膜生物反應器(MBR)培訓資料 先進污水處理解決方案

　　浸沒式膜生物反應器(MBR)的最早研究可以追溯到上世紀60年代末期的美國。1969年Smith等報道采用超濾膜來替代傳統(tǒng)活性污泥工藝中的二沉池，用于處理城市污水。70年代末期，日本由于污水再生利用的需要，膜生物反應器(MBR)的研究工作有了較快的進展。自1983年到1987年日本有13家公司使用好氧膜生物反應器(MBR)處理大樓污水，處理水作為中水回用。從80年代后期到90年代初，Zenon公司繼續(xù)Dorr-Oliver公司的早期研究，進行污水處理研究，后開發(fā)用于處理工業(yè)廢水的系統(tǒng)并獲得了成功。Zenon公司的商業(yè)化產品，ZenoGem于1982年投入使用。

　　我國對浸沒式膜生物反應器(MBR)的研究始于上世紀90年代初。最早開始研究的有清華大學、中科院生態(tài)環(huán)境中心、天津大學、同濟大學等。近年，由于該項技術所具有的巨大吸引力和潛在的應用前景，受到了更多研究者的青睞。

　　1 浸沒式膜生物反應器原理

　　浸沒式膜生物反應器(MBR)是膜分離技術和生物技術的有機結合。用超濾或微濾膜分離技術取代傳統(tǒng)的活性污泥法的二沉池和常規(guī)過濾單元，使水力停留時間(HRT)和泥齡(STR)完全分離。其高效的固液分離能力使出水水質良好，懸浮物和濁度接近于零，并可截留大腸桿菌等生物性污染物，處理后出水可直接回用，出水水質要明顯優(yōu)于傳統(tǒng)污水處理工藝，是一種高效、經濟的污水資源化技術。

　　2 膜分離單元特點

　　浸沒式膜生物反應器(MBR)中膜分離單元-濾膜的選擇基于三點：

　　1.可有效的分離活性污泥;

　　2.運行成本最低;

　　3.抗污染能力強。

　　通過對國內外膜生物反應器技術的研究，目前國內外使用的膜生物反應器大部分濾膜孔徑基本集中在0.05-0.4μm之間，基本介于超濾、微濾膜臨界點附近。在如上孔徑范圍基本上實現了對活性污泥的有效截留，同時確保其運行能耗最低。再大或者再小的空間將不太適應于膜生物反應器技術。

　　微濾、超濾、納濾及反滲透過濾功能見如下表：

　　1、微濾膜(MF)

　　截留顆粒直徑0.1 到數微米之間。微濾膜允許大分子和溶解性固體(無機鹽)等通過，但會截留懸浮物、細菌及大分子量膠體等物質。微濾操作壓力一般在0.01～0.2MPa之間。

　　2、超濾膜(UF)

　　截留顆粒直徑0.002～0.1μm 之間。超濾允許小分子物質和溶解性固體(無機鹽)等通過，同時截留下膠體、蛋白質、微生物及大分子有機物，用于表示超濾膜孔徑大小的切割分子量一般在1,000～500,000 之間。超濾操作壓力一般在0.05～0.6MPa 之間。

　　3、膜組件型式

　　中空纖維膜原理及型式

　　篩分過程，浸沒式膜生物反應器(MBR)操作壓力一般在0-70kPa，混合液在靜壓差或自吸泵的作用下，透過纖維素或高分子材料制成的微孔濾膜，利用其均一孔徑，來截留水中的微粒、細菌等，使其不能通過濾膜而被去除。

　　平板膜原理和形式

　　篩分過程，膜生物反應器(MBR)操作壓力0-35KPa，混合液在靜壓差或自吸泵的作用下，透過纖維素或高分子材料制成的微孔濾膜，利用其均一孔徑，來截留水中的微粒、細菌等，使其不能通過濾膜而被去除。

　　a.平板膜元件型式

　　3 膜生物反應器工藝路線

　　3、浸沒式MBR工藝流程

　　常規(guī)MBR 污水處理工藝說明：

　　a.格柵

　　污廢水通過格柵，利用機械格柵去除大塊雜物、漂浮物等，避免對后續(xù)設備的影響。在格柵井內安裝一套機械格柵，柵條間隙為1-2mm，由進水室、格柵渠道組成。在格柵進水室設置應急溢流管，當設備故障或其他非常原因，使進水室的污水超過最高設定水位時，污水通過應急溢流管超越排出，為檢修，在格柵前設置圓形閘閥。柵渣需定期清理，可作垃圾處理。

