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1、膜生物反应器膜生物反应器膜生物反应器的定义膜生物反应器的定义与类型与类型 定义：定义： 膜生物反应器膜生物反应器（Membrane Bio-reactor，MBR）是一种由膜分离单元膜分离单元与生物处理生物处理单元单元相结合的新型水处理技术。 以膜组件取代二沉池在生物反应器中保持高活性污泥浓度，减少污水处理设施占地，并通过保持低污泥负荷减少污泥量。膜生物反应器膜生物反应器陶粒膜生物反应器膜材质膜材质l l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。 l l特点：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
2、过程易污染、强度低、使用寿命短。 膜材质膜材质l l无机膜无机膜 ：是固态膜的一种，是由无机材料，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。石、无机高分子材料等制成的半透膜。 l l目前在 MBR 中使用的无机膜多为陶瓷膜，优点是：它可以在 pH 014 、压力 P10MPa 、温度 10mm; 毛细管式 0.510.0mm ；中空纤维式 。 膜片及膜组件膜片及膜组件中空纤维的帘式膜 n n板框式： 是是 MBR MBR 工艺最早应用的一种膜组件形式，外形类似工艺最早应用的一种膜组件形式，外形类似
3、于普通的板框式压滤机。优点是：制造组装简单，于普通的板框式压滤机。优点是：制造组装简单，操作方便，易于维护、清洗、更换。缺点是：密封操作方便，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。较复杂，压力损失大，装填密度小。 n n圆管式： 是由膜和膜的支撑体构成，有内压型和外压型两种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，即进水从管内流运行方式。实际中多采用内压型，即进水从管内流入，渗透液从管外流出。膜直径在入，渗透液从管外流出。膜直径在 624mm 624mm 之间。之间。圆管式膜优点是：料液可以控制湍流流动，不易堵圆管式膜优点是：料液可以
4、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。塞，易清洗，压力损失小。缺点是：装填密度小。 中空纤维式中空纤维式n n外径一般为 40 250 m ，内径为 25 42m 。优点是：耐压强度高，不易变形。在 MBR 中，常把组件直接放入反应器中，不需耐压容器，构成浸没式膜 - 生物反应器。一般为外压式膜组件。优点是：装填密度高；造价相对较低；寿命较长，可以采用物化性能稳定，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。 专用膜片专用膜片各种膜组件特性各种膜组件特性 名称名称名称名称/ /项目项目项目项目中空纤
5、中空纤中空纤中空纤维式维式维式维式毛细管毛细管毛细管毛细管式式式式螺旋卷螺旋卷螺旋卷螺旋卷式式式式平板式平板式平板式平板式圆管式圆管式圆管式圆管式 价格（价格（价格（价格（元元元元 /m 3 /m 3 ）401504015015080150800 0250800250800 8002508002500 0400154001500 00 清洗清洗清洗清洗难难难难易易易易中中中中易易易易易易易易压力降压力降压力降压力降高高高高中中中中中中中中中中中中低低低低可否高可否高可否高可否高压操作压操作压操作压操作可可可可否否否否可可可可较难较难较难较难较难较难较难较难膜形式膜形式膜形式膜形式限制限制限制限
6、制有有有有有有有有无无无无无无无无无无无无MBR 膜组件设计的一般要求：膜组件设计的一般要求： n n对膜提供足够的机械支撑，流道通畅，没对膜提供足够的机械支撑，流道通畅，没有流动死角和静水区；有流动死角和静水区； n n 能耗较低，尽量减少浓差极化，提高分离能耗较低，尽量减少浓差极化，提高分离效率，减轻膜污染；效率，减轻膜污染； n n尽可能高的装填密度，安装，清洗、更换尽可能高的装填密度，安装，清洗、更换方便；方便；n n 具有足够的机械强度、化学和热稳定性。具有足够的机械强度、化学和热稳定性。 n n膜组件的选用要综合考虑其成本，装填密膜组件的选用要综合考虑其成本，装填密度、应用场合、系
7、统流程、膜污染及清洗、度、应用场合、系统流程、膜污染及清洗、使用寿命等。使用寿命等。 P国内对MBR的研究大致可分为几个方面：（1）探索不同生物处理工艺与膜分离单元探索不同生物处理工艺与膜分离单元的组合形式的组合形式，生物反应处理工艺从活性污泥法扩展到接触氧化法、生物膜法、活性污泥与生物膜相结合的复合式工艺、两相厌氧工艺；（2）影响处理效果与膜污染的因素、机理影响处理效果与膜污染的因素、机理及数学模型的研究及数学模型的研究，探求合适的操作条件与工艺参数，尽可能减轻膜污染，提高膜组件的处理能力和运行稳定性；（3）扩大扩大MBR的应用范围的应用范围，MBR的研究的研究对象从对象从生活污水生活污水扩
