污水处理技术：第7章 膜生物反应

1、第七章 膜生物反应器主 要 内 容MBR原理1 MBR类型2MBR运行的影响因素 37.1 膜生物反应器的分类与特征 MBR是将废水生物处理技术和膜分离技术相结合而形成的一种新型、高效的污水处理技术。膜生物反应器主要由膜组件和膜生物反应器两部分构成。大量的微生物（活性污泥）在生物反应器内与基质（废水中的可降解有机物等）充分接触，通过氧化分解作用进行新陈代谢以维持自身生长、繁殖，同时使有机污染物降解。膜组件通过机械筛分、截留等作用对废水和污泥混合液进行固液分离。大分子物质等被浓缩后返回生物反应器，从而避免了微生物的流失。生物处理系统和膜分离组件的有机组合，不仅提高了系统的出水水质和运行的稳定程度

2、，还延长了难降解大分子物质在生物反应器中的水力停留时间，加强了系统对难降解物质的去除效果。 膜生物反应器的分类 根据膜组件和生物反应器的组合位置不同可笼统地将膜生物反应器分为一体式、分置式和复合式三大类。一体式MBR反应器利用曝气产生的气液向上剪切力实现膜面的错流效应，也有在膜组件附件进行叶轮搅拌或通过膜组件自身旋转来实现错流效应。 7.1.1 一体式MBR反应器 膜组件置于生物反应器之中，减少了处理系统的占地面积。用抽吸泵或真空泵抽吸出水，动力消耗费用远远低于分置式MBR，资料表明，一体式MBR每顿出水的动力消耗为0.2-0.4kWh，约是分置式MBR的1/10。如果采用重力出水，则可完全节

3、省这部分费用。一体式MBR不使用加压泵，因此，可避免微生物菌体受到剪切而失活。膜组件浸没在生物反应器的混合液中，污染较快，而且清洗起来较为麻烦，需要将膜组件从反应器中取出。一体式MBR的膜通量低于分置式。 一体式膜生物反应器的主要特点 7.1.2 分置式MBR反应器 膜组件和生物反应器各自分开，独立运行，因而相互干扰较小，易于调节控制。膜组件置于生物反应器之外，更易于清洗更换。膜组件在有压条件下工作，膜通量较大，且加压泵产生的工作压力在膜组件承受压力范围内可以进行调节，从而可根据需要增加膜的透水率。分置式膜生物反应器的动力消耗较大，加压泵提供较高的压力，造成膜表面高速错流，延缓膜污染，这是其动

4、力费用大的原因。生物反应器中的活性污泥始终都在加压泵的作用下进行循环，由于叶轮的高速旋转而产生的剪切力会使某些微生物菌体产生失活现象。分置式膜生物反应器和另外两种膜生物反应器相比，结构稍复杂，占地面积也稍大。 7.1.3 复合式MBR反应器 复合式MBR在形式上仍属于一体式MBR，也是将膜组件置于生物反应器之中，通过重力或负压出水，所不同的是复合式MBR是在生物反应器中安装填料，形成复合式处理系统。在复合式MBR中安装填料的目的有两个：一是提高处理系统的抗冲击负荷，保证系统的处理效果；二是降低反应器中悬浮性活性污泥浓度，减小膜污染才程度，保证较高的膜通量。7.1.4 膜生物反应器的特点 能够高

5、效地进行固液分离，分离效果远好于各种沉淀池；出水水质好，出水中的悬浮物和浊度几乎为零，可以直接回用；将二级处理与深度处理合并为一个工艺；实现了污水的资源化。由于膜的高效截留作用，可以将微生物完全截留在反应器内；将反应器的水力停留时间(HRT)和污泥龄(STR)完全分开，使运行控制更加灵活。反应器内微生物浓度高，耐冲击负荷。反应器在高容积负荷、低污泥负荷、长污泥龄的条件下运行，可以实现基本无剩余污泥排放。由于采用膜法进行固液分离，使污水中的大分子难降解成分在体积有限的生物反应器中有足够的停留时间，极大地提高了难降解有机物的降解效率。同时不必担心产生污泥膨胀的问题。由于污泥龄长，有利于增殖缓慢的硝

