《膜生物反應(yīng)器》PPT課件

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1、當(dāng)代水處理新技術(shù)原理與應(yīng)用,南開(kāi)大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院 吳立波 聯(lián)系方式：蒙民偉樓322 電話23503730（O） 手機(jī)13820716597 E-mail:,第七講 膜生物反應(yīng)器原理與設(shè)計(jì),一、概念與形式 二、主要MBR簡(jiǎn)介 三、MSBR形式 四、MSBR膜污染 五、MSBR設(shè)計(jì) 六、MSBR應(yīng)用與實(shí)例,一、概念與形式,廣義,狹義,,,泥水分離 無(wú)泡曝氣 污染物萃取,,泥水分離,膜生物反應(yīng)器（membrane bio-reactor,MBR）,是由膜分離與生物處理組合而成的一種新型、高效的污水處理技術(shù)。,MBR分類,MBR是由生物反應(yīng)器與微濾、超濾、納濾或反滲透膜系統(tǒng)組成，可分為

2、微濾膜生物反應(yīng)器和超濾膜生物反應(yīng)器等。 MBR按膜的組件在反應(yīng)器的作用不同可分為分離膜生物反應(yīng)器（membrane separation bioreactor，MSBR，截留和分離固體）、無(wú)泡膜生物反應(yīng)器（membrane aeration bioreactor，MABR，無(wú)泡曝氣，用于高需氧量的廢水處理）、萃取膜生物反應(yīng)器（extractive membrane bioreactor，EMBR，用于工業(yè)廢水中優(yōu)先污染物的處理）。,,,MBR 處理廢水機(jī)理示意圖,二、主要MBR簡(jiǎn)介,2.1 MABR 2.2 EMBR 2.3 MSBR,2.1、MABR工藝原理,無(wú)泡曝氣生物反應(yīng)器(Membra

3、ne AerationBiofilm Reactor)，簡(jiǎn)稱為MABR，由中空纖維膜填料部分和水流部分組成。由于纖維膜微孔直徑很小，為0.10.5 m，曝氣產(chǎn)生肉眼不可見(jiàn)的氣泡，因此稱為無(wú)泡供氧。生物膜所需要的氧氣是通過(guò)纖維束填料供給的，中空纖維膜不僅起著供氧作用，同時(shí)又是固著生物膜的載體。即，純氧或空氣通過(guò)中空纖維膜的微孔為生物膜進(jìn)行無(wú)泡曝氣，在中空纖維膜的外側(cè)形成的生物膜與污水充分接觸，污水中所含的有機(jī)物被生物膜吸附和氧化分解，從而使污水得到凈化。,無(wú)泡曝氣膜生物反應(yīng)器處理污水原理圖。,,無(wú)泡曝氣膜生物反應(yīng)器處理污水原理圖。,MABR供氧方式,中空纖維膜供氧有貫通式和閉端式兩種方式；貫通式

4、MABR內(nèi)中空纖維膜兩端分別被固定在雙層夾板上，氣體由一端夾板持續(xù)通人膜內(nèi)腔，一部分氣體被生物膜消耗，剩余部分從另一端的夾板排出，由于該方式中有氣體剩余，更適用于空氣供氧。閉端式MABR內(nèi)中空纖維膜一端被固定在雙層夾板上，另一端密封，氣體經(jīng)夾板從纖維膜開(kāi)口端通入，在壓力作用下全部進(jìn)入反應(yīng)器，所以更適用于純氧曝氣。此外，該方式中纖維束呈流化態(tài)，反應(yīng)器不易堵塞。,MABR的特點(diǎn),由于曝氣不產(chǎn)生氣泡，氧直接以分子狀態(tài)擴(kuò)散進(jìn)入生物膜，幾乎百分之百地被吸收，傳質(zhì)效率可高達(dá)100 。 由于生物膜生長(zhǎng)在中空纖維膜的外表面，所以在供氧過(guò)程中，生物膜不會(huì)受到氣體摩擦，不易脫落。 氧在傳遞到生物膜的過(guò)程中不經(jīng)過(guò)液

5、相邊界層，因此，傳質(zhì)阻力比常規(guī)曝氣法小得多，能耗大大降低。,曝氣過(guò)程不產(chǎn)生氣泡，避免了傳統(tǒng)曝氣時(shí)污水中易揮發(fā)性物質(zhì)如甲苯、苯酚隨氣泡進(jìn)入大氣而對(duì)環(huán)境造成的污染；同時(shí)不會(huì)由于表面活性劑的存在而產(chǎn)生泡沫。 曝氣過(guò)程中氣液兩相分離，溶液的混合與供氧互不干擾，因此可以各自獨(dú)立設(shè)計(jì)，反應(yīng)器的形式更加靈活多變。 中空纖維膜的比表面積可高達(dá)5018 m2m3，為氧的傳遞和生物膜的生長(zhǎng)提供了巨大的表面積，有利于反應(yīng)器向小型化發(fā)展。,MABR反應(yīng)器中氣液兩相分離，氣體壓力不受容器內(nèi)混合狀態(tài)的影響，因此，可以通過(guò)調(diào)節(jié)氣體壓力的辦法來(lái)控制氧的供應(yīng)。對(duì)于一般廢水，通過(guò)供氧控制，在保證生物膜生長(zhǎng)需氧的同時(shí)，可以避免因過(guò)

