《膜生物反应器》PPT课件.ppt

当代水处理新技术原理与应用南开大学环境科学与工程学院吴立波联系方式：蒙民伟楼322电话23503730（O）手机E-第七讲膜生物反应器原理与设计一、概念与形式二、主要MBR简介三、MSBR形式四、MSBR膜污染五、MSBR设计六、MSBR应用与实例一、概念与形式广义狭义泥水分离无泡曝气污染物萃取泥水分离膜生物反应器（膜生物反应器（membrane bio-reactor,MBR）,是由膜分离与生物处理组是由膜分离与生物处理组合而成的一种新型、高效的污水处理技术。合而成的一种新型、高效的污水处理技术。MBR分类分类MBR是由生物反应器与微滤、超滤、纳滤或反渗是由生物反应器与微滤、超滤、纳滤或反渗透膜系统组成，可分为微滤膜生物反应器和超滤膜透膜系统组成，可分为微滤膜生物反应器和超滤膜生物反应器等。生物反应器等。MBR按膜的组件在反应器的作用不同可分为分离按膜的组件在反应器的作用不同可分为分离膜生物反应器（膜生物反应器（membrane separation bioreactor，MSBR，截留和分离固体）、无泡膜生物反应器，截留和分离固体）、无泡膜生物反应器（membrane aeration bioreactor，MABR，无泡曝，无泡曝气，用于高需氧量的废水处理）、萃取膜生物反应气，用于高需氧量的废水处理）、萃取膜生物反应器（器（extractive membrane bioreactor，EMBR，用，用于工业废水中优先污染物的处理）。于工业废水中优先污染物的处理）。MBR处理废水机理示意图二、主要MBR简介2.1MABR2.2EMBR2.3MSBR2.1、MABR工艺原理工艺原理无泡曝气生物反应器无泡曝气生物反应器(Membrane AerationBiofilm Reactor)，简称为，简称为MABR，由中空纤维膜填料部，由中空纤维膜填料部分和水流部分组成。由于纤维膜微孔直径很小，分和水流部分组成。由于纤维膜微孔直径很小，为为0.10.5 m，曝气产生肉眼不可见的气泡，因，曝气产生肉眼不可见的气泡，因此称为无泡供氧。生物膜所需要的氧气是通过纤此称为无泡供氧。生物膜所需要的氧气是通过纤维束填料供给的，中空纤维膜不仅起着供氧作用，维束填料供给的，中空纤维膜不仅起着供氧作用，同时又是固着生物膜的载体。即，纯氧或空气通同时又是固着生物膜的载体。即，纯氧或空气通过中空纤维膜的微孔为生物膜进行无泡曝气，在过中空纤维膜的微孔为生物膜进行无泡曝气，在中空纤维膜的外侧形成的生物膜与污水充分接触，中空纤维膜的外侧形成的生物膜与污水充分接触，污水中所含的有机物被生物膜吸附和氧化分解，污水中所含的有机物被生物膜吸附和氧化分解，从而使污水得到净化。从而使污水得到净化。无泡曝气膜生物反应器处理污水原理图无泡曝气膜生物反应器处理污水原理图。无泡曝气膜生物反应器处理污水原理图。MABR供氧方式供氧方式中空纤维膜供氧有贯通式和闭端式两种方式；中空纤维膜供氧有贯通式和闭端式两种方式；贯通式贯通式MABR内中空纤维膜两端分别被固定在内中空纤维膜两端分别被固定在双层夹板上，气体由一端夹板持续通人膜内腔，双层夹板上，气体由一端夹板持续通人膜内腔，一部分气体被生物膜消耗，剩余部分从另一端一部分气体被生物膜消耗，剩余部分从另一端的夹板排出，由于该方式中有气体剩余，更适的夹板排出，由于该方式中有气体剩余，更适用于空气供氧。闭端式用于空气供氧。闭端式MABR内中空纤维膜一内中空纤维膜一端被固定在双层夹板上，另一端密封，气体经端被固定在双层夹板上，另一端密封，气体经夹板从纤维膜开口端通入，在压力作用下全部夹板从纤维膜开口端通入，在压力作用下全部进入反应器，所以更适用于纯氧曝气。此外，进入反应器，所以更适用于纯氧曝气。此外，该方式中纤维束呈流化态，反应器不易堵塞。该方式中纤维束呈流化态，反应器不易堵塞。