mbr污水处置工艺设计

MBR污水解决工艺介绍一、工艺介绍在污水解决，水资源再运用领域，MBR又称膜生物反映器(MembraneBio-Reactor),是一种由活性污泥法与MBR膜图片膜分离技术相结合的新型水解决技术。膜的种类繁多,按分离机理进行分类,有反映膜、离子交换膜、渗入膜等;按膜的性质分类,有天然膜(生物膜)和合成膜(有机膜和无机膜);按膜的构造型式分类,有平板型、管型、螺旋型及中空纤维型等。二、工艺的构成膜-生物反映器重要由膜分离组件及生物反映器两部分构成。普通提到的膜-生物反映器事实上是三类反映器的总称:①曝气膜-生物反映器(AerationMembraneBioreactor,AMBR);②萃取膜-生物反映器(ExtractiveMembraneBioreactor,EMBR);③固液分离型膜-生物反映器(Solid/LiquidSeparationMembraneBioreactor,SLSMBR,简称MBR)。1、曝气膜-生物反映器曝气膜-生物反映器最早见于Cote.P等1988年报道，采用透气性致密膜(如硅橡胶膜)或微孔膜(如疏水性聚合膜)，以板式或中空纤维式组件，在保持气体分压低于泡点(BubblePoint)状况下，可实现向生物反映器的无泡曝气。该工艺的特点是提高了接触时间和传氧效率，有助于曝气工艺的控制，不受传统曝气中气泡大小和停留时间的因素的影响。如图[1]所示。2、折叠萃取膜-生物反映器萃取膜-生物反映器又称为EMBR(ExtractiveMembraneBioreactor)。由于高酸碱度或对生物有毒物质的存在，某些工业废水不适宜采用与微生物直接接触的办法解决;当废水中含挥发性有毒物质时，若采用传统的好氧生物解决过程，污染物容易随曝气气流挥发，发愤怒提现象，不仅解决效果很不稳定，还会造成大气污染。为理解决这些技术难题，英国学者Livingston研究开发了EMB。废水与活性污泥被膜隔开来，废水在膜内流动，而含某种专性细菌的活性污泥在膜外流动，废水与微生物不直接接触，有机污染物能够选择性透过膜被另一侧的微生物降解。由于萃取膜两侧的生物反映器单元和废水循环单元是各自独立，各单元水流互相影响不大，生物反映器中营养物质和微生物生存条件不受废水水质的影响，使水解决效果稳定。系统的运行条件如HRT和SRT可分别控制在最优的范畴，维持最大的污染物降解速率。3、折叠固液分离型膜-生物反映器固液分离型膜-生物反映器是在水解决领域中研究得最为广泛进一步的一类膜-生物反映器，是一种用膜分离过程取代传统活性污泥法中二次沉淀池的水解决技术。在传统的废水生物解决技术中，泥水分离是在二沉池中靠重力作用完毕的，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，这限制了该办法的合用范畴。由于二沉池固液分离的规定，曝气池的污泥不能维持较高浓度，普通在1.5~3.5g/L左右，从而限制了生化反映速率。水力停留时间(HRT)与污泥龄(SRT)互相依赖，提高容积负荷与减少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，其处置费用占污水解决厂运行费用的25%~40%。传统活性污泥解决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。针对上述问题，MBR将膜分离技术与传统生物解决技术有机结合，MBR实现污泥停留时间和水力停留时间的分离，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，提高了生化反映速率。同时，通过减少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。三、MBR工艺类型下列讨论的均为固液分离型膜-生物反映器。根据膜组件和生物反映器的组合方式，可将膜-生物反映器分为分置式、一体式以及复合式三种基本类型。分置式膜-生物反映器把膜组件和生物反映器分开设立，如图3所示。