6、量曝氣而使污水中DO濃度過(guò)高，大幅度降低運(yùn)行費(fèi)用。對(duì)于含氮廢水，通過(guò)供氧控制，只使靠近纖維膜的內(nèi)層生物膜獲得氧，從而達(dá)到同時(shí)硝化、反硝化和COD去除的效果。,2.2、EMBR,隔離式系統(tǒng)采用選擇膜將污水與生物反應(yīng)器隔開(kāi)，該膜只容許目標(biāo)污染物透過(guò)，進(jìn)入生物反應(yīng)器被降解。而各種對(duì)微生物有害的物理、化學(xué)條件不影響生物反應(yīng)器一側(cè)。,,,萃取MBR示意圖,萃取MBR,2.3、MSBR,常規(guī)的污水處理法,膜法污水處理再生系統(tǒng),膜生物反應(yīng)器（）和低污染反滲透膜相結(jié)合的污水再生系統(tǒng),傳統(tǒng)活性污泥法局限,以活性污泥為代表的傳統(tǒng)好氧生物處理工藝長(zhǎng)期以來(lái)在生活污水以及工業(yè)廢水處理中得到了廣泛應(yīng)用。由于采用重力式沉淀

7、池作為處理水和微生物的固液分離手段，由此帶來(lái)了以下幾方面的問(wèn)題: 1由于沉淀池固液分離效率不高，曝氣池內(nèi)的污泥難以維持到較高濃度，致使處理裝置容積負(fù)荷低，占地面積大； 2處理出水水質(zhì)不夠理想且不穩(wěn)定 3傳氧效率低，能耗高； 4剩余污泥產(chǎn)量大； 5管理操作復(fù)雜。,MSBR工藝特點(diǎn),與傳統(tǒng)的活性污泥處理工藝相比存在如下優(yōu)點(diǎn)： 出水水質(zhì)好，BOD、氮、磷和懸浮物濃度很低，不含細(xì)菌、病毒、寄生蟲(chóng)卵等，水質(zhì)符合三級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，可直接回收或補(bǔ)充地下水。 工藝流程短，占地省，省去了二沉池，占地約為生物處理的1/2。 利于世代時(shí)間長(zhǎng)的細(xì)菌如硝化菌的繁殖，提高了硝化效率。 污泥濃度高，傳氧效率高達(dá)26%60%，節(jié)省了

8、能耗。,可使水力停留時(shí)間和污你泥齡分開(kāi)，運(yùn)行控制靈活。 容積負(fù)荷大，反應(yīng)器內(nèi)MLSS約為（1.53）X104mg/L，利于傳統(tǒng)活性污泥法的改造。 在MBR中同時(shí)進(jìn)行硝化和反硝化，效果較好，脫氮能力強(qiáng)。 剩余污泥量比常規(guī)活性污泥法少50%80%，利于處理。 易于實(shí)現(xiàn)自控。 啟動(dòng)快。 MSBR的優(yōu)點(diǎn)加大了MSBR工藝的推廣和使用。,歷史,1965 Blatt膜分離制取酶制劑 1969美Smith報(bào)道AS+UF處理城市污水 1970英Hardt報(bào)道AS+UF處理高濃度廢水 1972Shelf膜濾+厭氧生物反應(yīng)器 1970s末期日本開(kāi)始大規(guī)模研究 1985日本水再生90計(jì)劃 1989日Yamamato

9、一體式MBR,優(yōu)點(diǎn)與問(wèn)題,優(yōu)勢(shì)：效果好、操作佳、動(dòng)力低、占地少 問(wèn)題：污染物累積、濃差極化、膜污染,一家之言,一、生物處理法 1、從原理上講，它是活性污泥的一個(gè)變種，不能沖破活性污泥的局限性。對(duì)有機(jī)物的去除量仍然主要靠污泥的生物負(fù)荷。2、加入超濾膜的實(shí)質(zhì)是替代二沉池，去除大分子量的可溶和懸浮污染物。3、對(duì)低濃度和小流量的污水有處理效果。 二、運(yùn)行成本高： 1、風(fēng)機(jī)的功率是傳統(tǒng)活性污泥的1.5倍，其中一部分用于對(duì)膜體的抖動(dòng)。2、對(duì)膜的清洗要有專業(yè)人士清洗，并要求在運(yùn)行中時(shí)時(shí)監(jiān)控防止膜的污堵，造成出水水質(zhì)不穩(wěn)定。3、定期膜的更換使維修和檢查工作量加大，將占有很大生產(chǎn)成本支出。4、清洗藥品的用量

10、也很大，并且運(yùn)行一年以后，膜的處理效率將大幅度下降 三、設(shè)備性能要求高： 1、對(duì)風(fēng)機(jī)的機(jī)械性能要求高，如果膜的抖動(dòng)不大，極易使膜受到污染，造成堵塞。2、對(duì)泵的要求也很高，如果膜的水量通量不能達(dá)到足夠大。也易使膜受到污染而堵塞。,三、MSBR形式,分置式MBR,,分置式膜生物反應(yīng)器的示意圖。膜組件一般采用加壓的方式。生物反應(yīng)器的混合液經(jīng)泵增壓后進(jìn)入膜組件，在壓力作用下混合液中的液體透過(guò)膜，成為系統(tǒng)處理水；固形體、大分子物質(zhì)等則被膜截留，隨濃縮液回流到生物反應(yīng)器內(nèi)。分置式的特點(diǎn)是運(yùn)行穩(wěn)定可靠，操作管理容易，易于膜的清洗、更換及增設(shè)但一般條件下為減少污染物在膜表面的沉積，由循環(huán)泵提供的水流流速都很

