MBR工藝技術知識係統介紹（二）

如何進行水處理？

衡美水處理為您介紹一項水處理專業知識——MBR工藝技術知識。

在汙水處理，水資源再利用領域，MBR又稱膜生物反應器（Membrane Bio-Reactor），是一種由膜分離單元與生物處理單元相結合的新型水處理技術。膜的種類繁多，按分離機理進行分類，有反應膜、離子交換膜、滲透膜等；按膜的性質分類，有天然膜（生物膜）和合成膜（有機膜和無機膜） ；按膜的結構型式分類，有平板型、管型、螺旋型及中空纖維型等。

四、工藝用膜

膜可以由很多種材料製備，可以是液相、固相甚至是氣相的。目前使用的分離膜絕大多數是固相膜。根據孔徑不同可分為：微濾膜、超濾膜、納濾膜和反滲透膜；根據材料不同，可分為無機膜和有機膜，無機膜主要是微濾級別膜。膜可以是均質或非均質的，可以是荷電的或電中性的。廣泛用於廢水處理的膜主要是由有機高分子材料製備的固相非對稱膜。

膜的分類依據及分類：

1、膜材質

（1）高分子有機膜材料：聚烯烴類、聚乙烯類、聚丙烯腈、聚碸類、芳香族聚酰胺、含氟聚合物等。

有機膜成本相對較低，造價便宜，膜的製造工藝較為成熟，膜孔徑和形式也較為多樣，應用廣泛，但運行過程易汙染、強度低、使用壽命短。

（2）無機膜：是固態膜的一種，是由無機材料，如金屬、金屬氧化物、陶瓷、多孔玻璃、沸石、無機高分子材料等製成的半透膜。

目前在MBR中使用的無機膜多為陶瓷膜。優點是：它可以在pH=0——14、壓力P<10MPa、溫度<350 ℃的環境中使用，其通量高、能耗相對較低，在高濃度工業廢水處理中具有很大競爭力；缺點是：造價昂貴、不耐堿、彈性小、膜的加工製備有一定困難。

2、膜孔徑

MBR 工藝中用膜一般為微濾膜（MF）和超濾膜（UF），大都采用0.1—0.4μm膜孔徑，這對於固液分離型的膜反應器來說已經足夠。

微濾膜常用的聚合物材料有：聚碳酸酯、纖維素酯、聚偏二氟乙烯、聚碸、聚四氟乙烯、聚氯乙烯、聚醚酰亞胺、聚丙烯、聚醚醚酮、聚酰胺等。

超濾常用聚合物材料有：聚碸、聚醚碸（PES）、聚酰胺、聚丙烯腈（PAN）、聚偏氟乙烯、纖維素酯、聚醚醚酮、聚亞酰胺、聚醚酰胺等。

3、膜組件

為了便於工業化生產和安裝，提高膜的工作效率，在單位體積內實現最大的膜麵積，通常將膜以某種形式組裝在一個基本單元設備內，在一定的驅動力下，完成混合液中各組分的分離，這類裝置稱為膜組件（Module）。

4、工業上常用的膜組件形式有五種

板框式、螺旋卷式、圓管式、中空纖維式和毛細管式。前兩種使用平板膜，後三者使用管式膜。圓管式膜直徑>10mm；毛細管式0.5——10.0mm；中空纖維式<0.5mm。

MBR 工藝中常用的膜組件形式有：板框式、圓管式、中空纖維式。

（1）板框式

MBR工藝最早應用的一種膜組件形式，外形類似於普通的板框式壓濾機。

優點：製造組裝簡單，操作方便，易於維護、清洗、更換。

缺點：密封較複雜，壓力損失大，裝填密度小。

（2）圓管式

由膜和膜的支撐體構成，有內壓型和外壓型兩種運行方式。實際中多采用內壓型，即進水從管內流入，滲透液從管外流出。膜直徑在 6——24mm 之間。

優點：料液可以控製湍流流動，不易堵塞，易清洗，壓力損失小。

缺點：裝填密度小。

（3）中空纖維式

組裝形式如下圖所示：外徑一般為40——250μm，內徑為25——42μm。在MBR中，常把組件直接放入反應器中，不需耐壓容器，構成浸沒式膜--生物反應器。一般為外壓式膜組件。

（4）柱形中空纖維膜

優點：耐壓強度高，不易變形，不需支撐材料；裝填密度高；造價相對較低；壽命較長，可以采用物化性能穩定，透水率低的尼龍中空纖維膜。

缺點：對堵塞敏感，汙染和濃差極化對膜的分離性能有很大影響。

（5）螺旋卷式

螺旋卷式簡稱卷式，主要部件為多孔支撐材料，兩側是膜，三邊密封，開放邊與一根多孔的中心產品水收集管密封連接，在膜袋外部的原水側墊一層網眼型間隔材料，把膜袋-隔網依次迭合，繞中心集水管緊密地卷起來，形成一個膜卷，裝進圓柱形壓力容器內，就製成了一個螺旋卷式膜組件。