MABR的特点的特点由于曝气不产生气泡，氧直接以分子状态扩散由于曝气不产生气泡，氧直接以分子状态扩散进入生物膜，几乎百分之百地被吸收，传质效进入生物膜，几乎百分之百地被吸收，传质效率可高达率可高达100。由于生物膜生长在中空纤维膜的外表面，所以由于生物膜生长在中空纤维膜的外表面，所以在供氧过程中，生物膜不会受到气体摩擦，不在供氧过程中，生物膜不会受到气体摩擦，不易脱落。易脱落。氧在传递到生物膜的过程中不经过液相边界层，氧在传递到生物膜的过程中不经过液相边界层，因此，传质阻力比常规曝气法小得多，能耗大因此，传质阻力比常规曝气法小得多，能耗大大降低。大降低。曝气过程不产生气泡，避免了传统曝气时污水曝气过程不产生气泡，避免了传统曝气时污水中易挥发性物质如甲苯、苯酚随气泡进入大气中易挥发性物质如甲苯、苯酚随气泡进入大气而对环境造成的污染；同时不会由于表面活性而对环境造成的污染；同时不会由于表面活性剂的存在而产生泡沫。剂的存在而产生泡沫。曝气过程中气液两相分离，溶液的混合与供氧曝气过程中气液两相分离，溶液的混合与供氧互不干扰，因此可以各自独立设计，反应器的互不干扰，因此可以各自独立设计，反应器的形式更加灵活多变。形式更加灵活多变。中空纤维膜的比表面积可高达中空纤维膜的比表面积可高达5018 m2m3，为氧的传递和生物膜的生长提供了巨大的表面为氧的传递和生物膜的生长提供了巨大的表面积，有利于反应器向小型化发展。积，有利于反应器向小型化发展。MABR反应器中气液两相分离，气体压力反应器中气液两相分离，气体压力不受容器内混合状态的影响，因此，可以不受容器内混合状态的影响，因此，可以通过调节气体压力的办法来控制氧的供应。通过调节气体压力的办法来控制氧的供应。对于一般废水，通过供氧控制，在保证生对于一般废水，通过供氧控制，在保证生物膜生长需氧的同时，可以避免因过量曝物膜生长需氧的同时，可以避免因过量曝气而使污水中气而使污水中DO浓度过高，大幅度降低运浓度过高，大幅度降低运行费用。对于含氮废水，通过供氧控制，行费用。对于含氮废水，通过供氧控制，只使靠近纤维膜的内层生物膜获得氧，从只使靠近纤维膜的内层生物膜获得氧，从而达到同时硝化、反硝化和而达到同时硝化、反硝化和COD去除的效去除的效果。果。2.2、EMBR隔离式系统采用选择膜将污水与生物反应器隔开，该膜只容许目标污染物透过，进入生物反应器被降解。而各种对微生物有害的物理、化学条件不影响生物反应器一侧。萃取萃取MBR示意图示意图萃取MBR2.3、MSBR常规的污水处理法膜法污水处理再生系统膜生物反应器（）和低污染反渗透膜相结合的污水再生系统传统活性污泥法局限以活性污泥为代表的传统好氧生物处理工艺长期以来在生活污水以及工业废水处理中得到了广泛应用。由于采用重力式沉淀池作为处理水和微生物的固液分离手段，由此带来了以下几方面的问题:1由于沉淀池固液分离效率不高，曝气池内的污泥难以维持到较高浓度，致使处理装置容积负荷低，占地面积大；2处理出水水质不够理想且不稳定3传氧效率低，能耗高；4剩余污泥产量大；5管理操作复杂。MSBR工艺特点工艺特点 与传统的活性污泥处理工艺相比存在如下优与传统的活性污泥处理工艺相比存在如下优点：点：出水水质好，出水水质好，BOD、氮、磷和悬浮物浓度很、氮、磷和悬浮物浓度很低，不含细菌、病毒、寄生虫卵等，水质符低，不含细菌、病毒、寄生虫卵等，水质符合三级标准，可直接回收或补充地下水。合三级标准，可直接回收或补充地下水。工艺流程短，占地省，省去了二沉池，占地工艺流程短，占地省，省去了二沉池，占地约为生物处理的约为生物处理的1/2。利于世代时间长的细菌如硝化菌的繁殖，提利于世代时间长的细菌如硝化菌的繁殖，提高了硝化效率。高了硝化效率。污泥浓度高，传氧效率高达污泥浓度高，传氧效率高达26%60%，节，节省了能耗。省了能耗。可使水力停留时间和污你泥龄分开，运行控制灵活。可使水力停留时间和污你泥龄分开，运行控制灵活。容积负荷大，反应器内容积负荷大，反应器内MLSS约为约为（1.53）X104mg/L，利于传统活性污泥法的改造。，利于传统活性污泥法的改造。