11、高，為此動(dòng)力消耗較高。,,膜分離器的主要問(wèn)題是膜的堵塞和膜的費(fèi)用貴。膜的堵塞包括通道堵塞和膜面堵塞。前者主要是由于活性污泥中的纖維、雜物等折疊纏繞而引起，后者則主要是內(nèi)于一些大分子物質(zhì)與無(wú)機(jī)金屬離子反應(yīng)生成凝膠層沉積于膜表出而引起。膜的堵塞會(huì)使有效滲水率下降。采用適當(dāng)?shù)姆椒ㄇ逑茨?，可使膜的通透能力恢?fù)到新膜的90。膜生物反應(yīng)器的主要費(fèi)用為膜的清洗、水的橫向流動(dòng)過(guò)濾壓力以及濃縮污泥的回流。,一體式MBR,,一體式的膜生物反應(yīng)器組合工藝是將膜組件置入反應(yīng)器內(nèi)，通過(guò)真空泵或其他類型泵抽吸，得到過(guò)濾液。為減少膜面污染，延長(zhǎng)運(yùn)行周期，一般泵的抽吸是間斷進(jìn)行的。與分置式相比一體式的最大特點(diǎn)是運(yùn)行動(dòng)力費(fèi)用低

12、，但在運(yùn)行穩(wěn)定性、操作管理方面和清洗更換上不及分置式。,,一體化膜生物反應(yīng)器將膜組件直接置于生物反應(yīng)器內(nèi)，曝氣器就放在膜組件的下面，由于曝氣形成的剪切力和紊動(dòng)，使固體難于積聚在膜表面，從而減少膜的堵塞和能耗。同時(shí)，還可以通過(guò)曝氣形成的剪切力和紊動(dòng)來(lái)控制膜表面的團(tuán)體厚度。,,分置式: 錯(cuò)流過(guò)濾 :通量50-100L/m2/h 壓力10-100mH2O 旋轉(zhuǎn)膜:平板膜轉(zhuǎn)盤(pán)（膜表面區(qū)域葉輪） 一體式:通量5-20-100L/m2/h 壓力4-10mH2O,膜與膜組件的選擇,現(xiàn)有膜材料可分為有機(jī)膜和無(wú)機(jī)膜兩種。由于較高的投資成本限制了無(wú)機(jī)膜在我國(guó)的廣泛應(yīng)用，國(guó)內(nèi)MBR普遍采用

13、有機(jī)膜，常用的膜材料為聚乙烯、聚丙烯、聚砜等。分離式MBR通常采用超濾膜組件，截留分子量一般在230萬(wàn)。截留分子量越大，初始膜通量越大，但長(zhǎng)期運(yùn)行膜通量未必越大。張洪宇進(jìn)行無(wú)機(jī)膜的通量衰減實(shí)驗(yàn)表明：0.2m的膜比0.8m的膜更適合于MBR。何義亮用PES平板膜組件進(jìn)行膜通量衰減規(guī)律研究發(fā)現(xiàn)：在該實(shí)驗(yàn)條件下，膜初始通量衰減主要是由于濃差極化引起，膜截留分子量愈小，通量衰減率愈大；膜長(zhǎng)期運(yùn)行的通量衰減主要是由于膜污染引起，膜截留分子量愈大，通量衰減幅度愈大，化學(xué)清洗恢復(fù)率愈低。,膜與膜組件的選擇,在分置式膜生物反應(yīng)器工藝中，平板式、管式等應(yīng)用較多；在一體式膜生物反應(yīng)器工藝中，多采用中空纖維式、平板

14、式等。 對(duì)于淹沒(méi)式MBR，既可用超濾膜，也可使用微濾膜。由于膜表面的凝膠層也起到了過(guò)濾作用，在處理生活污水時(shí)，微濾膜與超濾膜的出水水質(zhì)沒(méi)有明顯差別，因此淹沒(méi)式MBR多采用0.10.4m微濾膜。,MBR發(fā)展方向,(1)擴(kuò)大膜生物反應(yīng)器的適用范圍，探求合適的工作條件和工藝參數(shù) (2)設(shè)法提高超濾膜組件的性能，并從膜生物反應(yīng)器的構(gòu)型上盡可能為膜的穩(wěn)定工作創(chuàng)造條件，主要是為減輕膜堵塞程度，提高膜通量和截留率； (3)降低處理工藝的動(dòng)力損耗，使其成為節(jié)能型新工藝。,,,復(fù)合動(dòng)態(tài)生物MBR示意圖,氣升循環(huán)分體浸沒(méi)式MBR,近年出現(xiàn)的氣升循環(huán)分體浸沒(méi)式MBR 的特點(diǎn)是膜單元與生物反應(yīng)器分置,便于系統(tǒng)維修和膜