　　b.調節(jié)池

　　由于來自各時的水質、水量均不一樣，一般高峰流量為平均處理量的2～8倍，因此為使處理系統(tǒng)連續(xù)穩(wěn)定地運行，同時調節(jié)水量和均和水質，設計一座調節(jié)池。調節(jié)池的設計有效容積一般為平均處理量的4～12倍，為保證調節(jié)池內不沉積污物，設置潛水攪拌器進行攪拌。設置液位自動控制裝置，水泵將根據液位自動開啟;設置潛污泵提升污水至缺氧池，配套自動耦合起吊裝置。

　　c.缺氧池

　　污水進入缺氧池，同時進入的還有膜池的回流混合液和污泥池的污泥。缺氧池主要作用是依靠污水中的有機物為碳源，利用反硝化細菌的反硝化作用將回流至該池泥水混合物中的硝酸鹽、亞硝酸鹽轉化為氮氣，從而實現廢水脫氮。此外，由于在脫氮過程中也消耗了污水中的有機物，所以廢水COD同時降低。池內設潛水攪拌器，溶解氧濃度為0.5mg/L。

　　d.好氧池

　　污水經缺氧池處理后，自流進入好氧池，即進入好氧處理階段。在曝氣狀態(tài)下中大量繁殖的活性污泥中微生物以及硝化菌群、磷細菌，降解或吸附水中含碳、氨氮、磷有機污染物質，以達到凈化水質的目的。池內設置硅橡膠管式曝氣器，具有良好的氧轉移率。控制溶解氧濃度2.0mg/L。

　　好氧池采用鼓風曝氣方式。傳統(tǒng)地埋式常用潛流曝氣方式，但運行發(fā)現當停止曝氣時，污泥沉淀至曝氣口附近而造成曝氣口堵塞現象，使曝氣機難以啟動，甚至完全不能啟動;同時，由于潛流曝氣設備埋設于地下，造成維修更換困難，給正常運行造成很大的麻煩。所以本設計采用羅茨鼓風機進行鼓風曝氣，安裝由管道組成的曝氣系統(tǒng)，不易堵塞，風機設在設備房，維修更換方便。

　　e.MBR池

　　利用膜對生化反應池內的含泥污水進行過濾，實現泥水分離。一方面，膜截留了反應池中的微生物，使池中的活性污泥濃度大增加，使降解污水的生化反應進行得更迅速更徹底;另一方面，由于膜的高過濾精度，保證了出水清澈透明，得到高質量的產水。

　　膜池設置MBR膜組件系統(tǒng)及配套的出水、清洗、吹掃等系統(tǒng)。MBR膜區(qū)內的吹掃(曝氣)有兩個用途，一是用于膜組件周圍的氣水振蕩，保持膜表面清潔，二是為提供生物降解所需要的氧氣。通過膜的高效截留作用，全部細菌及懸浮物均被截流在曝氣池中，可以有效截留硝化菌，使硝化反應順利進行，有效去除氨氮;同時可以截留難于降解的大分子有機物，延長其在反應器中的停留時間，使之得到最大限度的降解。剩余污泥通過膜區(qū)剩余污泥泵定期排出，可控制系統(tǒng)內活性污泥的濃度及污泥齡。

　　f.消毒/清水池

　　經膜過濾的出水尚有一部分病毒不能被去除，出水再經消毒即可達標回用?？刹捎米贤庀荆竞蟮乃畠Υ嬖谇逅貎裙┦褂?，預留取水泵位置。

　　MBR 系統(tǒng)實現從水中去除有機物(COD)、氨氮(NH3-H)、總氮(TN)和總磷(TP)。用戶可根據出水要求，組合厭氧、缺氧、好氧工藝，實現對出水的要求。

　　以下是針對不同水處理要求所建議的處理工藝，如表所示：

　　4、膜池活性污泥循環(huán)方式

　　如果采用好氧池+膜池或脫氮池+膜池的運行方式，為了保證均衡的污泥濃度和脫氮效果，需要進行活性污泥(MLSS)循環(huán)。大致有以下三種方式：

　　4 浸沒式膜生物反應器布置

　　1、中空纖維膜組件布置

　　2、平板膜組件布置圖

　　5 浸沒式膜生物反應器的主要特點

　　膜生物反應器(Membrane Bio-Reactor，MBR)是一種由膜分離單元與生物處理單元相結臺的新型水處理技術，以膜組件取代二沉池，在生物反應器中保持高活性污泥濃度減少污水處理設施占地，并通過保持低污泥負荷減少污泥量。與傳統(tǒng)的生化水處理技術相比，MBR 具有以下主要優(yōu)點：

　　1、能夠有效地進行固液分離，分離效果遠好于傳統(tǒng)的沉淀池，出水水質良好，出水懸浮物和濁度接近于零，可直接回用，實現了污水資源化;

　　2、膜的高效攔截作用使微生物完全截流在反應器內，實現了反應器水力停留時間(HRT)和污泥齡(SRT)的完全分離，使運行控制更加靈活穩(wěn)定;

