污水MBR处理总结

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1、1. 前言在水质富营养化日益严重的今天，越来越多的国家和地区制定了严格的氮 磷排放标准，因此废水脱氮除磷工艺的开发日益受到关注。膜生物反应器(MBR) 工艺是将现代膜分离技术与传统生物处理技术有机结合起来的一种新型高效污 水处理与回用工艺。与传统的脱氮除磷工艺相比,MBR的脱氮除磷工艺是最近才 开始研究与发展的。MBR可以通过膜的截留作用，使硝化菌长期停留在好氧池 内,在不增加池容的前提下延长了污泥龄，满足了硝化菌的生长，减少了硝化菌 的流失。同时，在MBR中还发现存在反硝化除磷菌，在脱氮的同时也能有效地去 除磷。2. MBR脱氮除磷的原理以与工艺2.1原理MBR是一种将污水的生物处理和膜过滤

2、技术相结合的高效废水生物处理 工艺。它把膜分离技术和生物技术结合起来，采用膜组件取代常规二级生化处理 工艺中二沉池、砂滤、消毒等单元；用超微滤膜对曝气池出水直接进行过滤。 2.2工艺类型MBR工艺一般由膜组件和生物反应器两部分组成，根据各个单元自身的多 样性，MBR可分为多种类型。(1)按照膜组件的位置的不同来划分可分为分离式MBR和一体式MBR。 分离式MBR：最早的MBR发展形式，也称为第一代MBR工艺。工艺均采用错流式膜组 件，采用加压方式，该技术比较成熟，运行稳定可靠，但需要较高的循环水量， 造成较大的单位产水能耗。 一体式MBR曲2 佯式MHR第二代MBR工艺，解决分离式MBR能耗高

3、的问题。在一体式中，膜组件 直接置入生物反应器内，曝气器就放在膜组件的下面，通过相应泵进行抽吸，得 到过滤液。由于曝气形成的剪切力和紊动，使固体难于积聚在膜表面，从而减少 膜的堵塞和能耗。这种反应器具有设备简单、占地空间小、整体性强、操作方便 等，但易污染，出水不连续。膜组件和膜材料常用于MBR处理工艺中的是微滤膜和超滤膜按材质分，膜种类有无机膜和 有机膜。无机膜耐污染、寿命长，但生产成本较高，目前国内普遍采用有机膜。目前，超滤膜的制膜材料多为聚矶超滤膜、氟化物、聚矶酞胺与醋酸纤维素 等微滤膜多采用硝酸纤维滤膜、醋酸纤维素膜、聚酞胺滤膜、再生纤维滤膜等为 制膜材料。(2)膜生物反应器同步脱氮除

4、磷工艺按照厌氧和好氧是否在同一反应器内，可分为单级A/0程序MBR脱氮除磷 工艺、两级A/O阶段MBR脱氮除磷工艺和两级A2/O阶段MBR脱氮除磷工艺。 a.单一反应器间歇曝气膜生物反应器工艺：单一反应器间歇曝气膜生物反应器脱氮工艺包含序批式MBR和间歇曝气MBR两种。序批式MBR(MSBR)使用序批式反应器(SBR)的运行方式，通过限制曝气和 半限制曝气运行方式在时间序列上实现缺氧/好氧的组合并控制每一部分适宜的 时间比例，可以得到较好的脱氮效果。将膜组件浸入生物反应器中，构成的一体 式装置没有混合液的回流，较少了设备需求，降低了运行费用。间歇曝气MBR与MSBR工艺类似，但其缺氧好氧间歇运

5、行的时间间隔很短, 而进水是可连续或间歇的。研究发现，该工艺硝化反应进行的很快、很彻底，反 硝化是限制速度的步骤，此外，调整周期中缺氧好氧循环时间以与添加悬浮提案 料，可以提高除氮效果。b.两级A/O阶段MBR脱氮除磷工艺A/O形式的膜反应器工艺类似于传统的A/ O工艺，前置反硝化在缺氧条件下运行,含碳有机物的去除、 含氮有机物的氧化和氨氮的硝化在好氧条件下运行，以膜代替重力沉淀池进行固 液分离。在设计合理的A/O系统中，好氧池回流污泥中的剩余溶解氧会被很快 耗尽，不会破坏缺氧池适宜的环境条件。但过高的污泥浓度会造成空气曝气系统 难于满足微生物的氧需求，造成硝化速率的降低。c.两级A2/0阶段

