膜生物反应器

3.2 MBR工艺和膜结构
• 膜结构既可以指MBR工艺结构也可以指膜组件结构。膜 •
组件结构前面已经说过，就不在赘述了，下面说一说 MBR工艺结构。 根据膜组件与生物反应器的结合方式或相对位置组合方 式，可将MBR分为内置式和分置式两大类 分置式又称淹没式生物反应器，是现在MBR的主流技术。 进水进入膜生物反应器，其中的大部分污染物被混合液 中的活性污泥分解去除，在由膜过滤出水。 分置式MBR是指膜组件与生物反应器分开设置，相对独 立，膜组件与生物反应器通过泵与管路连接。混合液经 循环泵增压后进入膜组件，液体透过膜成为系统处理水， 而固形物和大分子物质被膜截留，随浓缩液回流到生物 反应器内
•
3.4MBR工艺运行
• 膜生物反应器对有机物的去除基于两方面功能：一是生
物反应器对有机物的降解作用，膜强化了作用；二是膜 对大分子有机物质的截留作用，大分子物质可以被截留 在反应器内，获得比传统活性污泥更多的与微生物接触 反应的时间 膜生物反应器中膜对溶解性有机物的去除来自三个方面 的作用:一是通过膜孔本身的截留作用，即膜的筛滤作用； 二是通过膜孔和膜表面的吸附作用使有机物去除；三是 通过膜表面形成的沉积层（次生膜层）的筛滤、吸附作 用对溶解性有机物的去除
操作及自动化 程度
• 本工艺采用MBR--RO膜集成工艺
工艺流程
运行工艺
• MBR--RO中试的工艺流程如图 • 该中试以现有印染废水处理设施的中和池出水作为进水。
印染废水经进水槽作短暂的调节后，进入好氧生物池进 行生化处理，生化处理后的水进入MBR池经布置在反应 池中的膜组件进行膜过滤处理，MBR池内的污泥混合液 回流至好氧生物池，同时向MBR池中投加聚合氯化铝； MBR处理水进入反渗透系统进行深度处理后得到可回用 产水
• （2）膜运行性能 • 由于印染废水的成分非常复杂，含有多种染料、洗涤剂
等，而且这部分难降解物质使得MBR池污泥的过滤性较 差，容易阻塞膜孔，对膜性能造成比较大的负面影响。 因此，通过向MBR池中投加PAC，能有效吸附容易引起 膜污染的大分子有机物质和胶体，除了使处理水质变好 外，也能有效降低MBR膜污染速度，进而延长MBR的 清洗周期。在近一年的MBR连续运行过程中，控制运行 通量为0.3m/d，操作模式为抽9min停1min，结果MBR 膜表现稳定。 由于MBR出水中含有一部分易引起RO膜结垢的物质， 因此在RO进水中连续投加阻垢剂，以防止和延缓RO膜 的结垢趋势。在半年多的RO连续运行过程中，控制运 行通量为18L，回收率为70%，结果RO膜同样表现稳定， 化学清洗频率为3个月左右
•
3.5 膜材料
• 膜材料即做膜的原料。膜材料作为膜分离技术的核心越
来越受到人们的关注。膜材料早期为天然的，现在多为 人工合成，用做膜材料的物质有有机高分子材料和无机 材料，其中尤以有机高分子膜材料制备的膜为主。 有机膜通常具有高表面孔隙率和较小的孔径分布，以提 供尽可能高的产水和选择截留度。膜还必须有一定的机 械强度，例如有完整的结构。最后，膜材料一般还要求 能够受化学冲击，例如极端的温度、ph等，并对膜污染 有一定的耐受性
MBR膜性能和污染主要影响因素
• （1）膜自身的特性，包括膜材质、亲、疏水性、生物 • •
亲和力、孔径大小及分布、表面粗糙度、膜的荷电性、 膜的孔隙率等 （2）膜组件的结构和类型，包括纤维膜丝的直径、长 度、压实密度、松紧度和膜组件的构造、放置方式等 （3）MBR的运行条件，包括膜通量、反应器结构、曝 气方式和曝气量、抽吸泵抽停时间、出水方式、温度、 ph值、是否安装填料以及水力停留时间HRT等 （4）污泥特性、污泥活性、污泥龄等
30--60天，污泥龄长
7000--18000mg/L 污泥产率低，剩余污泥量少 不需要 是常规活性污泥法的1/5--1/3
<15d,污泥龄短
<4000mg/L 剩余污泥多 需要 --
工艺稳定性
出水水质
不受污泥膨胀影响，工艺耐 冲击性高
受污泥膨胀影响，耐 冲击负荷差
高品质的出水，可直接回用， 出水水质达不到回用 或能直接作为反渗透装置的 标准，不能直接作为 进水 反渗透装置的进水 操作简单，系统自动化程度 高 操作复杂，自动化程 度差