在在MBR中同时进行硝化和反硝化，效果较好，脱氮中同时进行硝化和反硝化，效果较好，脱氮能力强。能力强。剩余污泥量比常规活性污泥法少剩余污泥量比常规活性污泥法少50%80%，利于处，利于处理。理。易于实现自控。易于实现自控。启动快。启动快。MSBR的优点加大了的优点加大了MSBR工艺的推广和使用。工艺的推广和使用。历史1965Blatt膜分离制取酶制剂1969美Smith报道AS+UF处理城市污水1970英Hardt报道AS+UF处理高浓度废水1972Shelf膜滤+厌氧生物反应器1970s末期日本开始大规模研究1985日本水再生90计划1989日Yamamato一体式MBR优点与问题优势：效果好、操作佳、动力低、占地少问题：污染物累积、浓差极化、膜污染一家之言一、生物处理法1、从原理上讲，它是活性污泥的一个变种，不能冲破活性污泥的局限性。对有机物的去除量仍然主要靠污泥的生物负荷。2、加入超滤膜的实质是替代二沉池，去除大分子量的可溶和悬浮污染物。3、对低浓度和小流量的污水有处理效果。二、运行成本高：1、风机的功率是传统活性污泥的1.5倍，其中一部分用于对膜体的抖动。2、对膜的清洗要有专业人士清洗，并要求在运行中时时监控防止膜的污堵，造成出水水质不稳定。3、定期膜的更换使维修和检查工作量加大，将占有很大生产成本支出。4、清洗药品的用量也很大，并且运行一年以后，膜的处理效率将大幅度下降三、设备性能要求高：1、对风机的机械性能要求高，如果膜的抖动不大，极易使膜受到污染，造成堵塞。2、对泵的要求也很高，如果膜的水量通量不能达到足够大。也易使膜受到污染而堵塞。三、MSBR形式分置式MBR分置式膜生物反应器的示意图。膜组件一般采用加压的方式。生物反应器的混合液经泵增压后进入膜组件，在压力作用下混合液中的液体透过膜，成为系统处理水；固形体、大分子物质等则被膜截留，随浓缩液回流到生物反应器内。分置式的特点是运行稳定可靠，操作管理容易，易于膜的清洗、更换及增设但一般条件下为减少污染物在膜表面的沉积，由循环泵提供的水流流速都很高，为此动力消耗较高。膜分离器的主要问题是膜的堵塞和膜的费用贵。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纤维、杂物等折叠缠绕而引起，后者则主要是内于一些大分子物质与无机金属离子反应生成凝胶层沉积于膜表出而引起。膜的堵塞会使有效渗水率下降。采用适当的方法清洗膜，可使膜的通透能力恢复到新膜的90。膜生物反应器的主要费用为膜的清洗、水的横向流动过滤压力以及浓缩污泥的回流。一体式MBR一体式的膜生物反应器组合工艺是将膜组件置入反应器内，通过真空泵或其他类型泵抽吸，得到过滤液。为减少膜面污染，延长运行周期，一般泵的抽吸是间断进行的。与分置式相比一体式的最大特点是运行动力费用低，但在运行稳定性、操作管理方面和清洗更换上不及分置式。一体化膜生物反应器将膜组件直接置于生物反应器内，曝气器就放在膜组件的下面，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。同时，还可以通过曝气形成的剪切力和紊动来控制膜表面的团体厚度。分置式:错流过滤:通量50-100L/m2/h压力10-100mH2O旋转膜:平板膜转盘（膜表面区域叶轮）l一体式:通量5-20-100L/m2/h压力4-10mH2O膜与膜组件的选择现有膜材料可分为有机膜和无机膜两种。由于较高的投资成本限制了无机膜在我国的广泛应用，国内MBR普遍采用有机膜，常用的膜材料为聚乙烯、聚丙烯、聚砜等。分离式MBR通常采用超滤膜组件，截留分子量一般在230万。截留分子量越大，初始膜通量越大，但长期运行膜通量未必越大。张洪宇进行无机膜的通量衰减实验表明：0.2m的膜比0.8m的膜更适合于MBR。何义亮用PES平板膜组件进行膜通量衰减规律研究发现：在该实验条件下，膜初始通量衰减主要是由于浓差极化引起，膜截留分子量愈小，通量衰减率愈大；膜长期运行的通量衰减主要是由于膜污染引起，膜截留分子量愈大，通量衰减幅度愈大，化学清洗恢复率愈低。