6、MBR脱氮除磷工艺两级A2/O阶段MBR脱氮除磷工艺是在两A/O阶段MBR脱氮除磷工艺的 基础上改造得来,即将前置缺氧阶段通过一定的方法在时间序列上创造出缺氧阶 段和厌氧阶段。控制从好氧池回流混合液的时间间隔来创造缺氧条件和厌氧条件, 当有混合液回流时，前置反应池为缺氧条件，当没有混合液回流时则为厌氧条 件。d.影响因素 温度对硝化和反硝化影响较大。反应器内DO浓度对硝化反应速度与硝化细菌的生长速率均有极大的影响, 但普遍认为DO 2.0mg/L时,DO浓度对硝化作用的影响可不予考虑。 pH是影响硝化和反硝化作用的重要环境因素之一。生物除磷合适的pHX围 为中性或微碱性。在此条件下，硝化和反硝

7、化过程迅速。 废水中所含碳(BOD5)氮比大于3时，无须外加碳源即可达到脱氮除磷的目 的。污泥龄对膜生物反应器的硝化作用有很大影响。有人发现，当污泥龄由10 d 增加为50 d时，氨氮去除率由80%增加到99%。当污泥龄过长时，脱氮效率 反而降低，这可能是由于难降解的溶解性高分子物质被膜截留在系统内，随 着污泥龄的增加而积累，对硝化菌产生抑制作用。当污泥龄变长，由于排除 的剩余污泥减少，磷的去除效率也相应的降低。e.多种工艺的比较S L丑疽日宛的乂丘舂矩.艮处迁蕊里匚苦类牟A/O矗式A- 0恋武间耿逛汽舟誉式)两阶忌间跌(怀式、生活得水土活污水城+污水上活活朮.:诲峻水生括洛水-人牛砧污朮仁悴

8、映切 別分孑说J叩空昭截卩空旷论述述中空日甑atr 空m.-ft卩空轴微0. 1M)沌 IC1.4U、p(WXHWAIVi)滤凹1.1U)i. mJHRTth；15313.4131 1 - 15.116 - 197SRT(d)5012554 2530W- 151115S - L2工7 王4 7.245L20.3-15U.13 1 .660.06-iikyDD- ii?- il谊1如 r?-1 d剧D H d唧3“毎妙LSS d通量册击O.W0. 47(I.Z91 1 - 1 |蜜6.Z4D()D 丹BCDs 99dod 弼BOD? b000-區D(7Dk 弼CXJD 92丁 NT- X 79丁

9、加和T - N 75T- K K3丁N 91.白T VI ji UTIT- P 70T P 74I- P 23P 7D卩聞对于间歇曝气工艺,将进水时间缩短并集中在缺氧初期有利于反硝化速率的 提高。在停曝缺氧段中，膜组件停止出水闲置不用，与处理能力、工艺参数与膜 组件类型相同的A/O工艺相比，尽管可以省却污泥回流设备和能耗，但膜面积 却增大许多。有研究认为，间歇曝气促使细菌胞外聚合物的降解速度加快，膜的 生物污染得到缓解，提高了膜的使用寿命。对于A/ O形式的膜生物反应器，可采用污泥回流；当MLSS较高时，不同的 回流比对氮的去除没有明显的影响。在设计合理的A/O系统中，好氧池回流污 泥中的剩余

10、溶解氧会被很快耗尽，不会破坏缺氧池适宜的环境条件。但过高的污 泥浓度会造成空气曝气系统难于满足微生物的氧需求，造成硝化速率的降低。(3)新型MBR工艺丄气升循环分体浸没式MBR气升循环分体浸没式MBR的特点是膜单元与生物反应器分置，便于系统维 修和膜清洗，膜清洗时对生物反应器工作状态影响很小；生物反应器与膜单元之 间的循环无需循环泵;膜组件采用浸没式，保留了浸没式膜生物器低能耗的特点。 丄新型的复合动态生物MBR新型的复合动态生物MBR通过投加生物载体，使反应器内同时存在附着相 的生物膜和悬浮相的活性污泥，从而提高了生物反应器内的微生物总浓度，出水 可达到回用水标准。图1复:含动态生物WBR示