8、展到扩展到高浓度有机废水高浓度有机废水（食品废水、啤酒废水食品废水、啤酒废水）与难降解工业废）与难降解工业废水（水（石化污水、印染废水等石化污水、印染废水等），），但以生活但以生活污水的处理为主污水的处理为主。 膜生物反应器的分类膜生物反应器的分类P MBR工艺已经发展成为了三种类型：（1）分离膜反应器分离膜反应器（2）曝气膜生物反应器（曝气膜生物反应器（MABR）（3）萃取膜生物反应器（萃取膜生物反应器（EMBR）（1）分离膜反应器分离膜反应器：用于固液分离与截留用于固液分离与截留的膜生物反应器；（2）曝气膜生物反应器（曝气膜生物反应器（MABR）：用于用于在反应器中进行无泡曝气在反应器中进
9、行无泡曝气的膜生物反应器；（3）萃取膜生物反应器（萃取膜生物反应器（EMBR）：用于用于从工业污水中萃取优先污染物从工业污水中萃取优先污染物。 分离膜反应器分离膜反应器已经广泛应用于工程中，但MABR和和EMBR还处于还处于中试中试阶段阶段。无气泡传无气泡传质质最早的报道之一是关于采用致密膜对污水进行充氧的试验，而EMBR的概念的概念则是从处理低pH值，高总溶解固体有害污水中的含氯有机化合物的过程中发展而来的。Z1、膜分离反应器、膜分离反应器微生物膜分离反应器是MBR中最常见的一种形式，它是把悬浮生长反应器和膜过滤悬浮生长反应器和膜过滤装置结合到一个单元工艺中装置结合到一个单元工艺中。F膜组件
10、和生物反应器结合后，由于下列因素使分离分离MBR具有许多的优点具有许多的优点：膜能将活性污泥完全截留在反应器内，因此污泥浓度很高污泥浓度很高，反应速率大大提高反应速率大大提高，系系统的耐冲击力增强统的耐冲击力增强，还使污泥的产生量减污泥的产生量减少少，但MLSS过高会使内源呼吸加剧和大量微生物死亡。 按照膜单元的放置不同按照膜单元的放置不同分离MBR分为：外置式（循环式）外置式（循环式）（图1a）浸没式（一体式）浸没式（一体式）（图1b） 按照是否需要氧按照是否需要氧可分为：好氧膜生物反应器好氧膜生物反应器厌氧膜生物反应器厌氧膜生物反应器。图图1 MBR工艺示意图工艺示意图一体式膜生物反应器一
11、体式膜生物反应器图图2 好氧膜生物反应器好氧膜生物反应器F 外置式膜生物反应器外置式膜生物反应器（RMBR）膜完全独立于反应器膜完全独立于反应器，进水进水进入含有微生物的生物反应器之中，混合液混合液被泵送入环路中的膜单元，透过液透过液被排走，截流液截流液又回到反应池中，限制膜操作的膜驱动压力膜驱动压力（TMP）和错流速率均由泵产生错流速率均由泵产生。 外置式膜生物反应器外置式膜生物反应器（RMBR）优缺点优缺点：优点优点：膜组件自成体系，运行稳定可靠，膜通量较大，有易于清洗、更换及增设等。缺点缺点：泵的高速旋转产生的剪切力对某些微生物细菌体会产生失活现象产生失活现象；为减少污染物在膜表面的沉积
12、，由循环泵提供的水流流速都很高，为此动力消耗较大动力消耗较大。Z一体式膜生物反应器一体式膜生物反应器（SMBR）膜组件直接浸泡于反应器中膜组件直接浸泡于反应器中，反应器下方下方有曝气装置有曝气装置，将空压机送来的空气形成上形成上浮的微气泡浮的微气泡，在曝气的同时，又使膜表面产生一剪切应力剪切应力，利于膜表面除污，透过在抽吸泵的负压下流出膜组件。 一体式膜生物反应器一体式膜生物反应器（SMBR）优缺点：优点优点：不使用循环泵，可避免微生物受到剪切力而失活。其最大的特点是运行费用最大的特点是运行费用低低。缺点缺点：膜通量相对较低，易发生膜污染。通常膜部分的拆洗、清洗较困难。Z2、曝气式膜生物反应器
13、（、曝气式膜生物反应器（MABR）与）与萃取式膜生物反应器（萃取式膜生物反应器（EMBR）这两种反应器都利用了膜能分离两种不同相都利用了膜能分离两种不同相物质的特性物质的特性，允许组分从一相迁移到另一相允许组分从一相迁移到另一相。同时提高了微生物降解废水中污染物的能力，优化了生物反应器中的运行条件。 2.1、曝气式膜生物反应器（、曝气式膜生物反应器（MABR）MABR工艺采用透气性致密膜透气性致密膜（如硅橡胶膜）或微孔膜微孔膜（如疏水性聚合膜），在保持气在保持气体分压低于泡点的情况下体分压低于泡点的情况下，可以不形成气不形成气泡泡而使氧气传递到生物膜反应器中起降解使氧气传递到生物膜反应器中起降
14、解作用的细菌上作用的细菌上。该膜膜通常还作为在膜作为在膜/液界面上生物生长的液界面上生物生长的支撑介质支撑介质。也有采用附加的或者可以更换附加的或者可以更换的非渗透支撑材料的非渗透支撑材料供生物膜生长。J MABR具有以下优点优点：（1）由于传递的气体含在膜系统中，提高了接触时间，从而达到约达到约100%的传氧效率的传氧效率；（2）由于气液两相被膜分开，因此有利于有利于曝气工艺更好的控制曝气工艺更好的控制；（3）该工艺不受不受在传统的曝气系统中的气气泡大小及其停留时间等泡大小及其停留时间等因素的影响。 2.2、萃取式膜生物反应器（、萃取式膜生物反应器（EMBR）EMBR工艺中，有害工业废水中的