15、清洗,膜清洗時(shí)對(duì)生物反應(yīng)器工作狀態(tài)影響很小;生物反應(yīng)器與膜單元之間的循環(huán)無(wú)需循環(huán)泵;膜組件采用浸沒(méi)式,保留了浸沒(méi)式膜生物器低能耗的特點(diǎn). 該工藝可處理濃度較低的化糞池上清液,出水經(jīng)簡(jiǎn)單后處理就可達(dá)到建設(shè)部頒布的生活雜用水回用標(biāo)準(zhǔn).,旋轉(zhuǎn)切向流強(qiáng)化膜微濾,近幾年提出的一種新方法,它把水力旋流器的作用原理引入到管式膜微濾中,從而提高了膜通量,降低了膜污染,這種方法的特點(diǎn)是膜管和膜器不運(yùn)動(dòng),也不附加其它擾流器, 使懸浮液切向進(jìn)入膜器并繞膜管軸線旋轉(zhuǎn),在環(huán)隙間生成Taylor 渦或橢圓渦形成復(fù)雜的三維流動(dòng). 膜管表面的粒子在旋轉(zhuǎn)切向流曳力、離心力、軸向流曳力、滲透流曳力和Taylor 渦或橢圓渦曳力的

16、共同作用下,一部分進(jìn)入渦內(nèi),一部分?jǐn)U散到渦外,渦內(nèi)外流體的質(zhì)量交換有效地抑制了膜管表層的濃差極化現(xiàn)象. 由于Taylor 渦或橢圓渦沿切向和軸向遷移,使得旋轉(zhuǎn)切向流管式膜微濾時(shí)粒子的運(yùn)動(dòng)路線遠(yuǎn)大于靜態(tài)橫向流微濾,懸浮液在膜器內(nèi)的運(yùn)動(dòng)路徑延長(zhǎng),并與旋轉(zhuǎn)切向流一起極大地沖刷了膜管表面,防止了粒子在膜面沉積而形成污染層,,,水力旋流器外形示意圖,,,旋流器膜組件圖,,,兩種MBR滲透通量的衰減比較示意圖,四、MSBR膜污染,防污染,予處理 抗污染膜 增強(qiáng)擾動(dòng) 控制濾速 控制污泥濃度 間歇運(yùn)行 清洗曝氣氣泡的沖刷方式、壓力反沖洗方式和在線藥洗方式,五、MSBR設(shè)計(jì),1.V/A=JS0/NX 2.MLS

17、S 3.SRT 4.HRT 5.反洗周期,,2.MLSS 膜生物反應(yīng)器的 個(gè)重要特征是利用膜分離的高度濃縮性可大大提高生物反應(yīng)器的污泥濃度，從而增大反應(yīng)器有機(jī)物去除能力。但污泥濃度的提高會(huì)增大混合液粘滯度、降低膜通量。根據(jù)膜過(guò)濾凝膠極化模型，當(dāng)過(guò)濾達(dá)到穩(wěn)態(tài)時(shí)，膜界面污泥濃度達(dá)到臨界值而不再變化，即有,,污泥濃度的控制，應(yīng)根據(jù)水質(zhì)水量及膜組件形式而定。一般處理低濃度污水宜控制較低的污泥濃度，以盡量提高膜通量。而處理高濃度污水宜控制較高的污泥濃度，以盡量增大有機(jī)物去除能力。因此，應(yīng)根據(jù)污泥濃度與膜通量而對(duì)生物反應(yīng)器容積處理能力與膜通量雙重影響之間確定一最適值。,,3生物固體停留時(shí)間(SRT) 膜分

18、離會(huì)影響生物性能。Boran zhang等對(duì)膜分離活性污泥工藝(MSAS)與傳統(tǒng)活性污泥工藝(CAS)，在微生物種群及系統(tǒng)活性方面進(jìn)行了細(xì)致的對(duì)比，其結(jié)果如表所示。,,膜分離延長(zhǎng)了生物反應(yīng)器的固體停留時(shí)間，降低了污泥產(chǎn)率，提高了容積硝化及有機(jī)物去除能力。但是活性污泥相對(duì)活茵數(shù)減少，細(xì)菌比活性降低。較低的多糖比也說(shuō)明污泥相對(duì)老化。SRT愈長(zhǎng)，細(xì)菌被循環(huán)次數(shù)愈多，失活的可能性愈大。顯然，從維持生物活性的角度出發(fā)，膜生物反應(yīng)器宜控制定期適量排泥，以提高污泥活性。排泥方式宜采用曝氣池直排混合液至濃縮池的方式，以減輕膜負(fù)荷，降低動(dòng)力消耗。,,4水力停留時(shí)間 當(dāng)膜面積一定時(shí)，控制膜生物反應(yīng)器出水流量是膜

19、通量。隨著膜生物反應(yīng)器的運(yùn)行，膜通量的穩(wěn)態(tài)過(guò)程實(shí)際上是一個(gè)動(dòng)態(tài)平衡，這就決定了水力停留時(shí)間(HRT)是在一定范圍內(nèi)變化的。HRT的變化雖然使出水水質(zhì)有所波動(dòng)，但COD去除率都在95以上。這是由于曝氣池內(nèi)污泥濃度較高，有較強(qiáng)的抗沖擊負(fù)荷的能力；另外，膜及其表面形成的凝膠層也可截留大分子有機(jī)物，保證出水水質(zhì)。,,過(guò)短的HRT將會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)內(nèi)溶解性有機(jī)物的積累，引起膜通量的下降，因此，膜生物反應(yīng)器內(nèi)HRT的控制，應(yīng)盡量維持系統(tǒng)內(nèi)溶解性有機(jī)物的平衡，設(shè)計(jì)時(shí)可考慮曝氣池容積有一定的調(diào)節(jié)容量。,5.膜的最佳反沖洗周期 生物反應(yīng)器內(nèi)形成膜表面放膠層的主要物質(zhì)包括活性污泥混合液中細(xì)菌胞外聚合物EPS、溶解性有機(jī)

