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有关MBR工艺知识汇总,看完小白变专家!

来源:新利体育环保     宣布时间:2020-10-15

       在污水处理,水资源再利用领域,有这样一种生化水处理技术-MBR。MBR又称膜生物反应器,是一种由膜疏散单位与生物处理单位相结合的新型水处理技术。膜的种类繁多,按疏散机理进行分类,有反应膜、离子交换膜、渗透膜等;按膜的性质分类,有天然膜(生物膜)和合成膜(有机膜和无机膜);按膜的结构型式分类,有平板型、管型、螺旋型及中空纤维型等。

       一、MBR的工艺组成

       膜-生物反应器主要由膜疏散组件及生物反应器两部分组成。通常提到的膜-生物反应器实际上是三类反应器的总称:

       ①曝气膜-生物反应器( Aeration membrane bioreactor,AMBR);

       ②萃取膜-生物反应器( Extractive Membrane bioreactor,EMBR);

       ③固液疏散型膜-生物反应器( Solid/Liquid SeparationMembrane Bioreactor, SLSMBR简称MBR)。

       1、曝气膜

       曝气膜-生物反应器(AMBR)最早见于 Cote. P即是1988年报道,接纳透气性致密膜(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,在坚持气体分压低于泡点(Bubble point)情况下,可实现向生物反应器的无泡曝气。该工艺的特点是提高了接触时间和传氧效率,有利于曝气工艺的控制,不受古板曝气中气泡巨细和停留时间的因素的影响。

       2、萃取膜

       萃取膜-生物反应器,又称为EMBR(Extractive membrane bioreactor)。因为高酸碱度或对生物有毒物质的保存,某些工业废水不宜接纳与微生物直接接触的要领处理;当废水中含挥发性有毒物质时,若接纳古板的好氧生物处理历程,污染物容易随曝气气流挥发,爆发气提现象,不但处理效果很不稳定,还会造成大气污染为了解决这些技术难题。

       英国学者Livingston研究开发了EMB。废水与活性污泥被膜离隔来,废水在膜内流动,而含某种专性细菌的活性污泥在膜外流动,废水与微生物不直接接触,有机污染物可以通过选择性透过膜被另一侧的微生物降解。由于萃取膜两侧的生物反应器单位和废水循环单位各自独立,各单位水流相互影响不大,生物反应器中营养物质和微生物生存条件不受废水水质的影响,使水处理效果稳定。系统的运行条件如HRT和SRT可划分控制在最优的规模,维持最大的污染物降解速率。

       3、固液疏散膜

       固液疏散型膜-生物反应器是在水处理领域中研究得最为广泛深入的一类膜,MBR生物反应器,是种用膜疏散历程取代古板活性污泥法中二次沉淀池的水处理技术。其通过膜组件将固体有机物回流至反应器中,再将处理过的有机水排出。膜疏散生物反应器的类型可以凭据膜组件与生物反应器位置进行分类,有一体式膜生物反应器、分置式膜生物反应器、复合式膜生物反应器。

       (1)分置式膜生物反应器

       通过泵对其加压,混淆液在压力的作用下进行过滤,这样大分子有机物将被膜过滤出来,再回流到生物反应器中进行降解,如此循环操作进一步地对有机污水中的有机勿进行剖析。

       分置式膜生物反应器具有稳定、容易操作、膜容易清洗等特征,是有机污水处理的有效要领之一,可是由于为了提高循环泵的压力会消耗较高的动能。

       (2)一体式膜生物反应器

       是将膜组件置于生物反应器中,再通过泵将过滤液抽出,在古板的废水生物处理技术中,泥水疏散是在二沉池中靠重力作用完成的,其疏散效率依赖于活性污泥的沉降性能,沉降性越好,泥水疏散效率越高。而污泥的沉降性取决于曝气池的运状况,改善污泥沉降性必须严格控制曝气池的操作条件,这限制了该要领的适用规模。

       由于二沉池固液疏散的要求,曝气池的污泥不可维持较高浓度,一般在1.5~3.5g/左右,从而限制了生化反应速率。水力停留时间(HRT)与污泥龄(SRT)相互依赖,提高容积负荷与降低污泥负荷往往形成矛盾。系统在运行历程中还爆发了大宗的剩余污泥,其处理用度占污水处理厂用度的25%~40%。古板活性污泥处理系统还容易岀现污泥膨胀现象,出水中含有悬浮固体,出水水质恶化。

       针对上述问题,MBR将疏散工程中的膜疏散技术与古板废水生物处理技术有机结合,大大提高了固液疏散效率;并且由于曝气池中活性污泥浓度的增大和污泥中特效菌(特别是优势菌的泛起,提高了生化反应速率;同时,通过降低FM比,减少剩余污泥爆发量(甚至为0),从而基本解决了古板活性污泥法保存的许多突出问题。

       二、MBR的工艺类型

       凭据膜组件和生物反应器的组合方法,可将膜-生物反应器分为分置式、一体式以及复合式三种基本类型。(以下讨论的均为固液疏散型膜-生物反应器)

       1、分置式

       把膜组件和生物反应器离开设置。生物反应器中的混淆液经循环泵增压后打至膜组件的过滤端,在压力作用下混淆液中的液体透过膜,成为系统处理水;固形物、大分子物质等则被膜截留,随浓缩液回流到生物反应器内。