11、意图丄无泡曝气MBR它采用透气性致密膜(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(Bubble Point)的情况下，可实 现向生物反应器的无泡曝气。由于传递的气体含在膜系统中，因此提高了接触时 间，极大的提高了传氧效率。无泡曝气MBR的02利用率可接近100 %，是传统 曝气的57倍。当空气或O2进入传质阻力很小的透气性膜后，在浓差推动力 的作用下向膜外的活性污泥扩散，由于02停留在膜组件中的时间很长，O2的传 质效率高，而且因02的分压被控制在起泡临界压力之下，故没有气泡进入大气, 这样使O2的利用率达到最大值。气体谓坏出料瘦无泡曝气MBR丄

12、萃取MBR萃取MBR将废水与活性污泥用膜组件隔离，膜组件具有选择性，仅使废水 中的待处理成分透过。污染物透过膜后在生物反应器中被微生物吸附降解，浓度 不断下降，在废水和反应器间形成一个浓度差，这是污染物进人生物反应器的根 本传质推动力。as件图2MBR示意閨3. MBR脱氮除磷的发展趋势31优点与常规生物处理技术相比较，具有如下显著特点：(1) 对污染物的去除率高；抵抗污泥膨胀能力强，出水水质稳定，出水中没有悬浮物，而且可去除细菌病毒，是一种对原水处理后不必消毒的工艺(2) 易于一体化，便于自动控制，操作简便，同时实现了 SRT和HRT的彻分离(3) 膜的截流作用避免了微生物的流失，生物反应器

13、内污泥浓度可达35g/L，提高体积负荷，设备占地省(4) SPR 延长，有利于增殖缓慢的细菌，如硝化细菌的截流和生长，从而提高系 统的硝化能力，同时提高难降解有机物的降解速率(5) 剩余污泥产生量少，污泥处置费用低(6) 受膜表面速度剪切力的影响，污泥絮体平均尺寸较小，污泥传氧速率提高 ,可达26%60%3.2 存在的问题与解决方法MBR强化了传统活性污泥的处理能力，与常规生物处理方法相比，具有 较多的技术优势，但来自于膜更换频率、膜价格和能耗需求三个方面的高消耗将 直接限制其在实际工程中的应用。因此，降低膜生产成本、延长膜使用寿命、降 低能耗，是推广MBR处理废水的关键所在。(1) 膜污染膜

14、污染是指处理物料中的微粒、胶体粒子或溶质大分子有机物在膜表面和膜 孔内吸附、沉淀造成膜孔径变小或堵塞、使膜通量下降的现象。多项研究表明， 膜污染大致是由悬浮污染物、溶解性有机物、微生物与溶质析出造成浓差极化现 象引起的，因此针对上述问题提出如下解决办法： 对混合液进行预处理由于混合液的性质和组成是影响膜污染的重要因素，因此对混合液进行有效 预处理，使其达到膜组件的进水要求，是防止膜污染的重要措施之一。通常采用 的预处理方法有过滤、化学预絮凝、pH值调节、消毒、活性炭吸附等。 控制操作条件适当地控制操作条件，可以很大程度上减轻膜污染。在一定操作压力下，通 过提高进水流速或采用错流等方法，可改善膜

15、面附近料液的流体力学条件，减少 浓差极化，使被截留溶质与时带走提高料液温度，加速分子扩散、减少粘度、增 大滤速、保持适宜污泥浓度，适时增大曝气量，有利于减缓悬浮固体和溶解性有 机物在膜面的沉积和污染。 研发高性能、耐污染膜与运行新工艺高膜的耐污染与单位面积处理能力，能从根本上改善膜污染。目前，已研制 出聚酞胺系列、聚丙酞胺系列等有机膜与耐高温、高压的无机膜。近来，人们开 始着眼于仿生膜的制备研究。用不同的膜与膜组件与各种好氧和厌氧生物废水处 理技术相结合，通过实践证明，能提高反应器的耐污染与处理能力。膜的清洗为了消除可逆膜污染，快速恢复部分膜通量，应对膜进行定期清洗。根据不 同膜污染形式，可选

16、用不同的清洗方法，清洗包括物理清洗、化学清洗和其他方 法为使正常运行，清洗操作最好在线进行。(4) 膜价格分析发现，膜组件的费用明显高于占地和土建，约占固定投资的40%60%, 由此可见，膜制造成本高是运行费用高的重要因素。但以目前制膜工业的发展看， 随着膜制造技术的进步，膜价格具有很大的降价空间，据估算，在未来一年内， 膜的价格完全可以降至目前的50%左右。(5) 膜能耗目前，常规分离式运行能耗为 34(kW h/m3),高于活性污泥法的0.3 0.4(kW h/m3)。但研究表明，通过改进膜组件形式和工艺条件可降低能耗，如淹 没式的出现，就为解决能耗问题前进了一大步，其运行能耗为0.62.