20、物質(zhì)、微細(xì)膠體等 在超濾和微濾中，影響膜透水率的阻力主要有濾層阻力和膜孔堵塞阻力，濾層阻力是膜表面懸浮物沉積層阻力；膜孔堵塞阻力是較小顆粒在膜孔中的積累、搭橋和堵塞造成的阻力。這些阻力都是隨膜使用時(shí)間的增加而增加的，是影響膜透水率穩(wěn)定性，使膜透水率隨時(shí)間不斷下降的主要原因，也是膜生物反應(yīng)器研究中主要應(yīng)克服的問(wèn)題。反沖洗是減緩超濾和微濾中這兩個(gè)主要阻力的有效手段。,,膜的反沖洗，即在膜工作了一段時(shí)間后，在膜的透出水面施加一個(gè)反沖洗壓力pb，在pb驅(qū)動(dòng)下，清洗水反向穿過(guò)膜，將膜孔中的堵塞物洗脫，并使膜表面的濾層懸浮起來(lái)，然后被水沖走。反沖洗具有防止與疏通膜纖維堵塞、減小膜阻力，提高透水率及透水率穩(wěn)

21、定性的作用。膜的反沖洗可用膜透過(guò)水作為反沖洗水，這種反沖洗方式要消耗一定的出水使有效透水濾下降。用膜透過(guò)水作為反沖洗水進(jìn)行反沖洗的有效透水率可用下式表示：,理想的反沖洗應(yīng)該是每次沖洗都可以完全清除膜的污染，使膜總保持在最初較高透水率的狀態(tài)。但實(shí)際上，反沖洗存在著固有的局限性，達(dá)不到理想要求。這些問(wèn)題是： a反沖洗總要消耗一定量的凈化水，使總的透水量下降： b反沖洗不能完全清除膜孔中及膜表面的污染； c因以透過(guò)水作為反沖洗水，水中存在小分子污染物，反沖洗時(shí)會(huì)給膜的反面，即膜的透出水面帶來(lái)污染： d反沖洗不能清除膜的化學(xué)污染。 因此，過(guò)于頻繁的反沖洗在實(shí)際應(yīng)用中是不必要的，也是不利的。所

22、以，在MBR系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)找到最佳反沖洗周期，使用最少反沖洗水量來(lái)控制MBR系統(tǒng)運(yùn)行十分重要。,最佳反沖洗周期測(cè)定公式的推導(dǎo) 最佳反沖洗周期的定義為：使MBR系統(tǒng)有效透水率最大的反沖洗周期，或一個(gè)特定的反沖洗周期，其可以使MBR系統(tǒng)的有效透水率取得最大值。 分析上式可以知道，因膜的透水率f（t）是個(gè)時(shí)間的單調(diào)遞減函數(shù)，若反沖洗周期tf過(guò)短，將使總透水量減少，相對(duì)而言，消耗反沖洗水量增加，使有效透水率下降。若反沖洗周期過(guò)長(zhǎng)，膜的透水率f（t）會(huì)逐漸下降，使系統(tǒng)的有效透水率下降，最后使系統(tǒng)的有效透水率也變少。這表示tf一定有一個(gè)中間值其可以使有效透水率最大。,但是，式中f（t）是一個(gè)未知的函數(shù)。其因

23、膜阻力變化而變化，而膜阻力又受溫度、工作壓力、循環(huán)流速、過(guò)濾介質(zhì)性質(zhì)及濃度等,能耗,能耗是污水處理工藝的一個(gè)重要的評(píng)價(jià)指標(biāo)，直接關(guān)系到處理方法的可行性。目前，常規(guī)分離式MBR運(yùn)行能耗為34kwh/m3，淹沒(méi)式MBR運(yùn)行能耗為2kwh/m3，遠(yuǎn)高于活性污泥法0.3-0.4kwh/m3，較高的運(yùn)行費(fèi)用是MBR推廣應(yīng)用中遇到主要問(wèn)題。許多研究結(jié)果表明：能耗是造成MBR運(yùn)行費(fèi)用高的主要原因。張紹園分析了分離式MBR的能耗組成：泵的熱能損失、曝氣能耗、管道阻力能耗、膜組件能耗和回流污泥水頭損失能耗，其耗能大小依次為：膜組件泵曝氣管道回流污泥，膜組件能耗占總能耗的4050，真中80用于膜過(guò)濾的能量以熱能的

24、方式散發(fā)。顧平對(duì)抽吸淹沒(méi)式MBR的能耗分析表明：曝氣的能耗占總能耗96以上。通常研究者都認(rèn)為能耗的降低與膜污染的控制是MBR研究領(lǐng)域兩個(gè)獨(dú)立的課題，而張紹國(guó)、鄭祥采用穿流式、錯(cuò)流式膜組件進(jìn)行分離式MBR研究發(fā)現(xiàn)：能耗隨運(yùn)行時(shí)間的延長(zhǎng)、膜污染的增加呈上升趨勢(shì)，從運(yùn)行初期的不足0.5kWh/m3增加到3kwh/m3。這說(shuō)明：分離式膜生物反應(yīng)器的能耗問(wèn)題實(shí)質(zhì)是膜污染問(wèn)題。 為了進(jìn)一步降低能耗，天津大學(xué)應(yīng)用位差驅(qū)動(dòng)出水和低水頭間斷工作的重力淹沒(méi)式MBR，較好克服了膜的污染與阻塞，使膜長(zhǎng)時(shí)間保持較大的膜通量，并且省去復(fù)雜的氣水反沖洗設(shè)備、降低曝氣量，使MBR處理生活污水的能耗可下降到1.0kwhm3。,