　　3、 反應器內的微生物濃度高，耐沖擊負荷能力強;

　　4、有利于增殖緩慢的硝化細菌的截流生長和繁殖，系統(tǒng)硝化效率得以提高，具有一定的脫氮、除磷功能，優(yōu)于傳統(tǒng)的生物處理單元;

　　5、污泥齡長。膜分離使污水中的大分子難降解成分，在體積有限的生物反應器內有足夠的停留時間，大大提高了難降解有機物的降解效率。反應器在高容積負荷、低污泥負荷、長泥齡下運行，可以實現基本無剩余污泥排放;

　　6、省去二次沉淀池，節(jié)省占地;

　　7、系統(tǒng)采用PLC 控制，可實現全自動化控制。

　　6 浸沒式膜生物反應器預處理

　　沒有預處理，對MBR是不可想象。預處理的作用：既要防止膜污染，又要保證生物體系的正常運行。處理不當：格柵過粗、絮凝不充分(PAM)等高分子之間易吸附，加強膜污染。根據原水的特點，選擇適當的預處理措施。

　　1、MBR預處理設施選擇的原則

　　MBR工藝保護膜的預處理設施：超細格柵(0.2-2mm)。超細格柵選擇原則： (1) 設在沉砂池之后; (2) 選用Mesh或Hole狀轉鼓格柵; (3) 平板膜1-2mm。

　　2、MBR工藝保護膜的預處理

　　多數膜工程商：進水油脂<50mg/L，礦物油<3mg/L

　　3、中空纖維膜對預處理的要求

　　4、平板膜對預處理的要求

　　7 MBR技術設計關鍵點

　　1、 MBR構型選擇與膜組件形式

　　(1)污泥濃度<10g/L;

　　(2)膜組件排布時，需要考慮維護管理的便利性;

　　(3)通量：工業(yè)廢水處理時，提供一般1/2生活污水通量，但實際選擇時，需要結合具體的廢水類型和水質特征進行具體分析。

　　2、運行費用與能耗

　　(1)運行費用是工程設計中需要特別考慮的。

　　(2)MBR的運行費用：a.水泵的性能：與膜組件和TMP有關;b.曝氣：膜曝氣，一般采用大氣泡曝氣;生物曝氣，一般采用微氣泡曝氣;

　　注：①小型MBR，生物曝氣和膜曝氣可以合并，采用大氣泡方式，保證對膜組件的沖刷，但能耗稍高。②中型、大型MBR，需分開設置，既保證對膜組件的沖刷作用，又可以降低能耗。③過量的膜曝氣，會造成膜壽命下降和膜組件損傷。

　　膜的清洗：所在比例很小;

　　(4)膜的更換：與膜材質、膜廠家技術水平、維護好壞等有關。

　　3、風機與曝氣管

　　(1)為保護膜，宜采用無油壓縮風機。

　　(2)由于工業(yè)廢水沖擊負荷的問題，需要足夠的溶解氧即需要有足夠的風機富余量。

　　曝氣管容易堵塞，需要設置清洗設備。設計管路時，應防止清洗水流入風機。鼓風機管路應高于水面，防止清洗水流入風機。

　　4、自控方式與監(jiān)測

　　(1)通常情況下采用PLC控制，配置必要的電/氣動閥門，自動運行。

　　(2)自動閥門應帶有信號反饋，以確定是否開關到位。

　　(3)設計監(jiān)測指標：TMP、水質、濁度等。

　　5、臭味、噪音和濕度問題

　　(1)由于曝氣量較大，MBR車間的臭味、噪音和濕度都較大。

　　(2)臭味：根據需要，反應池頂部加蓋，做成密閉方式，用離心鼓風機將臭氣抽取到臭味去除裝置中。

　　(3)噪音：采用隔音罩，或者選擇低噪音風機。

　　(4)濕度：根據需要，增加除濕器或者加強通風。

　　(5)溫度：不能超過40～45度。

　　6、色度問題與去除

　　(1)目前的MBR均采用超濾/微濾膜，對色度的截留效果較低。

　　(2)原水中的色度：進行預處理，加入混凝劑或脫色劑，預先把色度降低到一個合理的范圍，然后進入MBR，通過生物降解作用繼續(xù)脫色。

　　(3)膜出水有時會有色度?？刹捎贸粞?、活性炭等方式繼續(xù)脫色。

　　7、后期運行維護的便利性

　　(1)考慮膜組件清洗的便利性;

　　(2)考慮膜組件更換的便利性;

　　(3)操作人員日常維護、日常檢修等。

　　8、膜組件選型

　　膜元件用量計算

　　n(張)=Qmax/(F˙A)