（4）平板膜组件 特点： 较管式组件比表 面积大得多，易 于更换膜，适于 微滤、超滤。
（5）四种膜组件特点的比较
类型 螺旋卷式 优点 缺点 使用情况 适用于大容量规 模，已商业化 膜填充密度大，结构紧 制作工艺技术复 凑，可使用强度好的平 杂，密封较困难， 板膜制作 易堵塞，不易清 洗 膜填充密度最大，不需 要外加支撑材料，浓差 极化可忽略，价格低廉 制作工艺和技术 复杂，易堵塞， 不易清洗
与膜清洗有关的重要设计参数
• (1)两个物理清洗间的周期，物理清洗可能是反冲洗或释
压 （2）物理清洗持续的时间 （3）两个化学清洗间的周期 （4）化学清洗的持续时间 t （5）反冲洗通量 （6）单位膜面积的清洗剂浓度和体积
p
3.7 曝气
• 曝气的首要作用在于为生物反应器，尤其是混合液对空
气的需求提供用于固体搅拌和维持微生物存活的溶解氧。 （DO)。在生物处理中DO一般被认为是关键设计参数。 生物系统需求的氧与进水流量、底物降解、污泥产生和 TKN浓度有关。
主要参数
•MBR系统
项目 数值 项目 膜面积
2
RO系统
数值 7m2 18L 99.5% 70%
膜面积
通量
70m2
0.3m/d
SRT
HRT MLSS 体积负荷
20d
15h 6000-15000mg/L 0.8-2.0kgCOD
通量 标准脱盐率 回收率
试验水质
• 表中列出了MBR进水水质和《纺织染整工业水污染物排 •
MBR-RO膜集成工艺在印染废水回用中 的应用研究
印染废水的水质特征
• 排放量大 • 成分复杂 • 有机物含量高 • 色度深 • 化学需氧量高 • 生化需氧量相对较低 • 可生化性强
• 常规活性污泥法和MBR工艺特性的比较
工艺项目 MBR工艺 常规活性污泥法
SRT
MLSS 剩余污泥量 沉淀池 占地面积
放标准》中排放指标 MBR进水水质和出水指标
项目 COD BOD5 80-250 ≤25 悬浮物 色度 HN3-N 1--8 ≤15 TP 1-10 ≤1 PH值 7-9 MBR 600-1500 进水 标准 ≤100 100--300 40--120 ≤70 ≤40
6-9
结果与讨论
• MBR系统水质处理效果
溶质、气体等低分子物 质的分离
1.3.错流过滤和死端过滤
（二）膜组件
• 1.膜分离组件基本含义 • 2.几种膜组件
2.1膜分离组件基本含义
2.2几种膜组件 （1）螺旋卷式组件 • 特点： 膜面积大，湍流 情况好，但制造装配 要求高、清洗检修不 方便，不能处理悬浮 液浓度较高的料液。 可用于微滤、超滤和 反渗透。
•
3.6 膜清洗
• 膜清洗分为两类，一种是化学清洗，一种是物理清洗 • 一般来说，膜的物理清洗较之化学清洗更省力。物理清
洗比化学清洗快，持续时间不超过2min。物理清洗不需 要添加化学物质且不产生任何化学废物，而且物理清洗 不会引起膜退化。但另一方面物理清洗效率不及化学清 洗。物理清洗可去除粘附在膜表面的粗大固体，一般成 为可逆或临时膜污染，而化学清洗则可以去除粘着更牢 固的物质，其常被称为不可逆或永久膜污染。
膜生物反应器
2016
市政工程研究生一年级 胡文斌
Biblioteka Baidu
目录
（一） 膜分离技术
1.膜分离的含义和要点 2.膜分离技术的分类 3.错流过滤和死端过滤 4.膜分离技术的特点和应用
1.1膜分离的含义和要点
1.2 膜分离技术的分类
• 膜分离机理和分类
分离组分性质 分离机理 溶解、扩散 扩散 离子的吸引或排斥 筛分 筛分 大分子、悬浮物的分离 吸附 亲和膜和荷电膜分离过 程 单元分离方法 DD、GP、PV、VP等 致密膜分离过程 GP、MD微孔或多孔膜 分离过程 离子交换膜和纳滤等荷 电膜分离过程 RO、NF、UF、MF等 分离过程 UF、MF
≤70
≤15 ≤1.0 6--9
• （1）水质处理效果 • 表中列出了MBR-RO系统运行正常后，MBR进、出水
中各污染物的平均浓度。由该表可以明显看出，MBR 系统的水质处理效果非常好，出水各污染物平均浓度完 全符合标准，且处理水质非常稳定。其中，MBR出水 COD和BOD的平均浓度分别为50mg/L和8mg/L，去除 率分别达到92.9%和94.6%，远低于排放指标。同时， 通过由于向MBR池中投加一定量的PAC，使得MBR出 水的TP平均浓度只有0.3mg/L,完全符合排放限值。另 外，MBR系统对色度的去除率也达到72.7%左右。