25、經(jīng)濟(jì)分析,應(yīng)用于中水回用系統(tǒng)的MBR工藝（規(guī)模為25100m3/d）的一次性投資為35004000元/m3，膜組件的費(fèi)用占25左右，以十年計(jì)的設(shè)備折舊成本（上建與設(shè)備材料費(fèi)用，不含膜組件）為0.680.83元m3，膜的更換費(fèi)用（以兩年計(jì)）為1.0元/m3，運(yùn)行費(fèi)為0.3-0.5元/m3，其總運(yùn)行費(fèi)為2.0-2.3元/m3由于膜價(jià)格還有相當(dāng)大的降價(jià)空間，據(jù)有關(guān)專家估算，在未來(lái)的35年內(nèi)，膜價(jià)格有望降為目前的2550，那將大大降低MBR的一次性投資與膜的更換費(fèi)用。隨著膜價(jià)格的降低與使用壽命的延長(zhǎng)，新型高效低能耗MBR的開(kāi)發(fā)，MBR的運(yùn)行總費(fèi)用有望降低到1.5元/m3。以膜生物反應(yīng)器工藝的處理費(fèi)用為

26、例得出中水的產(chǎn)出效益：中水回用相當(dāng)于節(jié)約等量新鮮水而創(chuàng)造的直接經(jīng)濟(jì)效益。以北京市2000年居民為供水價(jià)1.8元m3計(jì)，而賓館、洗車、洗浴等行業(yè)供水價(jià)為3.05.0元m3，高于一般城市居民的自來(lái)水用水價(jià)格，而膜生物反應(yīng)器總運(yùn)行成本為2.3元m3，單純從經(jīng)濟(jì)利益上考慮目前對(duì)某些行業(yè)來(lái)說(shuō)也是經(jīng)濟(jì)的。在現(xiàn)有自來(lái)水價(jià)偏低的情況下，自來(lái)水供水費(fèi)及排污費(fèi)仍有增加的趨勢(shì)，因此可以預(yù)見(jiàn)，膜生物反應(yīng)器作為污水回用技術(shù)將會(huì)愈來(lái)愈具有經(jīng)濟(jì)、技術(shù)上的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。,六、MSBR應(yīng)用與實(shí)例,中水回用 高濃度有機(jī)廢水（酒精發(fā)酵廢水、淀粉加工廢水、油脂廢水、蛋白工廠廢水、大規(guī)模城市污水、規(guī)模城市污水及糞便污水等）,目前主要有四家

27、大公司經(jīng)營(yíng)MBR，它們分別是加拿大Zenon公司，日本Mitsubishi Rayon公司，法國(guó)Suez-LDE/IDI公司和日本Kubota公司。Zenon、Mitsubishi Rayon和Kubota公司生產(chǎn)一體式聚合物中空纖維膜組件，而Suez-LDE/IDI生產(chǎn)分體式管式陶瓷膜組件。加拿大的Zenon公司首先推出了超濾管式膜生物反應(yīng)器，并將其應(yīng)用于城市污水處理。為了節(jié)約能耗，它又開(kāi)發(fā)了淹沒(méi)式中空纖維絲的膜組件，此膜組件可以直接放入曝氣池，也可以單獨(dú)設(shè)立分離池；采用正壓壓濾和負(fù)壓抽濾相結(jié)合的方式，并采用在線過(guò)濾脈沖反沖洗，易減少膜污染。目前這種膜生物反應(yīng)器已應(yīng)用于美國(guó)，德國(guó)，法國(guó)和埃及

28、等十多個(gè)地方，規(guī)模從380m3/d至7600m3/d（Hadi Husain，1991）。日本的Kubota公司所生產(chǎn)的板式膜具有流通量大，耐污染和工藝簡(jiǎn)單特點(diǎn)。此板式膜直接放入混合液中，利用混合液的水頭壓力作為穿透壓，將處理水排出系統(tǒng)，系統(tǒng)出水穩(wěn)定。,應(yīng)用,膜生物反應(yīng)器在國(guó)內(nèi)已進(jìn)入了實(shí)際應(yīng)用階段。1998年，大連大器公司設(shè)計(jì)的200m3/d的中水回用裝置就己在大連投入運(yùn)行；天津德人公司首先開(kāi)發(fā)了重力淹沒(méi)式MBR，該技術(shù)在2000年己應(yīng)用于天津普辰大廈的中水回用系統(tǒng)，處理規(guī)模為25m3d，該裝置占地僅2.8m2，處理成本為1.05元m3；上海荏原公司研究開(kāi)發(fā)的PW系統(tǒng)己成功地應(yīng)用于數(shù)十個(gè)行業(yè)的