生物反映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，成为系统解决水;固形物、大分子物质等则被膜截留，随浓缩液回流到生物反映器内。分置式膜-生物反映器的特点是运行稳定可靠，易于膜的清洗、更换及增设;并且膜通量普遍较大。但普通条件下为减少污染物在膜表面的沉积，延长膜的清洗周期，需要用循环泵提供较高的膜面错流流速，水流循环量大、动力费用高(Yamamoto,1989)，并且泵的高速旋转产生的剪切力会使某些微生物菌体产生失活现象(BrockmannandSeyfried,1997)。一体式膜-生物反映器是把膜组件置于生物反映器内部，如图4所示。进水进入膜-生物反映器，其中的大部分污染物被混合液中的活性污泥去除，再在外压作用下由膜过滤出水。这种形式的膜-生物反映器由于省去了混合液循环系统，并且靠抽吸出水，能耗相对较低;占地较分置式更为紧凑，近年来在水解决领域受到了特别关注。但是普通膜通量相对较低，容易发生膜污染，膜污染后不容易清洗和更换。复合式膜-生物反映器在形式上也属于一体式膜-生物反映器，所不同的是在生物反映器内加装填料，从而形成复合式膜-生物反映器，变化了反映器的某些性状，如图5所示:四、MBR解决工艺的特点与许多传统的生物水解决工艺相比，MBR含有下列重要特点:1、出水水质优质稳定由于膜的高效分离作用，分离效果远好于传统沉淀池，解决出水极其清澈，悬浮物和浊度靠近于零，细菌和病毒被大幅去除，出水水质优于建设部颁发的生活杂用水水质原则(CJ25.1-89)，能够直接作为非饮用市政杂用水进行回用。同时，膜分离也使微生物被完全被截流在生物反映器内，使得系统内能够维持较高的微生物浓度，不仅提高了反映装置对污染物的整体去除效率，确保了良好的出水水质，同时反映器对进水负荷(水质及水量)的多个变化含有较好的适应性，耐冲击负荷，能够稳定获得优质的出水水质。2、剩余污泥产量少该工艺能够在高容积负荷、低污泥负荷下运行，剩余污泥产量低(理论上能够实现零污泥排放)，减少了污泥解决费用。3、占地面积小，不受设立场合限制生物反映器内能维持高浓度的微生物量，解决装置容积负荷高，占地面积大大节省;该工艺流程简朴、构造紧凑、占地面积省，不受设立场合限制，适合于任何场合，可做成地面式、半地下式和地下式。4、可去除氨氮及难降解有机物由于微生物被完全截流在生物反映器内，从而有助于增殖缓慢的微生物如硝化细菌的截留生长，系统硝化效率得以提高。同时，可增加某些难降解的有机物在系统中的水力停留时间，有助于难降解有机物降解效率的提高。5、操作管理方便，易于实现自动控制该工艺实现了水力停留时间(HRT)与污泥停留时间(SRT)的完全分离，运行控制更加灵活稳定，是污水解决中容易实现装备化的新技术，可实现微机自动控制，从而使操作管理更为方便。6、易于从传统工艺进行改造该工艺能够作为传统污水解决工艺的深度解决单元，在都市二级污水解决厂出水深度解决(从而实现都市污水的大量回用)等领域有着广阔的应用前景。膜-生物反映器也存在某些局限性。重要体现在下列几个方面:o膜造价高，使膜-生物反映器的基建投资高于传统污水解决工艺;o膜污染容易出现，给操作管理带来不便;o能耗高:首先MBR泥水分离过程必须保持一定的膜驱动压力，另首先是MBR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，尚有为了加大膜通量、减轻膜污染，必须增大流速，冲刷膜表面，造成MBR的能耗要比传统的生物解决工艺高。五、MBR解决工艺用膜膜能够由诸多个材料制备，能够是液相、固相甚至是气相的。现在使用的分离膜绝大多数是固相膜。根据孔径不同可分为:微滤膜、超滤膜、纳滤膜和反渗入膜;根据材料不同，可分为无机膜和有机膜，无机膜重要是微滤级别膜。膜能够是均质或非均质的，能够是荷电的或电中性的。广泛用于废水解决的膜重要是由有机高分子材料制备的固相非对称膜。