15、可降解有机污染物通过一个致密的硅胶膜致密的硅胶膜，进入营养营养物媒介层物媒介层，然后进一步地被微生物降解，污水中的污染物通过膜传质膜传质到生物反应器中需需要浓度梯度的驱动要浓度梯度的驱动，浓度梯度是由营养物生由营养物生物介质相中污染物的生物降解物介质相中污染物的生物降解来获得的。F 已经验证EMBR可以萃取和生物降解可以萃取和生物降解有有毒挥发性有机污染物毒挥发性有机污染物，例如高含盐量和极高pH值的工业废水中的蜡醇、氯苯、氯苯胺和甲苯等物质。英国的Andrew Livingston等已成功采用EMBR工艺来萃取并降解有毒挥发性有机污染物。膜生物反应器的优膜生物反应器的优点及存在的问题点及存在
16、的问题Z1、膜生物反应器的优点、膜生物反应器的优点将膜生物反应器应用于污水处理中，具有以下几个特征：（1）能高效地进行固液分离能高效地进行固液分离 其分离效果比传统的沉淀池要好，且占地少，通过膜分离装置所获得的水质很好，可以直接再利用。（2）生物反应器能保持高浓度的微生物生物反应器能保持高浓度的微生物膜分离装置能阻止高分子量的有机物和悬浮能阻止高分子量的有机物和悬浮物向系统外流失物向系统外流失，使参与反应的微生物完全参与反应的微生物完全保持在生物反应器内保持在生物反应器内，这对于截留世代期较长的微生物尤其有利，如硝化细菌在反应器中的停留时间，有利于系统硝化效率。（3）膜可以阻留许多分解速度较慢
17、的大分阻留许多分解速度较慢的大分子难降解物质子难降解物质，通过延长其停留时间而提高对它的降解效率。（4）剩余污泥产量小，污泥处理费用少剩余污泥产量小，污泥处理费用少。（5）易于实现自动化，操作管理方便易于实现自动化，操作管理方便。膜生物反应器应膜生物反应器应用中存在的问题用中存在的问题J 2、膜生物反应器应用中存在的问题、膜生物反应器应用中存在的问题（1）膜造价较高，使得膜生物反应器的基膜造价较高，使得膜生物反应器的基建投资较高建投资较高；（2）能耗是制约能耗是制约MBR推广的主要因素推广的主要因素；（3）容易出现膜污染，给操作管理带来不容易出现膜污染，给操作管理带来不便，加大了运行费用便，加
18、大了运行费用；（4）为减轻膜污染需对为减轻膜污染需对MBR的进水进行严的进水进行严格的预处理格的预处理；（5）控制污泥浓度不能过高控制污泥浓度不能过高。 2.1、膜造价较高，使得膜生物反应器的基、膜造价较高，使得膜生物反应器的基建投资较高建投资较高 据使用厂家反映，国产反渗透膜的质量较差，使用初期效果尚可，经反冲洗后脱盐效率明显下降，所以绝大多数厂家都选用进口反渗透膜。据统计，每年膜片和组每年膜片和组件的进口额约为件的进口额约为46亿人民币亿人民币。 2.2、能耗是制约、能耗是制约MBR推广的主要因素推广的主要因素（1）在用于处理污水的MBR中通常都维持维持较高的较高的MLSS（812mg/L
19、）浓度）浓度，这就容易导致氧传递率的降低，从而使运行能耗变大。F要维持较好的氧传递率和降低能耗维持较好的氧传递率和降低能耗，应从以下两方面出发：一是合理选择曝气及混合装置，使混合液合理选择曝气及混合装置，使混合液有较高的紊动有较高的紊动；二是调节运行参数，使生物保持良好的生调节运行参数，使生物保持良好的生长状态长状态。（2）在固液分离或膜生物反应器的运行中，为了维持稳定的透水率，膜面流速一般大膜面流速一般大于于2m/s，这就需要较高的循环水量较高的循环水量，造成造成较高的单位产水能耗较高的单位产水能耗。为了解决这一难题，日本学者Yamamoto等人开发的一体式一体式MBR对单位产水能耗有所降低
20、对单位产水能耗有所降低。2.3、容易出现膜污染，给操作管理带来不便，、容易出现膜污染，给操作管理带来不便，加大了运行费用加大了运行费用膜污染膜污染是指与膜接触的料液中的微粒、胶体微粒、胶体粒子或溶质大分子粒子或溶质大分子，由于膜存在的物理、化物理、化学作用或机械作用学作用或机械作用，而引起的膜面面孔内吸膜面面孔内吸附、沉积附、沉积，造成膜孔径变小或堵塞膜孔径变小或堵塞，使膜产生透过流量与分离特性不可逆变化透过流量与分离特性不可逆变化的现象。Z 影响膜污染的主要因素是：膜的性质膜的性质、料料液性质液性质和膜分离操作条件膜分离操作条件。J 基于以上原因，对MBR进行相应改进改进，主要有以下几点：
21、（一）、在设计过程中，要根据水质和水要根据水质和水处理要求选择膜材料处理要求选择膜材料；（二）、要对料液进行预处理要对料液进行预处理，以达到膜以达到膜组件进水的水质指标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，消除一些能与膜相互作用的溶质；（三）、通过实验选择合适的操作运行条选择合适的操作运行条件件；（四）、在设计中，还应注意减少设备结应注意减少设备结构中的死角和死空间间隙构中的死角和死空间间隙，以防止滞留物在此变质，扩大膜污染；（五）、为防止微生物、细菌及有机物的污染，常使用消毒剂常使用消毒剂，如氯试剂等。2.4、减轻膜污染需对、减轻膜污染需对MBR的进水进行严格的进水进行