29、高濃度有機(jī)廢水處理，規(guī)模從5m3d至700m3d不等；杭州華濾、哈爾濱鷺濱、上海斯納普等公司在MBR開(kāi)發(fā)應(yīng)用方面都具有一定的競(jìng)爭(zhēng)力。在南方地區(qū)，MBR目前主要應(yīng)用于高濃度有機(jī)廢水處理；而在天津、大連嚴(yán)重缺水的北方地區(qū)，MBR主要做為中水回用技術(shù)。,,。浙江工業(yè)大學(xué)使用MBR 處理造紙綜合廢水(黑液中段廢水和白水的混合液) 并與傳統(tǒng)的活性污泥法與生物接觸氧化法進(jìn)行比較,實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明用MBR 處理造紙廢水通過(guò)污泥濃度的增加,出水CODCr可以降低到100mg/ L以下(系統(tǒng)水力停留時(shí)間為18h) ,整個(gè)反應(yīng)器的總?cè)コ首罡呖蛇_(dá)90 %以上。而與之相對(duì)的活性污泥法和接觸氧化法控制水力停留時(shí)間近40h

30、 后, 出水CODCr還是達(dá)不到實(shí)驗(yàn)的要求,分別為149. 3mg/ L 和197. 3mg/ L ,這充分說(shuō)明了MBR 對(duì)難降解廢水的處理效果比活性污泥法和生物接觸氧化法要好得多,PW膜生物反應(yīng)器法處理制藥發(fā)酵廢水,浙江省某生物化工公司，是一家專門(mén)生產(chǎn)醫(yī)用、獸用和農(nóng)用抗生素的企業(yè)，主要產(chǎn)品有柱晶白霉素、農(nóng)用井崗霉素、農(nóng)畜兩用阿維菌素等原料藥。制藥發(fā)酵廢水水質(zhì)、水量變化較大，且常含有難降解有機(jī)污染物、毒性化合物，這些物質(zhì)的存在抑制了廢水處理中某些微生物的生長(zhǎng)，從而干擾了廢水處理系統(tǒng)的處理效果。因此，制藥發(fā)酵廢水的處理存在著相當(dāng)大的難度。采用PW膜生物反應(yīng)器處理工藝成功地解決了制藥發(fā)酵廢水的達(dá)標(biāo)

31、排放問(wèn)題，,,廢水設(shè)計(jì)規(guī)模按200m3/d計(jì)算,設(shè)計(jì)水質(zhì),混合廢水通過(guò)格柵，大顆?？沙凉腆w及漂浮物被攔截，進(jìn)入調(diào)節(jié)池，經(jīng)調(diào)節(jié)水量、水質(zhì)和預(yù)曝氣后用泵輸送至混凝反應(yīng)池，分別加入適量的PAC、PAM溶液進(jìn)行混凝和絮凝反應(yīng)，反應(yīng)液自流入沉淀池進(jìn)行固液分離。經(jīng)過(guò)上述預(yù)處理的廢水上清液溢流進(jìn)入PW-W膜生物反應(yīng)器，在充氧曝氣和微生物的作用下將有機(jī)物降解為二氧化碳和水，并由膜組件進(jìn)行固液分離，處理后廢水達(dá)標(biāo)排放。物化沉淀池分離的污泥和PW-W膜生物反應(yīng)器排放的少量剩余污泥分別排至污泥池，再用泵輸送至污泥脫水機(jī)進(jìn)行脫水，泥餅外運(yùn)填埋處理。,主要構(gòu)筑物及設(shè)備 調(diào)節(jié)預(yù)曝池調(diào)節(jié)預(yù)曝池兼作提升泵集水井，HRT=16

32、.9h，內(nèi)設(shè)穿孔曝氣管，進(jìn)行定期曝氣以防污泥在池內(nèi)沉淀。調(diào)節(jié)池尺寸為8.0m5.0m4.0m，有效水深為3.50m。采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，池內(nèi)設(shè)WQK15-10-1.5型潛水排污泵2臺(tái)，一用一備。 反應(yīng)沉淀池反應(yīng)沉淀池為組合池體，混凝和絮凝反應(yīng)池的HRT分別為20.9min，沉淀池采用豎流式沉淀池，設(shè)計(jì)表面負(fù)荷為q=0.80m3/(m2h)，組合池體尺寸為4.5m4.0m4.2m，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。 PW-W膜生物反應(yīng)器PW-W膜生物反應(yīng)器HRT=4.4d，有效容積為880m3，設(shè)計(jì)容積負(fù)荷為1.4kgBOD5/(m3d)，尺寸為25.0m10.0m4.5m，采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，內(nèi)設(shè)置日本生產(chǎn)UF

33、M424外進(jìn)內(nèi)出式PW膜300片，采用交叉流過(guò)流法，分離液由3臺(tái)（二用一備）丹麥進(jìn)口的 JPF9T抽吸泵抽吸，H=8.0m、Q=4.2m3/min、N=1.47kW。在PW膜分離單元的下部裝有微孔曝氣器，氣源由4臺(tái)TSd-150型鼓風(fēng)機(jī)供應(yīng)，P=44.1kPa、Qs=18.9m3/min、N=22kW。三用一備。 污泥池污泥池有效容積為33.3m3，尺寸為3.5m3.5m4.0m，有效水深3.7m，采用鋼砼結(jié)構(gòu)?？刂葡到y(tǒng)本廢水處理裝置采用NB2系列可編程序控制器（PLC）控制。設(shè)備的運(yùn)行完全通過(guò)PLC進(jìn)行全自動(dòng)控制（可切換成手動(dòng)控制模式），可完成水泵、風(fēng)機(jī)等設(shè)備的啟閉和自動(dòng)切換，并備有過(guò)壓、缺