　　其中： Qmax：日最大污水量(m3/d);考慮下雨、洪水等情況的最大日污水量。

　　F： 膜通量[L/( m2˙d)];

　　A ：每張膜元件的有效膜面積(m2/張)。

　　參考值：

　　1.生活污水設計膜通量范圍：400～800L/(m2˙d)。(中空、平板適用范圍)

　　2.工業(yè)廢水設計膜通量范圍：100～400L/(m2˙d)。工業(yè)廢水的場合最好通過試驗確認膜通量最佳值.(中空、平板適用范圍)

　　9、設計水量

　　設計流量的確定是污水處理廠設計最基本的問題，是污水處理系統(tǒng)設計、工藝設備選型的基礎。

　　(1)傳統(tǒng)的生物處理工藝：污水處理廠規(guī)模Qd是指平均日污水量，污水處理的生物處理系統(tǒng)多數也是按照Qd設計。生物處理系統(tǒng)是利用微生物吸附、水解或氧化水中有機物的設施，具有很強的緩沖能力。

　　(2)MBR工藝：通常采取恒流出水模式，決定了膜通量和膜數量的選擇。污水處理廠的設計流量與運行流量要保持一致。

　　多數膜供應商：設定(1.2-1.3)Qd的水量沖擊負荷。

　　如果出現長時間的污水量沖擊負荷，對系統(tǒng)運行膜而言，需以更大的膜通量運行才能保證系統(tǒng)進、出水平衡，顯然這樣高通量運行勢必會造成嚴重的膜污染，影響MBR系統(tǒng)的正常運行。如發(fā)生長時間污水量的沖擊，需采取一定的措施來分流超過設計流量的峰值負荷，引向污水處理廠中其他非MBR工藝的處理系統(tǒng)或其他市政污水處理廠。

　　10、膜生物反應器系統(tǒng)設計計算書(以平板膜-膜生物反應器為案例)

　　設計參數

　　(1)處理對象：生活污水

　　(2)處理規(guī)模：200m3/d

　　(3)進出水水質：

　　(4)處理工藝：缺氧+MBR工藝

　　構筑物容積設計計算

　　(1)調節(jié)池

　　無特殊參數設定，一般按照平均小時處理量的4-12倍設計，有效停留時間4-12h。

　　流量調節(jié)比：

　　K=膜片數量(片)×膜面積(1.0或1.5m2)×0.4m3/(m2.d)÷Q m3.d=330×1.5×0.4÷200=0.99

　　計算式：V=(Q/T-KQ/24)T=(200/12-0.99×200/24)×12=100.92 m3

　　實際尺寸：8.0×5.0×4.5m 實際有效容積：100m3

　　(2)脫氮池

　　氮容積負荷定為0.2 kg-N/(m3?d)以下。

　　流入水含氮量

　　200.0 m3/d×0.035kg-N/m3=7.0 kg/d

　　需要容量

　　7.0 kg/d÷0.2 kg-N/(m3?d)=35.0 m3以上

　　實際尺寸： 5.0m×2.0m×4.5m (實際有效容積40m3)

　　(3) 硝化池

　　氮容積負荷定為0.25 kg-N/(m3?d)以下。

　　流入水含氮量

　　200.0 m3/d×0.05kg-N/m3=10.0 kg/d

　　需要容量

　　10.0 kg/d÷0.25 kg-N/(m3?d)=40.0 m3以上

　　實際尺寸：5.0m×2.0m×4.5m(實際容量40m3)

　　※ 以上尺寸應該為考慮到了膜組件的設置面積后的容量。

　　(4) 消毒池

　　日平均汚水量的15分鐘量以上

　　0.14 m3/min×15 min=2.1 m3以上

　　實際尺寸： 1.0m×1.5m×4.5m(實際有效容積6 m3)

　　(5) 排放池

　　日平均汚水量的15分鐘量以上

　　0.14 m3/min×15 min=2.1 m3以上

　　實際尺寸： 1.0m×1.5m×4.5m(實際有效容積6m3)

　　(6) 殘渣?汚泥儲存池

　　剩余汚泥量：(汚泥濃度設為2.0%，BOD的汚泥轉換率設為45%)

　　200.0 m3/d×0.2kg-BOD/m3×0.45=18.0 kg/d

　　18.0 kg/d÷20kg/m3=0.9m3/d

　　殘渣量：(殘渣濃度50 000 mg/L，每流入1kg BOD為0.05kg)

　　200.0 m3/d×0.2kg-BOD/m3×0.05kg/kg=2.0 kg/d

　　2.0 kg/d÷50kg/m3=0.04m3/d

　　存貯量設為14天的量。(0.9 m3/d+0.04 m3/d)×14d=13.2 m3以上

　　實際尺寸：3.0m×1.5m×4.5m(實際有效容積：18.0m3)