22、严格的预处理的预处理实验证明，用栅孔尺寸为0.250.75mm的格栅对原水进行预处理后对原水进行预处理后，可去除原水中30%60%的SS，可以改变原水成分改变原水成分，改善后续改善后续工艺的处理效果工艺的处理效果，减轻膜污染减轻膜污染，减少剩余污减少剩余污泥量并改善污泥性状泥量并改善污泥性状。2.5、污泥浓度的控制、污泥浓度的控制由于MBR可彻底将污泥与出水分离，从而保证了优良的出水水质与较高的污泥浓度，虽然较高的污泥浓度能有效的减小较高的污泥浓度能有效的减小MBR的体积的体积，但过高的污泥浓度对于过高的污泥浓度对于MBR正常运行很不利正常运行很不利，运行运行MBR时应控制适当的污泥浓度时应控
23、制适当的污泥浓度。膜生物反应器运膜生物反应器运行的影响因素行的影响因素J膜生物反应器由膜分离单元膜分离单元与生物处理单元生物处理单元组成，因此影响MBR稳定运行的因素不仅包括常规生物动力学参数常规生物动力学参数：容积负荷容积负荷、污泥浓污泥浓度度、污泥负荷污泥负荷等，还包括膜分离的参数膜分离的参数：膜膜的固有性质的固有性质（膜材料、荷电性等）、滤液的滤液的性质性质、操作方式操作方式、反应器的水力学条件反应器的水力学条件等。其中：生物动力学参数生物动力学参数主要影响主要影响MBR的处理效果的处理效果；膜分离参数膜分离参数主要影响主要影响MBR的处理能力的处理能力。 F一、影响MBR稳定运行的生物
24、动力学参数：生物动力学参数：Z 1、有机负荷有机负荷Z 2、污泥浓度污泥浓度1、有机负荷、有机负荷研究表明：好氧好氧MBR出水受容积负荷容积负荷与水水力停留时间（力停留时间（HRT）和污泥龄（污泥龄（SRT）的）的影响较小影响较小，而厌氧厌氧MBR出水受冲击负荷冲击负荷与HRT的的影响较大影响较大。P在好氧好氧MBR中中，污泥浓度污泥浓度随容积负荷的增加容积负荷的增加迅速升高迅速升高，有机物去除速率加快有机物去除速率加快，污泥负荷污泥负荷基本保持不变基本保持不变，从而抑制出水水质的恶化；P在厌氧厌氧MBR中中，污泥浓度升高缓慢污泥浓度升高缓慢，污泥负污泥负荷荷与容积负荷容积负荷几乎呈正相关关系
25、几乎呈正相关关系，因此厌氧厌氧MBR出水水质出水水质易受容积负荷容积负荷的影响。2、污泥浓度、污泥浓度生物反应器内，污泥浓度的高低污泥浓度的高低与膜通量膜通量的大小的大小是密切相关密切相关的。首先，研究表明：污泥粘度污泥粘度n随着随着MLSS的的变化呈现良好的线性关系变化呈现良好的线性关系，而污泥粘度与污泥粘度与膜通量成反比关系膜通量成反比关系，这说明膜通量会随着膜通量会随着MLSS浓度的增加而减小浓度的增加而减小。其次，随着随着MLSS的增加的增加，污泥更容易在膜污泥更容易在膜表面沉积表面沉积，加快了膜污染，导致过滤阻力的增加，从而也会使膜通量降低。可见， MLSS对膜通量的影响是复杂的。通
26、过对不同MLSS浓度下的膜通量进行研究表明，膜通量与膜通量与MLSS浓度的对数呈线性关浓度的对数呈线性关系系，即MLSS浓度越大浓度越大，膜通量越小膜通量越小，处理处理单位水量所需的膜面积则越大单位水量所需的膜面积则越大，从而组件组件部分所需投资越大部分所需投资越大。P二、膜操作参数二、膜操作参数1、膜通量与操作压力膜通量与操作压力2、膜面错流速膜面错流速3、温度温度4、操作方式操作方式5、膜的选择膜的选择1、膜通量与操作压力、膜通量与操作压力膜生物反应器有两种操作方式两种操作方式，一种是恒恒定膜通量变操作压力运行定膜通量变操作压力运行；另一种是恒定恒定操作压力变膜通量运行操作压力变膜通量运行
27、。对于某一特定的系统，存在着临界膜通量临界膜通量，当实际的膜通量大于临界值时，膜污染严重，膜冲洗周期大大缩短。当采用恒定操作压力运行恒定操作压力运行时，存在一个临临界的操作压力界的操作压力，在高于临界操作压力的条件下运行会导致膜迅速污染。临界操作压临界操作压力随着膜孔径的增加而减少力随着膜孔径的增加而减少。试验表明：在低于临界通量的情况下，恒通量操作方恒通量操作方式式优于优于恒压力操作方式恒压力操作方式。2、膜面错流速、膜面错流速增大膜表面的水流湍流程度增大膜表面的水流湍流程度，可以有效的有效的减少颗粒物质在膜表面的沉积减少颗粒物质在膜表面的沉积，减缓膜污染。但是，膜面流速也不能无限的增大，因
28、为外部的动力消耗会随其增大而增大动力消耗会随其增大而增大，且当当流速超过一个临界值时流速超过一个临界值时，会在膜表面形成一个很薄的流动液层很薄的流动液层，阻碍滤液通过膜，容易造成不可逆污染造成不可逆污染。3、温度、温度通常情况下，提高温度有利于膜的分离提高温度有利于膜的分离。实验表明，温度的变化会引起污水粘度的变化温度的变化会引起污水粘度的变化，温度升高温度升高1可以使膜的通水量增加可以使膜的通水量增加2%，但升高温度会直接影响膜本身的寿命，同时对微生物的生长也不利。因此如果情况允许，膜生物反应器应尽量在常温下运行尽量在常温下运行。4、操作方式、操作方式为了防止膜污染，可以采取间歇抽吸方式间歇