34、相、短流等保護(hù)和報(bào)警功能。,主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)本工程總投資金額為352萬(wàn)元，其中土建費(fèi)用為96萬(wàn)元，設(shè)備費(fèi)用為183.83萬(wàn)元，設(shè)計(jì)、安裝調(diào)試等其它費(fèi)用為72.12萬(wàn)元，主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)匯總于表。,表主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo),運(yùn)行結(jié)果該廢水處理站經(jīng)過(guò)近1年的試運(yùn)行，于2000年9月12日至13日由環(huán)保監(jiān)測(cè)部門(mén)進(jìn)行了連續(xù)采樣監(jiān)測(cè)，廢水采樣點(diǎn)為調(diào)節(jié)池、物化沉淀池和PW-W膜生物反應(yīng)器出水口，每天采樣5次，監(jiān)測(cè)結(jié)果表明各項(xiàng)指標(biāo)達(dá)到了國(guó)標(biāo)一級(jí)排放標(biāo)準(zhǔn)。 。,表4 制藥發(fā)酵廢水驗(yàn)收監(jiān)測(cè)結(jié)果 mgL-1,由表4結(jié)果可見(jiàn)，各項(xiàng)指標(biāo)達(dá)到了國(guó)標(biāo)一級(jí)排放標(biāo)準(zhǔn)。,工程特點(diǎn)從系統(tǒng)運(yùn)行近1a的情況表明，本工程有以下特點(diǎn)：膜生物反

35、應(yīng)器是一種將高效膜分離技術(shù)與傳統(tǒng)活性污泥法相結(jié)合的新型水處理反應(yīng)器，由于膜的過(guò)濾作用，生物被完全截留在生物反應(yīng)器中，實(shí)現(xiàn)了水力停留時(shí)間與泥齡的徹底分離，消除了傳統(tǒng)活性污泥工藝中的污泥膨脹問(wèn)題。由于膜能將生物污泥完全截留在生物反應(yīng)器內(nèi)，所以其污泥濃度可以高出傳統(tǒng)活性污泥法的10倍以上，且能使SRT無(wú)限延長(zhǎng)，這樣便可不排泥或少排泥，減少污泥的處理和處置費(fèi)用。本工程一體式膜生物反應(yīng)器采用交叉流過(guò)濾法，在PW膜分離單元的下部裝有曝氣器，鼓出的空氣一方面分解水中的有機(jī)物，另外氣泡帶有的液體與膜表面產(chǎn)生平行流動(dòng)，使得混合液中的活性污泥或懸濁物不會(huì)粘附在膜表面。而且在工程中采用的PW膜的內(nèi)外表面非常光滑，污

36、泥不易粘附，從近1a的運(yùn)行情況來(lái)看，未出現(xiàn)過(guò)膜堵塞現(xiàn)象。另外，本工程膜生物反應(yīng)器采用的是外進(jìn)內(nèi)出式膜（即內(nèi)部吸引），操作壓力僅為：0.150.20kg/cm2左右，與傳統(tǒng)的內(nèi)進(jìn)外出式膜（即內(nèi)部加壓）處理單元相比，能耗大大降低。,存在問(wèn)題對(duì)本工程一體式膜生物反應(yīng)器調(diào)試過(guò)程中考察了不同SRT和HRT對(duì)污染去除效果得出的初步結(jié)果表明，一體式膜生物反應(yīng)器在不同SRT和HRT下均能表現(xiàn)出良好的污染物去除效果和運(yùn)行穩(wěn)定性。但隨著SRT的延長(zhǎng)，生物反應(yīng)器內(nèi)污泥濃度不斷增加，到一定程度則會(huì)由于營(yíng)養(yǎng)的極度貧乏導(dǎo)致微生物大量死亡，產(chǎn)生大量不可生物降解的細(xì)菌殘留物質(zhì)。同時(shí)隨著污泥濃度的增加，微生物的內(nèi)源呼吸加劇，又

37、會(huì)產(chǎn)生大量的溶解性微生物代謝產(chǎn)物，使上清液中的COD上升，出水COD出現(xiàn)波動(dòng)。由此可見(jiàn)，在制藥發(fā)酵處理中，污泥負(fù)荷、體積負(fù)荷不再是制約處理效果的重要指標(biāo)，可將HRT、SRT作為膜生物反應(yīng)器工藝生物反應(yīng)器單元的設(shè)計(jì)依據(jù)，因?yàn)檫@樣不僅能確保工藝操作的長(zhǎng)期穩(wěn)定性，而且能簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)過(guò)程。在制藥發(fā)酵廢水處理中，膜生物反應(yīng)器前處理工藝及膜的性質(zhì)和工藝條件是造成膜污染的主要原因。雖然，本工程中采用了日本生產(chǎn)的UFM424外進(jìn)內(nèi)出式PW膜片，在膜生物反應(yīng)器中又采用交叉流過(guò)流法，大大延長(zhǎng)了膜的使用壽命，但隨著時(shí)間的推延，由于操作和管理上的原因會(huì)引起膜污染問(wèn)題，膜的分離功能被破壞，勢(shì)必依靠更換膜組件來(lái)恢復(fù)反應(yīng)器的運(yùn)行，將會(huì)增加維修保養(yǎng)費(fèi)用及運(yùn)行周期的中斷。,