应器 组合方式
分置式、一体式、（一体）复合式
膜组件
管式、板框式、中空纤维式等
膜材料
有机膜、无机膜
压力驱动形式
外压式、抽吸式
生物反应器
好氧、厌氧
曝气生物反应器、萃取膜生物反应器、膜分离生物反应器
二、MBR工艺类型
MBR工艺分类
分置式
一体式
复合式
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。
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， 再在负压作用下由膜过滤出 水。
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 。
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
膜生物反应器（ MBR ）
一、 MBR的原理
膜生物反应器 (英文名称为Membrane Bioreactor，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
在传统的污水生物处理技术中，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。
一、 MBR的原理和特点
MBR 工艺通过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，不仅省去了二沉池的建设，而且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 为零），从而基本解决了传统活性污泥法存在的许多突出问题。
一、 MBR原理
MBR特点：
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。
一、 MBR原理
MBR特点：
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 （水力停留时间）和很长的SRT(污泥龄）。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。
污泥龄SRT是指在反应系统内，微生物从其生成到排出系统的 平均停留时间，也就是反应系统内的微生物全部更新一次所需 的时间。从工程上说，在稳定条件下，就是曝气池中工作着的 活性污泥总量与每日排放的剩余污泥数量的比θc。
一、 MBR原理
➢ 污泥龄SRT是活性污泥在曝气池中的平均停留时间，即
➢ SRT =曝气池中的活性污泥量/每天从曝气池系统排出的剩余污泥量
➢
SRT =（X*VT）/（QS*XR+Q*XE）
➢
式中SRT——污泥龄，d
➢
X——曝气池中的活性污泥浓度，即MLSS，kg/m3
➢
VT——曝气池总体积，m3
➢
QS——每天排出的剩余污泥体积，m3/d
➢
XR——剩余污泥浓度，kg/m3
➢
Q——设计污水流量，m3/d?
➢
XE——二沉池出水的悬浮固体浓度，kg/m3
➢ 一般在前置反硝化工艺中，回流比取2.0。若希望进一步提高反硝化 率，可继续提高回流比。但必须注意，最大回流比为4.0，且回流比 较高时存在着将过多的溶解氧带入反硝化区的危险。为了减少循环回 流中的溶解氧，可在曝气池末端设置隔离区域，减少该区中的曝气量 。
一、 MBR原理
水力停留时间HRT是指待处理污水在反应器内的平均停留 时间，也就是污水与生物反应器内微生物作用的平均反应 时间（池容/进水流量就是水力停留时间）。因此，如果 反应器的有效容积为V（立方米），则：HRT = V / Q (h)
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 。
一、 MBR原理
MBR特点： 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。
二、MBR工艺类型
MBR工艺分类
分类依据
种类
膜组件与生物反应器 组合方式
分置式、一体式、（一体）复合式
膜组件
管式、板框式、中空纤维式等
膜材料
有机膜、无机膜
压力驱动形式
外压式、抽吸式
生物反应器
好氧、厌氧
曝气生物反应器、萃取膜生物反应器、膜分离生物反应器
二、MBR工艺类型
MBR工艺分类
分置式
一体式
复合式
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。
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， 再在负压作用下由膜过滤出 水。
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 。
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