29、抽吸方式。5、膜的选择、膜的选择现有膜材料可分为有机膜有机膜和无机膜无机膜两种。由于较高的投资成本限制了无机膜在我国的广泛应用，国内国内MBR曾遍采用有机膜曾遍采用有机膜，常用的膜材料为聚乙烯、聚丙烯等。分离式分离式MBR通常采用超滤膜组件超滤膜组件，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。 对于淹没式淹没式MBR，既可用超滤膜，也可使可用超滤膜，也可使用微滤膜用微滤膜。由于膜表面的凝胶层也起到了凝胶层也起到了过滤作用过滤作用，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，因此淹淹没式没式MBR多采用多采用0.10.4m微滤膜微滤膜。膜生物
30、反应器的膜生物反应器的应用现状应用现状目前膜生物反应器应用较多的是日本应用较多的是日本，英、美、法等国也逐渐开始使用。如：日本用其进行生活污水的处理，净化水作为中水回用；法国有人将其用于给水脱氮的处理；美国用MBR进行含油废水处理；英国用隔离式MBR进行有毒工业废水的处理等。下面就膜生物反应器的典型应用作一说明。J1、在污水回用的应用、在污水回用的应用中水道系统开发利用的主要目的主要目的是将厨房、洗脸及洗澡后排水作为主体的楼房排水进行处理，然后再用作便器的冲洗水。应用实例应用实例：1980年前后，日本三井石化工业公司建在东京某大楼的污水再生系统，日处理量为200m3。其工艺流程如图3所示。图图
31、3 膜好氧生物反应器的工艺流程膜好氧生物反应器的工艺流程该法采用的是好氧膜生物反应器好氧膜生物反应器，这是分离膜生物反应器的典型应用。其主要技术参数为：MLSS为600010000mg/L，滞留时间1.52h，BOD负荷为0.791.42kg/(m3.d)，所采用的超滤膜孔径为10nm，切割相对分子质量为20000的聚丙烯腈平板膜组件。P2、在厕所污水处理中的应用、在厕所污水处理中的应用厕所污水处理使用传统的反硝化法，要求MLSS浓度很高，固液分离过程不稳定，影响了三级处理效果。用超滤膜过滤（超滤膜过滤（UF）代替传统的方法就能很好地解决这一问题。F这样的处理厂一般由三部分组成：接收单元接收单
32、元；高效脱氮生物反应器高效脱氮生物反应器；深度处理单元深度处理单元（包括消毒）。该系统脱氮生物反应器的设计运行参数与没脱氮生物反应器的设计运行参数与没有膜过滤器的高效生物反硝化池基本相同有膜过滤器的高效生物反硝化池基本相同。氮负荷0.04kg/kgMLSS，BOD2.0kg/(m3.d)，MLSS为15000mg/L，设计渗水率为1.01.5m/d。据日本统计，这种系统的建设费用和运行建设费用和运行费用小于或等于传统的反硝化系统费用小于或等于传统的反硝化系统，而所需的管理人员少管理人员少，占地面积小占地面积小，因而优于传统方法。Z 3、在工业废水处理中的应用、在工业废水处理中的应用工业废水中有
33、机物浓度很高，有的还含有毒性物质。对该种废水现在普遍认为厌氧厌氧法处理经济上优于好氧法法处理经济上优于好氧法。但不同的厌氧工艺都要求保持较高的生物量，较长的泥龄，较短的水力停留时间。这使厌氧工艺的使用受到限制。将厌氧工艺和膜技术结合起来厌氧工艺和膜技术结合起来是一种理想的方法。厌氧处理能产生能量，污泥量较厌氧处理能产生能量，污泥量较少，而膜分离能使世代时间较长的甲烷菌少，而膜分离能使世代时间较长的甲烷菌存活下来存活下来，从而保持较好的出水水质。这是一种相互补充、相互依赖又相互协同的处理工艺，厌氧消化降解有机物使膜不厌氧消化降解有机物使膜不易堵塞，而膜会将生物截留下来易堵塞，而膜会将生物截留下来
34、。F例如：采用完全混合的完全混合的厌氧生物反应器厌氧生物反应器和板框超滤膜组件构成的板框超滤膜组件构成的厌氧生物反应器厌氧生物反应器对高浓度食品废水进行处理高浓度食品废水进行处理。结果表明，当HRT（水力停留时间）超过50h，COD负荷在23kg/（m3d）时，膜出水COD去除率可达80%90%。P也有采用好氧生物反应器与膜技术结合采用好氧生物反应器与膜技术结合来处理工业废水的。如加拿大的安大略泽农环境有限公司采用好氧膜生物反应器处理合成采用好氧膜生物反应器处理合成的金属加工液体和含油基产物的金属加工液体和含油基产物，既将游离态的浮化油除去，又使出水中的有机物大大降低。采用此工艺可以去除99%
35、的油。J常见的膜生物反应器：常见的膜生物反应器：J常见的膜生物反应器：常见的膜生物反应器：膜生物反应器的膜生物反应器的发展展望发展展望MBR具有处理效率高处理效率高、分离效果好分离效果好、占地占地少少、操作简便且易实现自动化控制操作简便且易实现自动化控制等特点。但膜价格高膜价格高、易于引起膜污染易于引起膜污染、能耗和运能耗和运行费用高等行费用高等难题限制了MBR的推广,需要进行深入研究和改进。Z 1、研制、研制高效高效、高强度高强度、廉价廉价膜材料膜材料实际应用的膜材料分为有机膜有机膜和无机膜无机膜。有机膜有机膜易污染、堵塞，只能在低温、低压下操作。20世纪90年代研制出的耐高温、研制出的耐高
36、温、耐高压、孔径易控制的无机膜耐高压、孔径易控制的无机膜已得到广泛重视，发展迅猛。近年来的研究表明，仿生膜仿生膜能很好地解决传统膜许多难以克服的缺点，如果能实现工业化生产，必将大大促进MBR的广泛应用。Z2、研究新型、研究新型MBRMBR的核心的核心是生物反应器和膜组件的结合生物反应器和膜组件的结合，发展至今已研制出许多类型。开始只是将膜组件代替好氧生物处理中的二沉池，后来又将它应用在厌氧处理中，曝气曝气MBR的的出现则解决了随之产生的高污泥浓度需氧出现则解决了随之产生的高污泥浓度需氧量大的问题量大的问题。针对特定废水处理特定废水处理，又研制出了萃取萃取MBR 。在操作上在操作上，先后出现了连