6、化菌的截留、生长和繁殖，系统硝化作用得以加强。通过运行方式的适当调整亦可具有脱氮除磷的功能。系统采用PLC控制，可实现全程自动化控制。MBR工艺设备集中，占地面积小。MBR工艺处理污水的特点污染物去除效率高，处理出水水质好 污泥浓度高，装置容积负荷大，占地面积小 有利于增殖缓慢或高效微生物的截留，提高系统的硝化效果和对难降解有机物的处理能力 剩余污泥产生量低 易于实现自动控制，操作管理方便 经处理后排放水可实现回用特点7.2 膜生物反应器的工艺流程及设计 7.2.1 单池一体式MBR工艺 单池一体式膜生物反应器将膜组件直接置于生物反应器中，反应器相当于活性污泥系统的曝气池，以膜组件代替二沉池，

7、利用真空泵或其他类型的泵进行抽吸，得到过滤液，成为系统的处理水。这种工艺流程简单，能耗少，占地小，适合于城市污水和含碳有机废水的处理。7.2.2 分置式MBR工艺 在分置式膜生物反应器中，膜组件设在反应器外，反应器中的混合液由泵加压后进入膜组件，在压力的作用下过滤液成为系统的处理水，活性污泥、大分子等物质被膜截留，回流到生物反应器。分置式MBR采用的膜组件一般为平板式和管式。部分学者认为，分置式MBR工艺运行稳定，在操作管理和膜清洗更换方面优于一体式MBR工艺。7.2.3 MBR两级脱氮工艺 采用两个生物反应器，其中一个为硝化池，另一个为反硝化池。膜组件浸没于硝化池反应器中，两池之间通过泵输送

8、混合液，硝化液可通过重力实现回流。反硝化反应器作为缺氧区，硝化反应器作为好氧区，实现硝化-反硝化生物脱氮的目的。7.2.4 序批式MBR工艺 在进水阶段反应器内的氧被迅速降低，避免了传统前置反硝化膜生物反应器氧可以连续进人反硝化区的弊端。在传统SBR系统中，沉淀和排水阶段占用整个循环周期的大部分时间。利用膜分离可以在反应阶段排水，可以完全省去沉淀和排水所需的时间。因此序批式MBR工艺可以缩短传统SBR工艺的循环周期，提高设备的利用率。MBR的运行管理和维护1 一定要先进行接种、好氧运行；当反应池内的MLSS 大于3000mgL时，方可开始膜组件的抽吸运行。2 MLSS的运行浓度10000-15

9、000mgL，不要超过20000mgL。3 活性污泥的粘度不能过高，进行污泥过滤性的测试。4 滤膜的过滤通量不要超过给定的膜的临界过滤通量。5 保持滤膜正常的工件差压，当压差超过40KPa时进行清洗。6 定期对膜组件进行加大曝气量的运行；对散气管孔也进行定期冲洗，保持膜面充分的气液流动，防止出现污泥结垢。 7.3 MBR反应器中膜污染及防治 造成膜污染堵塞的主要原因有：膜表面的浓差极化现象、污染物在膜表面和膜孔内的吸附沉积。7.3.1 膜污染 1）膜的性质膜的性质主要是指膜材料的物化性能，如由膜材料的分子结构决定的膜表面的电荷性、憎水性、膜孔径大小、粗糙度等。2）料液性质料液性质主要包括料液固

10、形物及其性质、溶解性有机物及其组成成分，此外，料液的pH值等亦影响膜的污染。在活性污泥的条件下污泥浓度过高对膜分离会产生不利影响。3）膜分离的操作条件当操作压力低于临界压力时，膜通量随压力增加而增加；而高于此值时会引起膜表面污染的加剧，膜通量随压力的变化不大。 7.3.2 膜污染的控制措施 1、对料液进行有效处理对料液（原水）采取有效的预处理，以达到膜组件进水的水质指标，如预絮凝、预过滤或改变溶液pH值等方法，以脱除一些能与膜相互作用的溶质。3.选择合适的膜结构膜结构的选择，对于防止膜污染的产生也很重要。对称结构的膜比不对称结构的膜更容易污染。2、选择合适的膜材料6、投加吸附剂改善料液特性向生物反应器内投加某种吸附剂，如粉末活性炭(PAC)，有助于改善污泥混合液的特性，减小过滤的阻力，提高膜的渗透速率，并能提高MBR的处理效率。 4、改善膜面流体力学条件改善膜面附近液侧的流体力学条件，如提高进水流速或采用错流等方法，减少浓度差极化，使被截留的溶质及时地被水流带走。5.采用间歇操作的运行方式 7.3.3 膜污染后的清洗 物理方法反冲洗采用水和空气混合流体去除污染物其他方法化学清洗通常是用化学清洗剂，如稀酸、稀碱、酯、表面活性剂、络合剂和氧化