膜与膜组件的选择在分置式膜生物反应器工艺中，平板式、管式等应用较多；在一体式膜生物反应器工艺中，多采用中空纤维式、平板式等。对于淹没式MBR，既可用超滤膜，也可使用微滤膜。由于膜表面的凝胶层也起到了过滤作用，在处理生活污水时，微滤膜与超滤膜的出水水质没有明显差别，因此淹没式MBR多采用0.10.4m微滤膜。MBR发展方向(1)扩大膜生物反应器的适用范围，探求合适的工作条件和工艺参数(2)设法提高超滤膜组件的性能，并从膜生物反应器的构型上尽可能为膜的稳定工作创造条件，主要是为减轻膜堵塞程度，提高膜通量和截留率；(3)降低处理工艺的动力损耗，使其成为节能型新工艺。复合动态生物复合动态生物MBR示意图示意图气升循环分体浸没式MBR近年出现的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.该工艺可处理浓度较低的化粪池上清液,出水经简单后处理就可达到建设部颁布的生活杂用水回用标准.旋转切向流强化膜微滤近几年提出的一种新方法,它把水力旋流器的作用原理引入到管式膜微滤中,从而提高了膜通量,降低了膜污染,这种方法的特点是膜管和膜器不运动,也不附加其它扰流器,使悬浮液切向进入膜器并绕膜管轴线旋转,在环隙间生成Taylor涡或椭圆涡形成复杂的三维流动.膜管表面的粒子在旋转切向流曳力、离心力、轴向流曳力、渗透流曳力和Taylor涡或椭圆涡曳力的共同作用下,一部分进入涡内,一部分扩散到涡外,涡内外流体的质量交换有效地抑制了膜管表层的浓差极化现象.由于Taylor涡或椭圆涡沿切向和轴向迁移,使得旋转切向流管式膜微滤时粒子的运动路线远大于静态横向流微滤,悬浮液在膜器内的运动路径延长,并与旋转切向流一起极大地冲刷了膜管表面,防止了粒子在膜面沉积而形成污染层水力旋流器外形示意图水力旋流器外形示意图旋流器膜组件图旋流器膜组件图两种两种MBR渗透通量的衰减比较示意图渗透通量的衰减比较示意图四、MSBR膜污染防污染予处理抗污染膜增强扰动控制滤速控制污泥浓度间歇运行清洗曝气气泡的冲刷方式、压力反冲洗方式和在线药洗方式五、MSBR设计1.V/A=JS0/NX2.MLSS3.SRT4.HRT5.反洗周期2.MLSS膜生物反应器的个重要特征是利用膜分离的高度浓缩性可大大提高生物反应器的污泥浓度，从而增大反应器有机物去除能力。但污泥浓度的提高会增大混合液粘滞度、降低膜通量。根据膜过滤凝胶极化模型，当过滤达到稳态时，膜界面污泥浓度达到临界值而不再变化，即有污泥浓度的控制，应根据水质水量及膜组件形式而定。一般处理低浓度污水宜控制较低的污泥浓度，以尽量提高膜通量。而处理高浓度污水宜控制较高的污泥浓度，以尽量增大有机物去除能力。因此，应根据污泥浓度与膜通量而对生物反应器容积处理能力与膜通量双重影响之间确定一最适值。3生物固体停留时间(SRT)膜分离会影响生物性能。Boranzhang等对膜分离活性污泥工艺(MSAS)与传统活性污泥工艺(CAS)，在微生物种群及系统活性方面进行了细致的对比，其结果如表所示。膜分离延长了生物反应器的固体停留时间，降低了污泥产率，提高了容积硝化及有机物去除能力。但是活性污泥相对活茵数减少，细菌比活性降低。较低的多糖比也说明污泥相对老化。SRT愈长，细菌被循环次数愈多，失活的可能性愈大。显然，从维持生物活性的角度出发，膜生物反应器宜控制定期适量排泥，以提高污泥活性。排泥方式宜采用曝气池直排混合液至浓缩池的方式，以减轻膜负荷，降低动力消耗。4水力停留时间当膜面积一定时，控制膜生物反应器出水流量是膜通量。随着膜生物反应器的运行，膜通量的稳态过程实际上是一个动态平衡，这就决定了水力停留时间(HRT)是在一定范围内变化的。HRT的变化虽然使出水水质有所波动，但COD去除率都在95以上。这是由于曝气池内污泥浓度较高，有较强的抗冲击负荷的能力；另外，膜及其表面形成的凝胶层也可截留大分子有机物，保证出水水质。