37、续运行连续运行、间歇间歇运行运行、空曝气空曝气、脉冲过滤脉冲过滤等多种方法。国内有人向反应器内投加海绵管状载体海绵管状载体，这种方法也取得了很好效果。J 小结小结总之，MBR以其独特的优点在各领域都有其应用，特别是在废水处理领域，随着废水资源化的迫切需要以及排放水质要求的提高，MBR必将得到更加广泛的应用。膜生物反应器的已用领域膜生物反应器的已用领域n n城市污水处理及建筑中水回用城市污水处理及建筑中水回用 1967 1967 年第一个采用年第一个采用年第一个采用年第一个采用 MBR MBR 工艺的废水处理厂由美国工艺的废水处理厂由美国工艺的废水处理厂由美国工艺的废水处理厂由美国的的的的 Do
38、rr-Oliver Dorr-Oliver 公司建成，这个处理厂处理公司建成，这个处理厂处理公司建成，这个处理厂处理公司建成，这个处理厂处理 14m 3 14m 3 /d /d 废水。废水。废水。废水。 1977 1977 年，一套污水回用系统在日本的一年，一套污水回用系统在日本的一年，一套污水回用系统在日本的一年，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。幢高层建筑中得到实际应用。幢高层建筑中得到实际应用。幢高层建筑中得到实际应用。 1980 1980 年，日本建成了年，日本建成了年，日本建成了年，日本建成了两座处理能力分别为两座处理能力分别为两座处理能力分别为两座处理能力分别为
39、10m 3 /d 10m 3 /d 和和和和 50m 3 /d 50m 3 /d 的的的的 MBR MBR 处理厂。处理厂。处理厂。处理厂。 90 90 年代中期，日本就有年代中期，日本就有年代中期，日本就有年代中期，日本就有 39 39 座这样的厂在座这样的厂在座这样的厂在座这样的厂在运行，最大处理能力可达运行，最大处理能力可达运行，最大处理能力可达运行，最大处理能力可达 500m 3 /d 500m 3 /d ，并且有，并且有，并且有，并且有 100 100 多处的高楼采用多处的高楼采用多处的高楼采用多处的高楼采用 MBR MBR 将污水处理后回用于中水道。将污水处理后回用于中水道。将污水
40、处理后回用于中水道。将污水处理后回用于中水道。 1997 1997 年，英国年，英国年，英国年，英国 WessexWessex 公司在英国公司在英国公司在英国公司在英国 PorlockPorlock 建立了建立了建立了建立了当时世界上最大的当时世界上最大的当时世界上最大的当时世界上最大的 MBR MBR 系统，日处理量达系统，日处理量达系统，日处理量达系统，日处理量达 2 2 ， 000 m 3 000 m 3 ， 1999 1999 年又在年又在年又在年又在 Dorset Dorset 的的的的 SwanageSwanage 建成了建成了建成了建成了 13 13 ， 000m 3 /d 00
41、0m 3 /d 的的的的 MBR MBR 工厂工厂工厂工厂 。n n1998 年 5 月，清华大学进行的一体式膜 - 生物反应器中试系统通过了国家鉴定。 2000 年初，清华大学在北京市海淀乡医院建起了一套实用的 MBR 系统，用以处理医院废水，该工程于 2000 年 6 月建成并投入使用，目前运转正常。 2000 年 9 月，天津大学杨造燕教授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个 MBR 示范工程，该系统日处理污水 25 吨，处理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，处理每吨污水的能耗为 0.7kW h 。 工业废水处理工业废水处理 n n处理
42、食品工业废水、水产加工废水、养殖废水、处理食品工业废水、水产加工废水、养殖废水、处理食品工业废水、水产加工废水、养殖废水、处理食品工业废水、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，均化妆品生产废水、染料废水、石油化工废水，均化妆品生产废水、染料废水、石油化工废水，均化妆品生产废水、染料废水、石油化工废水，均获得了良好的处理效果。获得了良好的处理效果。获得了良好的处理效果。获得了良好的处理效果。n n 90 90 年代初，美国在年代初，美国在年代初，美国在年代初，美国在 Ohio Ohio 建造了一套用于处理某建造了一套用于处理某建造了一套用于处理某建造了一套用于处理某汽
43、车制造厂的工业废水的汽车制造厂的工业废水的汽车制造厂的工业废水的汽车制造厂的工业废水的 MBR MBR 系统，处理规模系统，处理规模系统，处理规模系统，处理规模为为为为 151m 3 /d 151m 3 /d ，该系统的有机负荷达，该系统的有机负荷达，该系统的有机负荷达，该系统的有机负荷达 6.3kgCOD/m 6.3kgCOD/m 3 d 3 d ， COD COD 去除率为去除率为去除率为去除率为 94% 94% ，绝大部分的油与油，绝大部分的油与油，绝大部分的油与油，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脂被降解。在荷兰，一脂肪提取加工厂采用传统脂被降解。在荷兰，一脂