17、0(kWh/m3) 3.3发展方向(1) 国内外发展现状MBR最早于1969应用于美国的酶制剂工业，但发展较为缓慢，直至20世 纪80年代，MBR才有了新的突破。截止到1987年，日本已有13家公司使用好 氧MBR处理大楼废水，处理量达50-250m3/d，同时法国、美国、泰国、加拿大 等国家也相继加大了 MBR方面的研究投入。我国的MBR工艺研究起步较晚， 目前只有清华、同济、XX大学等高校和中科院等科研院所在开展这方面的研究， 但工程实例报道较少。(2) MBR技术的应用前景为了使MBR技术早日得到广泛应用，可从以下几方面努力：丄 大规模应用于中水回用。在应用MBR技术处理市政、生活污水并

18、实现中水回用时，还要考虑另外一个关键因素，即运行成本。丄研制、开发化学性质稳定、耐酸碱腐蚀、机械强度好、单位面积透水量大、能长期在受压条件下运转、价格低廉的高性能膜材料;丄 深度探讨膜污染的成因，寻求减少膜污染，快速恢复通量的对策；丄探索新的形式，力求工艺灵活多样，降低动力能耗。根据不同的水质与处理要求，用不同的膜与膜组件与各种好氧和厌氧生物废水处理技术相结合，开发出处理能力更强、耐污染能力更强、运行更经济的新型MBR。4.工程实例丄国外一些工程实例：国家应用单位膜供应商处理水量/ (m3-d-1)处理水量荷兰Beverwijk污水处理厂240生活污水英国Porlock污水处理厂Kubota1

19、 900生活污水德国Buechel污水处理厂Kubota960生活污水爱尔兰Minchmalt 厂Kubota1 720工业废水比利时1)Schilde污水处理厂14 0002)生活污水奥地利Halbenrain污水处理厂100垃圾渗滤液瑞士 1)Zenon5 000生活污水美国24座污水处理厂Zenon7 500城市污水日本150余座工业废水注：1)污水处理厂仍在设计建设中；2)原文中单位为人口当量(Population Equivalents， PE), 此处按照1 PE=0.5 m3/d估算。丄国内应用实例我国MBR的应用对象存在明显的地域差别，南方地区，MBR目前主要应 用于高浓度有机

20、废水与难降解工业废水的处理；而在XX、XX等严重缺水的北 方地区，MBR主要作为中水回用技术处理生活污水。1998 年, XX大器公司设计的200 m3/d的中水回用装置就己在XX投入运行;XX清华德人环境公司和XX大学共同研制的MBR已有了一些应用实例。该 产品已经应用于生活污水处理回用、工业印染废水处理回用、垃圾填埋场渗 滤液处理等领域，已建立2 0多项示X工程。以处理XX某写字楼排放的污水为 例，该写字楼的建筑面积约为17000 m2,采用了日处理能力为25m3的装置，设 备本体占地3.2m2,投资10余万元，能耗为0.8 kWh/m3。处理出水可用作冲厕、 绿化与洗车等。清华永新双益环

21、保XX开发研制的一体化膜生物反应器先后在“汇联食品 XX食品加工废水处理工程(250m3/d) ”，“清华大学东区浴池中水回用工程(200 m3/d) ”中应用。国内在实际工程应用上发展很快.XX荏原成套工程XX的P wP膜分离活性污泥处理装置为专门处理高浓 度有机废水的系列产品，已经应用于全国各地，涉与化工、制药、食品、畜产和 生活废水等各行业。2004年建成了 XX石化P T A污水回用工程(4800m3/d )和巴陵石化己内酰胺 污水处理厂(7200m3/d )，2 0 0 5年建成中石化XX炼化公司炼油污水深度处理工 程( 10000m3/d )， 2 0 0 6 年建成 XX 大亚湾石化工业园综合污水处理厂 ( 25000m3/d )；在建的有密云再生水厂污水处理( 45000m3/d )，其中一期工程(3 0000m3/d )已于 2006年6月建成，还有北小河污水处理厂( 60000m3/d )。