優點：膜的裝填密度高；膜支撐結構簡單；濃差極化小；容易調整膜麵流態。

缺點：中心管處易泄漏；膜與支撐材料的粘結處膜易破裂而泄漏；膜的安裝和更換困難。

五、應用領域

1、城市汙水處理及建築中水回用

1967年第一個采用MBR工藝的廢水處理廠由美國的Dorr-Oliver公司建成，這個處理廠處理14m3/d廢水。 1977年，一套汙水回用係統在日本的一幢高層建築中得到實際應用。1980年，日本建成了兩座處理能力分別為 10m3/d 和50m3/d的MBR處理廠。90年代中期，日本就有39座這樣的廠在運行，最大處理能力可達500m3 /d，並且有100 多處的高樓采用MBR將汙水處理後回用於中水道。1997年，英國Wessex公司在英國Porlock建立了當時世界上最大的MBR係統，日處理量達2000m3，1999年又在Dorset的Swanage建成了13000m3/d的MBR工廠。

1998年5月，清華大學進行的一體式膜--生物反應器中試係統通過了國家鑒定。2000年初，清華大學在北京市海澱鄉醫院建起了一套實用的MBR係統，用以處理醫院廢水，該工程於2000年6月建成並投入使用，目前運轉正常。2000 年9 月，天津大學楊造燕教授及其領導的科研小組在天津新技術產業園區普辰大廈建成了一個MBR示範工程，該係統日處理汙水25t，處理後的汙水全部用於衛生間的衝洗及綠地澆灑，占地麵積為10平方米，處理每噸汙水的能耗為0.7kW&dot；h。

2、工業廢水處理

90年代以來，MBR的處理對象不斷拓寬，除中水回用、糞便汙水處理以外，MBR在工業廢水處理中的應用也得到了廣泛關注，如處理食品工業廢水、水產加工廢水、養殖廢水、化妝品生產廢水、染料廢水、石油化工廢水，均獲得了良好的處理效果。90年代初，美國在Ohio建造了一套用於處理某汽車製造廠的工業廢水的MBR係統，處理規模為151m3/d，該係統的有機負荷達6.3kgCOD/m3&dot；d ，COD去除率為94%，絕大部分的油與油脂被降解。在荷蘭，一座脂肪提取加工廠采用傳統的氧化溝汙水處理技術處理其生產廢水，由於生產規模的擴大，結果導致汙泥膨脹，汙泥難以分離，最後采用Zenon的膜組件代替沉澱池，運行效果良好。

3、微汙染飲用水淨化

隨著氮肥與殺蟲劑在農業中的廣泛應用，飲用水也不同程度受到汙染。LyonnaisedesEaux公司在90年代中期開發出同時具有生物脫氮、吸附殺蟲劑、去除濁度功能的MBR工藝，1995 年該公司在法國的Douchy建成了日產飲用水400m3的工廠。出水中氮濃度低於0.1mgNO2/L，殺蟲劑濃度低於0.02μg/L 。

4、糞便汙水處理

糞便汙水中有機物含量很高，傳統的反硝化處理方法要求有很高汙泥濃度，固液分離不穩定，影響了三級處理效果。MBR的出現很好地解決了這一問題，並且使糞便汙水不經稀釋而直接處理成為可能。

日本已開發出被稱之為NS係統的屎尿處理技術，最核心部分是平板膜裝置與好氧高濃度活性汙泥生物反應器組合的係統。NS係統於1985年在日本琦玉縣越穀市建成，生產規模為10kL/d，1989年又先後在長崎縣、熊本縣建成新的屎尿處理設施。NS係統中的平板膜每組約0.4m2共幾十組並列安裝，做成能自動打開的框架裝置，並能自動衝洗。膜材料為截流分子量20000的聚碸超濾膜。反應器內汙泥濃度保持在15000——18000mg/L範圍內。到 1994 年，日本已有1200多套MBR係統用於處理4000多萬人的糞便汙水。

5、土地填埋場/肥滲濾液處理

土地填埋場/堆肥滲濾液含有高濃度的汙染物，其水質和水量隨氣候條件與操作運行條件的變化而變化。 MBR技術在1994年前就被多家汙水處理廠用於該種汙水的處理。通過MBR與RO技術的結合，不僅能去除SS、有機物和氮，而且能有效去除鹽類與重金屬。最近美國Envirogen公司開發出一種MBR用於土地填埋場滲濾液的處理，並在新澤西建成一個日處理能力為40萬加侖（約1500m3/d）的裝置，在2000年底投入運行。該種MBR使用一種自然存在的混合菌來分解滲濾液中的烴和氯代化合物，其處理汙染物的濃度為常規廢水處理裝置的50 —— 100倍。能達到這一處理效果的原因是，MBR能夠保留高效細菌並使細菌濃度達到50000g/。在現場中試中，進液COD為幾百至40000mg/L，汙染物的去除率達90%以上。

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