44、肪提取加工厂采用传统脂被降解。在荷兰，一脂肪提取加工厂采用传统的氧化沟污水处理技术处理其生产废水，由于生的氧化沟污水处理技术处理其生产废水，由于生的氧化沟污水处理技术处理其生产废水，由于生的氧化沟污水处理技术处理其生产废水，由于生产规模的扩大，结果导致污泥膨胀，污泥难以分产规模的扩大，结果导致污泥膨胀，污泥难以分产规模的扩大，结果导致污泥膨胀，污泥难以分产规模的扩大，结果导致污泥膨胀，污泥难以分离，最后采用离，最后采用离，最后采用离，最后采用 ZenonZenon 的膜组件代替沉淀池，运行的膜组件代替沉淀池，运行的膜组件代替沉淀池，运行的膜组件代替沉淀池，运行效果良好。效果良好。效果良好。效果
45、良好。 微污染饮用水净化微污染饮用水净化 n nLyonnaisedesEaux 公司在 90 年代中期开发出同时具有生物脱氮、吸附杀虫剂、去除浊度功能的 MBR 工艺， 1995 年该公司在法国的 Douchy 建成了日产饮用水 400m 3 的工厂。出水中氮浓度低于 0.1mgNO 2 /L ，杀虫剂浓度低于 0.02 g/L 。 粪便污水处理粪便污水处理 n n粪便污水中有机物含量很高，传统的反硝化处理方法要求粪便污水中有机物含量很高，传统的反硝化处理方法要求有很高污泥浓度，固液分离不稳定，影响了三级处理效果。有很高污泥浓度，固液分离不稳定，影响了三级处理效果。 MBR MBR 的出现很
46、好地解决了这一问题，并且使粪便污水不的出现很好地解决了这一问题，并且使粪便污水不经稀释而直接处理成为可能。经稀释而直接处理成为可能。 n n日本已开发出被称之为日本已开发出被称之为 NS NS 系统的屎尿处理技术，最核心系统的屎尿处理技术，最核心部分是平板膜装置与好氧高浓度活性污泥生物反应器组合部分是平板膜装置与好氧高浓度活性污泥生物反应器组合的系统。的系统。 NS NS 系统于系统于 1985 1985 年在日本琦玉县越谷市建成，生年在日本琦玉县越谷市建成，生产规模为产规模为 10kL/d 10kL/d ， 1989 1989 年又先后在长崎县、熊本县建成年又先后在长崎县、熊本县建成新的屎尿
47、处理设施。新的屎尿处理设施。 NS NS 系统中的平板膜每组约系统中的平板膜每组约 0.4m 2 0.4m 2 共共几十组并列安装，做成能自动打开的框架装置，并能自动几十组并列安装，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冲洗。膜材料为截流分子量 20000 20000 的聚砜超滤膜。反应器的聚砜超滤膜。反应器内污泥浓度保持在内污泥浓度保持在 1500018000mg/L 1500018000mg/L 范围内。到范围内。到 1994 1994 年，年，日本已有日本已有 1200 1200 多套多套 MBR MBR 系统用于处理系统用于处理 4000 4000 多万人的粪多万人
48、的粪便污水。便污水。 土地填埋场土地填埋场 / 堆肥渗滤液处理堆肥渗滤液处理 n n土地填埋场土地填埋场 / / 堆肥渗滤液含有高浓度的污染物，其水质和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。水量随气候条件与操作运行条件的变化而变化。 MBR MBR 技技术在术在 1994 1994 年前就被多家污水处理厂用于该种污水的处理。年前就被多家污水处理厂用于该种污水的处理。通过通过 MBR MBR 与与 RO RO 技术的结合，不仅能去除技术的结合，不仅能去除 SS SS 、有机物和、有机物和氮，而且能有效去除盐类与重金属。氮，而且能有效去除盐类与重金属。n
49、n最近美国最近美国 EnvirogenEnvirogen 公司开发出一种公司开发出一种 MBR MBR 用于土地填埋用于土地填埋场渗滤液的处理，并在新泽西建成一个日处理能力为场渗滤液的处理，并在新泽西建成一个日处理能力为 40 40 万加仑万加仑 ( ( 约约 1500m 3 /d) 1500m 3 /d) 的装置，在的装置，在 2000 2000 年底投入运行。年底投入运行。该种该种 MBR MBR 使用一种自然存在的混合菌来分解渗滤液中的使用一种自然存在的混合菌来分解渗滤液中的烃和氯代化合物，其处理污染物的浓度为常规废水处理装烃和氯代化合物，其处理污染物的浓度为常规废水处理装置的置的 50
50、 50 100 100 倍。能达到这一处理效果的原因是，倍。能达到这一处理效果的原因是， MBR MBR 能够保留高效细菌并使细菌浓度达到能够保留高效细菌并使细菌浓度达到 50 50 ， 000g/L 000g/L 。在现。在现场中试中，进液场中试中，进液 COD COD 为几百至为几百至 40 40 ， 000mg/L 000mg/L ，污染物的，污染物的去除率达去除率达 90% 90% 以上。以上。 国内外国内外 MBR 主要应用领域及相应百主要应用领域及相应百分比率：分比率：n n污水类型 所占百分比率（） 工业污水 27 城市污水 12 建筑污水 24 垃圾 9 家庭污水 27 MBR