膜的分类根据及分类:1、MBR膜材质1）、高分子有机膜材料:聚烯烃类、聚乙烯类、聚丙烯腈、聚砜类、芳香族聚酰胺、含氟聚合物等。有机膜成本相对较低，造价便宜，膜的制造工艺较为成熟，膜孔径和形式也较为多样，应用广泛，但运行过程易污染、强度低、使用寿命短。2）、无机膜:是固态膜的一种，是由无机材料，如金属、金属氧化物、陶瓷、多孔玻璃、沸石、无机高分子材料等制成的半透膜。现在在MBR中使用的无机膜多为陶瓷膜，优点是:它能够在pH=0~14、压力P<10MPa、温度<350℃的环境中使用，其通量高、能耗相对较低，在高浓度工业废水解决中含有很大竞争力;缺点是:造价昂贵、不耐碱、弹性小、膜的加工制备有一定困难。2、MBR膜孔径MBR工艺中用膜普通为微滤膜(MF)和超滤膜(UF)，大都采用0.1~0.4μm膜孔径，这对于固液分离型的膜反映器来说已经足够。微滤膜惯用的聚合物材料有:聚碳酸酯、纤维素酯、聚偏二氟乙烯、聚砜、聚四氟乙烯、聚氯乙烯、聚醚酰亚胺、聚丙烯、聚醚醚酮、聚酰胺等。超滤惯用聚合物材料有:聚砜、聚醚砜、聚酰胺、聚丙烯腈(PAN)、聚偏氟乙烯、纤维素酯、聚醚醚酮、聚亚酰胺、聚醚酰胺等。3、MBR膜组件为了便于工业化生产和安装，提高膜的工作效率，在单位体积内实现最大的膜面积，普通将膜以某种形式组装在一种基本单元设备内，在一定的驱动力下，完毕混合液中各组分的分离，这类装置称为膜组件(Module)。工业上惯用的膜组件形式有五种:板框式(PlateandFrameModule)、螺旋卷式(SpiralWoundModule)、圆管式(TubularModule)、中空纤维式(HollowFiberModule)和毛细管式(CapillaryModule)。前两种使用平板膜，后三者使用管式膜。圆管式膜直径>10mm;毛细管式-0.5~10.0mm;中空纤维式<0.5mm>。名称/项目中空纤维式毛细管式螺旋卷式平板式圆管式价格(元/m3)40~150150~800250~800800~2500400~1500冲填密度高中中低低清洗难易中易易压力降高中中中低可否高压操作可否可较难较难膜形式限制有有无无无表:多个膜组件特性MBR工艺中惯用的膜组件形式有:板框式、圆管式、中空纤维式。板框式:是MBR工艺最早应用的一种膜组件形式，外形类似于普通的板框式压滤机。优点是:制造组装简朴，操作方便，易于维护、清洗、更换。缺点是:密封较复杂，压力损失大，装填密度小。圆管式:是由膜和膜的支撑体构成，有内压型和外压型两种运行方式。实际中多采用内压型，即进水从管内流入，渗入液从管外流出。膜直径在6~24mm之间。圆管式膜优点是:料液能够控制湍流流动，不易堵塞，易清洗，压力损失小。缺点是:装填密度小。中空纤维式:外径普通为40~250μm，内径为25~42μm。优点是:耐压强度高，不易变形。在MBR中，常把组件直接放入反映器中，不需耐压容器，构成浸没式膜-生物反映器。普通为外压式膜组件。优点是:装填密度高;造价相对较低;寿命较长，能够采用物化性能稳定，透水率低的尼龙中空纤维膜;膜耐压性能好，不需支撑材料。缺点是:对堵塞敏感，污染和浓差极化对膜的分离性能有很大影响。MBR膜组件设计的普通规定:o对膜提供足够的机械支撑，流道畅通，没有流动死角和静水区;o能耗较低，尽量减少浓差极化，提高分离效率，减轻膜污染;o尽量高的装填密度，安装，清洗、更换方便;o含有足够的机械强度、化学和热稳定性。膜组件的选用要综合考虑其成本，装填密度、应用场合、系统流程、膜污染及清洗、使用寿命等。六、MBR解决工艺的应用领域进入90年代中后期，膜-生物反映器在国外已进入了实际应用阶段。加拿大