过短的HRT将会导致系统内溶解性有机物的积累，引起膜通量的下降，因此，膜生物反应器内HRT的控制，应尽量维持系统内溶解性有机物的平衡，设计时可考虑曝气池容积有一定的调节容量。5.膜的最佳反冲洗周期生物反应器内形成膜表面放胶层的主要物质包括活性污泥混合液中细菌胞外聚合物EPS、溶解性有机物质、微细胶体等在超滤和微滤中，影响膜透水率的阻力主要有滤层阻力和膜孔堵塞阻力，滤层阻力是膜表面悬浮物沉积层阻力；膜孔堵塞阻力是较小颗粒在膜孔中的积累、搭桥和堵塞造成的阻力。这些阻力都是随膜使用时间的增加而增加的，是影响膜透水率稳定性，使膜透水率随时间不断下降的主要原因，也是膜生物反应器研究中主要应克服的问题。反冲洗是减缓超滤和微滤中这两个主要阻力的有效手段。膜的反冲洗，即在膜工作了一段时间后，在膜的透出水面施加一个反冲洗压力pb，在pb驱动下，清洗水反向穿过膜，将膜孔中的堵塞物洗脱，并使膜表面的滤层悬浮起来，然后被水冲走。反冲洗具有防止与疏通膜纤维堵塞、减小膜阻力，提高透水率及透水率稳定性的作用。膜的反冲洗可用膜透过水作为反冲洗水，这种反冲洗方式要消耗一定的出水使有效透水滤下降。用膜透过水作为反冲洗水进行反冲洗的有效透水率可用下式表示：理想的反冲洗应该是每次冲洗都可以完全清除膜的污染，使膜总保持在最初较高透水率的状态。但实际上，反冲洗存在着固有的局限性，达不到理想要求。这些问题是：a反冲洗总要消耗一定量的净化水，使总的透水量下降：b反冲洗不能完全清除膜孔中及膜表面的污染；c因以透过水作为反冲洗水，水中存在小分子污染物，反冲洗时会给膜的反面，即膜的透出水面带来污染：d反冲洗不能清除膜的化学污染。因此，过于频繁的反冲洗在实际应用中是不必要的，也是不利的。所以，在MBR系统运行时找到最佳反冲洗周期，使用最少反冲洗水量来控制MBR系统运行十分重要。最佳反冲洗周期测定公式的推导最佳反冲洗周期的定义为：使MBR系统有效透水率最大的反冲洗周期，或一个特定的反冲洗周期，其可以使MBR系统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）是个时间的单调递减函数，若反冲洗周期tf过短，将使总透水量减少，相对而言，消耗反冲洗水量增加，使有效透水率下降。若反冲洗周期过长，膜的透水率f（t）会逐渐下降，使系统的有效透水率下降，最后使系统的有效透水率也变少。这表示tf一定有一个中间值其可以使有效透水率最大。但是，式中f（t）是一个未知的函数。其因膜阻力变化而变化，而膜阻力又受温度、工作压力、循环流速、过滤介质性质及浓度等能耗能耗是污水处理工艺的一个重要的评价指标，直接关系到处理方法的可行性。目前，常规分离式MBR运行能耗为34kwh/m3，淹没式MBR运行能耗为2kwh/m3，远高于活性污泥法3，较高的运行费用是MBR推广应用中遇到主要问题。许多研究结果表明：能耗是造成MBR运行费用高的主要原因。张绍园分析了分离式MBR的能耗组成：泵的热能损失、曝气能耗、管道阻力能耗、膜组件能耗和回流污泥水头损失能耗，其耗能大小依次为：膜组件泵曝气管道回流污泥，膜组件能耗占总能耗的4050，真中80用于膜过滤的能量以热能的方式散发。顾平对抽吸淹没式MBR的能耗分析表明：曝气的能耗占总能耗96以上。通常研究者都认为能耗的降低与膜污染的控制是MBR研究领域两个独立的课题，而张绍国、郑祥采用穿流式、错流式膜组件进行分离式MBR研究发现：能耗随运行时间的延长、膜污染的增加呈上升趋势，从运行初期的不足0.5kWh/m3增加到3kwh/m3。这说明：分离式膜生物反应器的能耗问题实质是膜污染问题。为了进一步降低能耗，天津大学应用位差驱动出水和低水头间断工作的重力淹没式MBR，较好克服了膜的污染与阻塞，使膜长时间保持较大的膜通量，并且省去复杂的气水反冲洗设备、降低曝气量，使MBR处理生活污水的能耗可下降到1.0kwhm3。