51、 应用的重点领域和方向应用的重点领域和方向 n n现有城市污水处理厂的更新升级，特别是出水水质难以达标现有城市污水处理厂的更新升级，特别是出水水质难以达标现有城市污水处理厂的更新升级，特别是出水水质难以达标现有城市污水处理厂的更新升级，特别是出水水质难以达标或处理流量剧增而占地面积无法扩大的水厂。或处理流量剧增而占地面积无法扩大的水厂。或处理流量剧增而占地面积无法扩大的水厂。或处理流量剧增而占地面积无法扩大的水厂。 n n无排水管网系统的小区，如居民点、旅游度假区、风景区等。无排水管网系统的小区，如居民点、旅游度假区、风景区等。无排水管网系统的小区，如居民点、旅游度假区、风景区等。无排水管网系
52、统的小区，如居民点、旅游度假区、风景区等。 n n有污水回用需求的地区或场所，如宾馆、洗车业、客机、流有污水回用需求的地区或场所，如宾馆、洗车业、客机、流有污水回用需求的地区或场所，如宾馆、洗车业、客机、流有污水回用需求的地区或场所，如宾馆、洗车业、客机、流动厕所等充分发挥动厕所等充分发挥动厕所等充分发挥动厕所等充分发挥 MBR MBR 占地面积小、设备紧凑、自动控制、占地面积小、设备紧凑、自动控制、占地面积小、设备紧凑、自动控制、占地面积小、设备紧凑、自动控制、灵活方便的特点。灵活方便的特点。灵活方便的特点。灵活方便的特点。 n n高浓度、有毒、难降解工业废水处理。如造纸、制糖、酒精、高浓度
53、、有毒、难降解工业废水处理。如造纸、制糖、酒精、高浓度、有毒、难降解工业废水处理。如造纸、制糖、酒精、高浓度、有毒、难降解工业废水处理。如造纸、制糖、酒精、皮革、合成脂肪酸等行业，是一种普遍的点源污染。皮革、合成脂肪酸等行业，是一种普遍的点源污染。皮革、合成脂肪酸等行业，是一种普遍的点源污染。皮革、合成脂肪酸等行业，是一种普遍的点源污染。 MBR MBR 可以对这些常规处理工艺无法达标的废水进行有效的处理，可以对这些常规处理工艺无法达标的废水进行有效的处理，可以对这些常规处理工艺无法达标的废水进行有效的处理，可以对这些常规处理工艺无法达标的废水进行有效的处理，并实现回用。并实现回用。并实现回用
54、。并实现回用。 n n垃圾填埋厂渗滤液的处理及回用。垃圾填埋厂渗滤液的处理及回用。垃圾填埋厂渗滤液的处理及回用。垃圾填埋厂渗滤液的处理及回用。 n n 小规模污水厂（站）的应用。膜技术的特点十分适合处理小规模污水厂（站）的应用。膜技术的特点十分适合处理小规模污水厂（站）的应用。膜技术的特点十分适合处理小规模污水厂（站）的应用。膜技术的特点十分适合处理小规模污水。小规模污水。小规模污水。小规模污水。 MBR 未来的研究重点如下未来的研究重点如下 n n膜污染的机理及防治。膜污染的机理及防治。膜污染的机理及防治。膜污染的机理及防治。n n MBR MBR 工艺流程形式及运行条件的优化。工艺流程形式
55、及运行条件的优化。工艺流程形式及运行条件的优化。工艺流程形式及运行条件的优化。 n nMBR MBR 污泥产率与运行条件的关系，以合理减少污泥产量，污泥产率与运行条件的关系，以合理减少污泥产量，污泥产率与运行条件的关系，以合理减少污泥产量，污泥产率与运行条件的关系，以合理减少污泥产量，降低污泥处理费用。降低污泥处理费用。降低污泥处理费用。降低污泥处理费用。 n nMBR MBR 生物反应器内微生物的代谢特性及其对出水水质、生物反应器内微生物的代谢特性及其对出水水质、生物反应器内微生物的代谢特性及其对出水水质、生物反应器内微生物的代谢特性及其对出水水质、污泥活性等的影响，从而确定适宜的微生物生长
56、及代谢条污泥活性等的影响，从而确定适宜的微生物生长及代谢条污泥活性等的影响，从而确定适宜的微生物生长及代谢条污泥活性等的影响，从而确定适宜的微生物生长及代谢条件。件。件。件。 n n MBR MBR 工艺经济性研究。在目前国内经济发展水平、膜产工艺经济性研究。在目前国内经济发展水平、膜产工艺经济性研究。在目前国内经济发展水平、膜产工艺经济性研究。在目前国内经济发展水平、膜产品供应状况和规范设计要求的条件下，品供应状况和规范设计要求的条件下，品供应状况和规范设计要求的条件下，品供应状况和规范设计要求的条件下， MBR MBR 用于污水处用于污水处用于污水处用于污水处理的最大经济流量的确定。理的最大经济流量的确定。理的最大经济流量的确定。理的最大经济流量的确定。 n n 以节能、处理特殊水质对象、兼具脱氮除磷、操作维护简以节能、处理特殊水质对象、兼具脱氮除磷、操作维护简以节能、处理特殊水质对象、兼具脱氮除磷、操作维护简以节能、处理特殊水质对象、兼具脱氮除磷、操作维护简便、可以长期稳定运行等为目标，开发新型的膜便、可以长期稳定运行等为目标，开发新型的膜便、可以长期稳定运行等为目标，开发新型的膜便、可以长期稳定运行等为目标，开发新型的膜 生物反应生物反应生物反应生物反应器器器器 . . THE END