管式
（三）膜生物反应器
• 1.MBR工艺简介 • 2.MBR工艺和膜结构 • 3.膜污染及影响因素 • 4.MBR工艺运行 • 5.膜材料 • 6.膜清洗 • 7.曝气
3.1 MBR工艺简介
• 含义：膜生物反应器是指生物处理与MF或UF膜分离技术相结合的 • •
工艺。 与传统生物处理工艺相比的优势： （1）单级阶段能够产出高质量、澄清的且已大部分消毒的渗透液 （等同于三级过滤） （2）污泥停留时间（SRT）和水力停留时间（HRT）相互独立， 而这两个参数在一般的污水处理厂是相关联的 （3）可在高污泥浓度下运行，不仅所需的反应器尺寸缩小，而且 可以促进特定硝化细菌的生长，加强氨氮的去除效果 （4）污泥停留时间（SRT）延长，为生长缓慢菌群的强化处理提 供了机会 （5）减少了剩余污泥的产生量 其中，MBR工艺结构紧凑，出水水质好，这两点被认为是MBR工 艺最大的优势
•
•
一般而言，iMBR较之sMBR能耗低，因为sMBR膜组 件采用外置泵错流冲洗膜面，而施加的高压力和高流量 会造成能量损失。而为了充分利用这些潜在的能量，流 动通道应尽可能长一些，从而使高压下流动的液体内的 固有能量尽可能多用于渗透。为了获得沿膜组件长度方 向合理的40%---50%能量转化率，流动通道需要很长， 其长度通常超过20m。这就要求串联大量的膜组件，使得 沿截留通道的压力显著下降。iMBR通过曝气冲洗膜组件， 该方法较外置式能耗低，但运行膜通量较低。
3.3 膜污染及影响因素
MBR反应器中的膜污染与一系列物理、化学和生物因素有 关，其污染的形成可分为两个步骤:(1)膜污染初期的水通 量下降是由于浓差极化引起的，水中溶解性物质在膜表面 附着，逐渐积累使浓度升高，在浓度梯度的作用下，及近 膜面的溶质又以相反方向向料液主体扩散，平衡状态时膜 表面形成一个溶质浓度分布边界层，对溶剂等小分子物质 起阻碍作用，并且高的渗透压将进一步减少渗透水通量， 使得膜的水通量降低（2）长期的膜污染是溶质吸附和颗 粒沉积造成的，膜表面高浓度的溶质可能发生沉降，形成 凝胶层，悬浮颗粒达到膜表面形成沉积，此凝胶层和滤饼 层减少了水力渗透能力，也减少了渗透水通量。
中空纤维式
适用于大容量规 模，已商业化 适用于小容量规 模、高污染和黏 度大的液体，已 商业化 适用于中小容量 规模，高污染和 黏度大的液体
平板式
结构紧凑、简单、牢固、 装置成本高，流 能承受高压，性能稳定， 动状态不良，浓 工艺简单 差极化严重，易 堵塞，膜的装填 密度小 易清洗和更换，水流动 装置成本高，管 状态好，压力损失较小， 口密封较困难 耐较高压力，能处理含 有悬浮物等易堵塞流水 通道的溶液体系
•
•
•
• •
• 与传统生物处理相比的劣势： • （1）工艺复杂 • （2）膜污染及清洗尤其是离线的化学清洗给操
作管理带来不便 • （3）膜制造成本偏高，膜生物反应器基建投资 高于相同规模的传统污水处理工艺 • （4）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 • （5）一般需要用循环泵在膜表面提供一定的错 流流速，冲刷膜表面，所以能耗要比传统的生物 处理工艺高 • （6）容易产生膜污染
（2）管式膜组件
特点： 结构简单、 适应性强、压力损 失小、透过量大， 清洗、安装方便、 可耐高压，适宜处 理高粘度及稠厚液 体。但比表面积小。 适于微滤和超滤。
（3）中空纤维式膜组件
• 特点： • 密度高，存留
液少，可反洗，装 备紧凑，泵耗能低， 但膜面去污难，膜 替换费用高，不宜 处理粘稠液体，适 用于超滤和微滤
项目 BOD5 COD(Cr) 色度 MBR进水均值 149 708 55 MBR出水均值 8 50 15 去除率 94.6% 92.9% 72.7% 排放标准 ≤25 ≤100 ≤40
悬浮物
NH3-N TP PH值
190
4.6 4.0 8.2
ND
1.2 0.3 7.7
＞99.9%
73.9% 92.5% --