经济分析应用于中水回用系统的MBR工艺（规模为25100m3/d）的一次性投资为35004000元/m3，膜组件的费用占25左右，以十年计的设备折旧成本（上建与设备材料费用，不含膜组件）为0.680.83元m3，膜的更换费用（以两年计）为1.0元/m3，运行费为元/m3，其总运行费为元/m3由于膜价格还有相当大的降价空间，据有关专家估算，在未来的35年内，膜价格有望降为目前的2550，那将大大降低MBR的一次性投资与膜的更换费用。随着膜价格的降低与使用寿命的延长，新型高效低能耗MBR的开发，MBR的运行总费用有望降低到1.5元/m3。以膜生物反应器工艺的处理费用为例得出中水的产出效益：中水回用相当于节约等量新鲜水而创造的直接经济效益。以北京市2000年居民为供水价1.8元m3计，而宾馆、洗车、洗浴等行业供水价为3.05.0元m3，高于一般城市居民的自来水用水价格，而膜生物反应器总运行成本为2.3元m3，单纯从经济利益上考虑目前对某些行业来说也是经济的。在现有自来水价偏低的情况下，自来水供水费及排污费仍有增加的趋势，因此可以预见，膜生物反应器作为污水回用技术将会愈来愈具有经济、技术上的竞争优势。六、MSBR应用与实例中水回用中水回用高浓度有机废水（酒精发酵废水、淀粉加工废水、油脂废水、蛋白工厂废水、大规模城市污水、规模城市污水及粪便污水等）目前主要有四家大公司经营MBR，它们分别是加拿大Zenon公司，日本MitsubishiRayon公司，法国Suez-LDE/IDI公司和日本Kubota公司。Zenon、MitsubishiRayon和Kubota公司生产一体式聚合物中空纤维膜组件，而Suez-LDE/IDI生产分体式管式陶瓷膜组件。加拿大的Zenon公司首先推出了超滤管式膜生物反应器，并将其应用于城市污水处理。为了节约能耗，它又开发了淹没式中空纤维丝的膜组件，此膜组件可以直接放入曝气池，也可以单独设立分离池；采用正压压滤和负压抽滤相结合的方式，并采用在线过滤脉冲反冲洗，易减少膜污染。目前这种膜生物反应器已应用于美国，德国，法国和埃及等十多个地方，规模从380m3/d至7600m3/d（HadiHusain，1991）。日本的Kubota公司所生产的板式膜具有流通量大，耐污染和工艺简单特点。此板式膜直接放入混合液中，利用混合液的水头压力作为穿透压，将处理水排出系统，系统出水稳定。国家国家污水处理厂污水处理厂膜供应商膜供应商处理水量处理水量（m3/d）处理对象处理对象荷兰荷兰英国英国英国英国德国德国德国德国德国爱尔兰爱尔兰比利时比利时奥地利奥地利瑞士以色列美国加拿大日本日本BeverwijkVarsseveldPorlockSwanageDaldowieWraxallBuechelMarkranstadtErftverbandMonheimKaarstAvonmoreMinchmaltHeistSchildeHalbenrainJerusalem24座9座300余座150余座KubotaKubotaKubotaKubotaKubotaKubotaKubotaKubotaZenonZenonZenonZenon240180001900130001080029096060001500500040000710017203000014000100270500040007500生活污水生活污水生活污水生活污水生活污水生活污水生活污水生活污水生活污水生活污水生活污水工业废水工业废水生活污水生活污水垃圾渗滤液生活污水生活污水生活污水城市污水城市污水小区污水回用工业废水应用膜生物反应器在国内已进入了实际应用阶段。膜生物反应器在国内已进入了实际应用阶段。