Zenon公司首先推出了超滤管式膜-生物反映器，并将其应用于都市污水解决。为了节省能耗，该公司又开发了浸入式中空纤维膜组件，其开发出的膜-生物反映器已应用于美国、德国、法国和埃及等十多个地方，规模从380m3/d至7600m3/d。日本三菱人造丝公司也是世界上浸入式中空纤维膜的出名提供商，其在MBR的应用方面也积累了数年的经验，在日本以及其它国家建有多项实际MBR工程。日本Kubota公司是另一种在膜-生物反映器实际应用中含有竞争力的公司，它所生产的板式膜含有流通量大、耐污染和工艺简朴等特点。国内某些研究者及公司也在MBR实用化方面进行着尝试。现在，膜-生物反映器已应用于下列领域:1、都市污水解决及建筑中水回用1967年第一种采用MBR工艺的废水解决厂由美国的Dorr-Oliver公司建成，这个解决厂解决14m3/d废水。1977年，一套污水回用系统在日本的一幢高层建筑中得到实际应用。1980年，日本建成了两座解决能力分别为10m3/d和50m3/d的MBR解决厂。90年代中期，日本就有39座这样的厂在运行，最大解决能力可达500m3/d，并且有100多处的高楼采用MBR将污水解决后回用于中水道。1997年，英国Wessex公司在英国Porlock建立了当时世界上最大的MBR系统，日解决量达2，000m3，1999年又在Dorset的Swanage建成了13，000m3/d的MBR工厂[14]。1998年5月，清华大学进行的一体式膜-生物反映器中试系统通过了国家鉴定。初，清华大学在北京市海淀乡医院建起了一套实用的MBR系统，用以解决医院废水，该工程于年6月建成并投入使用，现在运转正常。年9月，天津大学杨造燕专家及其领导的科研小组在天津新技术产业园区普辰大厦建成了一种MBR示范工程，该系统日解决污水25吨，解决后的污水全部用于卫生间的冲洗及绿地浇洒，占地面积为10平方米，解决每吨污水的能耗为0.7kW·h。2、工业废水解决90年代以来，MBR的解决对象不停拓宽，除中水回用、粪便污水解决以外，MBR在工业废水解决中的应用也得到了广泛关注，如解决食品工业废水、水产加工废水、养殖废水、化妆品生产废水、染料废水、石油化工废水，均获得了良好的解决效果。90年代初，美国在Ohio建造了一套用于解决某汽车制造厂的工业废水的MBR系统，解决规模为151m3/d，该系统的有机负荷达6.3kgCOD/m3·d，COD去除率为94%，绝大部分的油与油脂被降解。在荷兰，一脂肪提取加工厂采用传统的氧化沟污水解决技术解决其生产废水，由于生产规模的扩大，成果造成污泥膨胀，污泥难以分离，最后采用Zenon的膜组件替代沉淀池，运行效果良好。3、微污染饮用水净化随着氮肥与杀虫剂在农业中的广泛应用，饮用水也不同程度受到污染。LyonnaisedesEaux公司在90年代中期开发出同时含有生物脱氮、吸附杀虫剂、去除浊度功效的MBR工艺，1995年该公司在法国的Douchy建成了日产饮用水400m3的工厂。出水中氮浓度低于0.1mgNO2/L，杀虫剂浓度低于0.02μg/L。4、粪便污水解决粪便污水中有机物含量很高，传统的反硝化解决办法规定有很高污泥浓度，固液分离不稳定，影响了三级解决效果。MBR的出现较好地解决了这一问题，并且使粪便污水不经稀释而直接解决成为可能。日本已开发出被称之为NS系统的屎尿解决技术，最核心部分是平板膜装置与好氧高浓度活性污泥生物反映器组合的系统。NS系统于1985年在日本琦玉县越谷市建成，生产规模为10kL/d，1989年又先后在长崎县、熊本县建成新的屎尿解决设施。NS系统中的平板膜每组约0.4m2共几十组并列安装，做成能自动打开的框架装置，并能自动冲洗。膜材料为截流分子量0的聚砜超滤膜。反映器内污泥浓度保持在15000~18000mg/L范畴内。到1994年，日本已有1200多套MBR系统用于解决4000多万人的粪便污水。5、土地填埋场/堆肥渗滤液解决土地填埋场/堆肥渗滤液含有高浓度的污染物，其水质和水量随气候条件与操作运行条件的变化而变化。MBR技术在1994年前就被多家污水解决厂用于该种污水的解决。通过MBR与RO技术的结合，不仅能去除SS、有机物和氮，并且能有效去除盐类与重金属。近来美国Envirogen公司开发出一种MBR用于土地填埋场渗滤液的解决，并在新泽西建成一种日解决能力为40万加仑(约1500m3/d)的装置，在底投入运行。该种MBR使用一种自然存在的混合菌来分解