1998年，年，大连大器公司设计的大连大器公司设计的200m3/d的中水回用装置就己在大的中水回用装置就己在大连投入运行；天津德人公司首先开发了重力淹没式连投入运行；天津德人公司首先开发了重力淹没式MBR，该技术在，该技术在2000年己应用于天津普辰大厦的中水年己应用于天津普辰大厦的中水回用系统，处理规模为回用系统，处理规模为25m3d，该装置占地仅，该装置占地仅2.8m2，处理成本为，处理成本为1.05元元m3；上海荏原公司研究开发的；上海荏原公司研究开发的PW系统己成功地应用于数十个行业的高浓度有机废水系统己成功地应用于数十个行业的高浓度有机废水处理，规模从处理，规模从5m3d至至700m3d不等；杭州华滤、哈不等；杭州华滤、哈尔滨鹭滨、上海斯纳普等公司在尔滨鹭滨、上海斯纳普等公司在MBR开发应用方面都开发应用方面都具有一定的竞争力。在南方地区，具有一定的竞争力。在南方地区，MBR目前主要应用目前主要应用于高浓度有机废水处理；而在天津、大连严重缺水的北于高浓度有机废水处理；而在天津、大连严重缺水的北方地区，方地区，MBR主要做为中水回用技术。主要做为中水回用技术。浙江工业大学使用MBR处理造纸综合废水(黑液中段废水和白水的混合液)并与传统的活性污泥法与生物接触氧化法进行比较,实验结果表明用MBR处理造纸废水通过污泥浓度的增加,出水CODCr可以降低到100mg/L以下(系统水力停留时间为18h),整个反应器的总去除率最高可达90%以上。而与之相对的活性污泥法和接触氧化法控制水力停留时间近40h后,出水CODCr还是达不到实验的要求,分别为149.3mg/L和197.3mg/L,这充分说明了MBR对难降解废水的处理效果比活性污泥法和生物接触氧化法要好得多PW膜生物反应器法处理制药发膜生物反应器法处理制药发酵废水酵废水浙江省某生物化工公司，是一家专门生产医用、兽用和农用抗生素的企业，主要产品有柱晶白霉素、农用井岗霉素、农畜两用阿维菌素等原料药。制药发酵废水水质、水量变化较大，且常含有难降解有机污染物、毒性化合物，这些物质的存在抑制了废水处理中某些微生物的生长，从而干扰了废水处理系统的处理效果。因此，制药发酵废水的处理存在着相当大的难度。采用PW膜生物反应器处理工艺成功地解决了制药发酵废水的达标排放问题，废水设计规模按200m3/d计算设计水质设计水质水样名称CODcr/(mgL-1)BOD5/(mgL-1)SS/(mgL-1)NH3-N/(mgL-1)pH排污口水质6508000600800604009015056达标排放水质10020701569混合废水通过格栅，大颗粒可沉固体及漂浮物被拦截，进入调节池，经调节水量、水质和预曝气后用泵输送至混凝反应池，分别加入适量的PAC、PAM溶液进行混凝和絮凝反应，反应液自流入沉淀池进行固液分离。经过上述预处理的废水上清液溢流进入PW-W膜生物反应器，在充氧曝气和微生物的作用下将有机物降解为二氧化碳和水，并由膜组件进行固液分离，处理后废水达标排放。物化沉淀池分离的污泥和PW-W膜生物反应器排放的少量剩余污泥分别排至污泥池，再用泵输送至污泥脱水机进行脱水，泥饼外运填埋处理。主要构筑物及设备主要构筑物及设备 调节预曝池调节预曝池调节预曝池兼作提升泵集水井，HRT=16.9h，内设穿孔曝气管，进行定期曝气以防污泥在池内沉淀。调节池尺寸为8.0m5.0m4.0m，有效水深为3.50m。采用钢筋混凝土结构，池内设WQK15-10-1.5型潜水排污泵2台，一用一备。反应沉淀池反应沉淀池反应沉淀池为组合池体，混凝和絮凝反应池的HRT分别为20.9min，沉淀池采用竖流式沉淀池，设计表面负荷为q=0.80m3/(m2h)，组合池体尺寸为4.5m4.0m4.2m，钢筋混凝土结构。PW-W膜生物反应器膜生物反应器PW-W膜生物反应器HRT=4.4d，有效容积为880m3，设计容积负荷为1.4kgBOD5/(m3d)，尺寸为25.0m10.0m4.5m，采用钢筋混凝土结构，内设置日本生产UFM424外进内出式PW膜300片，采用交叉流过流法，分离液由3台（二用一备）丹麦进口的JPF9T抽吸泵抽吸，H=8.0m、Q=4.2m3/min、N=1.47kW。在PW膜分离单元的下部装有微孔曝气器，气源由4台TSd-150型鼓风机供应，P=44.1kPa、Qs=18.9m3/min、N=22kW。三用一备。污泥池污泥池污泥池有效容积为33.3m3，尺寸为3.5m3.5m4.0m，有效水深3.7m，采用钢砼结构。控制系统控制系统本废水处理装置采用NB2系列可编程序控制器（PLC）控制。设备的运行完全通过PLC进行全自动控制（可切换成手动控制模式），可完成水泵、风机等设备的启闭和自动切换，并备有过压、缺相、短流等保护和报警功能。主要技术经济指标主要技术经济指标本工程总投资金额为352万元，其中土建费用为96万元，设备费用为183.83万元，设计、安装调试等其它费用为72.12万元，主要技术经济指标汇总于表。表主要技表主要技术经济术经济指指标标项目处理能力/(m3d-1)投资/万元占地(m2m-3(水)d-1)电耗/(度m-3)(水)直接运行成本/(元m-3)(水)运行成本/(元m-3)(水)指标2003522.461.123.654.98运行结果运行结果该废水处理站经过近1年的试运行，于2000年9月12日至13日由环保监测部门进行了连续采样监测，废水采样点为调节池、物化沉淀池和PW-W膜生物反应器出水口，每天采样5次，监测结果表明各项指标达到了国标一级排放标准。表表4 制制药发药发酵酵废废水水验验收收监测结监测结果果 mgL-1测点位采样时间pHCODcrBOD5NH3-NSS调节池9月12日7480617141.6154.89月13日7310668149120.8物化沉淀池出水9月12日4590432128.695.29月13日443043912593PW膜生物反应器出水9月12日65.0216.641.9736.49月13日7.165.3614.042.3535.4由表4结果可见，各项指标达到了国标一级排放标准。工程特点工程特点从系统运行近1a的情况表明，本工程有以下特点：膜生物反应器是一种将高效膜分离技术与传统活性污泥法相结合的新型水处理反应器，由于膜的过滤作用，生物被完全截留在生物反应器中，实现了水力停留时间与泥龄的彻底分离，消除了传统活性污泥工艺中的污泥膨胀问题。由于膜能将生物污泥完全截留在生物反应器内，所以其污泥浓度可以高出传统活性污泥法的10倍以上，且能使SRT无限延长，这样便可不排泥或少排泥，减少污泥的处理和处置费用。本工程一体式膜生物反应器采用交叉流过滤法，在PW膜分离单元的下部装有曝气器，鼓出的空气一方面分解水中的有机物，另外气泡带有的液体与膜表面产生平行流动，使得混合液中的活性污泥或悬浊物不会粘附在膜表面。而且在工程中采用的PW膜的内外表面非常光滑，污泥不易粘附，从近1a的运行情况来看，未出现过膜堵塞现象。另外，本工程膜生物反应器采用的是外进内出式膜（即内部吸引），操作压力仅为：0.150.20kg/cm2左右，与传统的内进外出式膜（即内部加压）处理单元相比，能耗大大降低。存在问题存在问题对本工程一体式膜生物反应器调试过程中考察了不同SRT和HRT对污染去除效果得出的初步结果表明，一体式膜生物反应器在不同SRT和HRT下均能表现出良好的污染物去除效果和运行稳定性。但随着SRT的延长，生物反应器内污泥浓度不断增加，到一定程度则会由于营养的极度贫乏导致微生物大量死亡，产生大量不可生物降解的细菌残留物质。同时随着污泥浓度的增加，微生物的内源呼吸加剧，又会产生大量的溶解性微生物代谢产物，使上清液中的COD上升，出水COD出现波动。由此可见，在制药发酵处理中，污泥负荷、体积负荷不再是制约处理效果的重要指标，可将HRT、SRT作为膜生物反应器工艺生物反应器单元的设计依据，因为这样不仅能确保工艺操作的长期稳定性，而且能简化设计过程。在制药发酵废水处理中，膜生物反应器前处理工艺及膜的性质和工艺条件是造成膜污染的主要原因。虽然，本工程中采用了日本生产的UFM424外进内出式PW膜片，在膜生物反应器中又采用交叉流过流法，大大延长了膜的使用寿命，但随着时间的推延，由于操作和管理上的原因会引起膜污染问题，膜的分离功能被破坏，势必依靠更换膜组件来恢复反应器的运行，将会增加维修保养费用及运行周期的中断。