       分置式膜-生物反应器的特点是运行稳定可靠,易于膜的清洗、更换及增设;并且膜通量普遍较大。但一般条件下为减少污染物在膜外貌的沉积,延长膜的清洗周期,需要用循环泵提供较高的膜面错流流速,水流循环量大、动力用度高( Yamamoto,1989),并且泵的高速旋转爆发的剪切力会使某些微生物菌体爆发失活现象( Brockmann and Seyfried1997)。

      2、一体式

       把膜组件置于生物反应器内部。进水进入膜-生物反应器,其中的大部分污染物被混淆液中的活性污泥去除,再在外压作用下由膜过滤出水。

       这种形式的膜-生物反应器由于省去了混淆液循环系统,并且靠抽吸出水,能耗相对较低;占地较分置式更为紧凑,近年来在水处理领域受到了特别关注。可是一般膜通量相对较低,容易爆发膜污染,膜污染后禁止易清洗和更换。

       3、复合式

       开式上也属于一体式膜-生物反应器,所差别的是在生物反应器内加装填料,从而形成复合式膜-生物反应器,改变了反应器的某些性状。

       三、MBR的工艺特点

       与许多古板的生物水处理工艺相比,MBR具有以下主要优点:

       1、出水水质优质稳定

       由于膜的高效疏散作用,疏散效果远好于古板沉淀池,处理岀水极其清澈,悬浮物和浊度接近于零,细菌和病毒被大幅去除,出水水质优于建设部宣布的生活杂用水水质标准(CJ25.189),可以直接作为非饮用市政杂用水进行回用。

       同时,膜疏散也使微生物被完全被截流在生物反应器内,使得系统内能够维持较高的微生物浓度,不但提高了反应装置对污染物的整体去除效率,包管了良好的出水水质,同时反应器对进水负荷(水质及水量)的种种变革具有很好的适应性,耐攻击负荷,能够稳定获得优质的出水水质。

       2、剩余污泥产量少

       该工艺可以在高容积负荷、低污泥负荷下运行,剩余污泥产量低(理论上可以实现零污泥排放),降低了污泥处理用度。

       3、占地面积小,不受设置场合限制

       生物反应器内能维持高浓度的微生物量,处理装置容积负荷高,占地面积大大节;该工艺流程简单、结构紧凑、占地面积省,不受设置场合限制,适合于任何场合,可做成地面式、半地下式和地下式

       4、可去除氨氮及难降解有机物

       由于微生物被完全截流在生物反应器内,从而有利于增殖缓慢的微生物如硝化细菌的截留生长,系统硝化效率得以提高。同时,可增长一些难降解的有机物在系统中的水力停留时间,有利于难降解有机物降解效率的提高。

       5、操作治理便当,易于实现自动控制

       该工艺实现了水力停留时间(HRT)与污泥停留时间(SRT)的完全疏散,运行控制越发灵活稳定,是污水处理中容易实现装备化的新技术,可实现微机自动控制,从而使操作治理更为便当。

       6、易于从古板工艺进行革新

       该工艺可以作为古板污水处理工艺的深度处理单位,在都会二级污水处理厂出水深度处理(从而实现都会污水的大宗回用)等领域有着辽阔的应用前景。

       膜--生物反应器也保存一些缺乏。主要体现在以下几个方面:

       1、膜造价高

      使膜-生物反应器的基建投资高于古板污水处理工艺。

       2、膜容易污染

       给操作治理带来未便。

       3、能耗高

       首先MBR泥水疏散历程必须坚持一定的膜驱动压力;其次是MBR池中MLSS浓度很是高,要坚持足够的传氧速率,必须加大曝气强度;另有为了加大膜通量、减轻膜污染,必须增大流速,冲洗膜外貌,造成MBR的能耗要比古板的生物处理工艺高。

       四、MBR工艺用膜

       膜可以由许多种质料制备,可以是液相、固相甚至是气相的。目前使用的疏散膜绝大大都是固相膜。凭据孔径差别可分为:微滤膜、超滤膜、纳滮膜和反渗透膜;凭据质料差别,可分为无机膜和有机膜,无机膜主要是微滤级别膜。膜可以是均质或非均质的,可以是荷电的或电中性的。广泛用于废水处理的膜主要是由有机高分子质料制备的固相非对称膜。

       1、膜的分类依据及分类

       (1)膜材质

       ①高分子有机膜质料: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。

       有机膜成内幕对较低,造价自制,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,但运行历程易污染、强度低、使用寿命短。

       ②无机膜:是固态膜的一种,是由无机质料,如金属、金属氧化物、陶瓷、多孔玻璃、沸石、无机高分子质料等制成的半透膜。目前在MBR中使用的无机膜多为陶瓷膜。
(2)膜孔径

       MBR工艺中用膜一般为微膜(MF)和超滤膜(UF),大都接纳0.1~0.4μm膜孔径,这关于固液疏散型的膜反应器来说已经足够,微滤膜常用的聚合物质料有:聚碳酸酯、纤维素酯、聚偏_氟乙烯、聚砜、聚四氟乙烯、聚氯乙烯、聚醚酰亚胺、聚丙烯、聚醚醚酮、聚酰胺等。

       超滤常用聚合聚醚砜(PES)、聚酰胺、聚丙烯腈(PAN)、聚偏氟乙烯、纤维素酯、聚聚亚酰胺、聚醚酰胺等。

       膜组件为了便于工业化生产和装置,提高膜的事情效率,在单位体积内实现最大的膜面积,通常将膜以某种形式组装在一个基本单位设备内,在一定的驱动力下,完成混淆液中各组分的疏散,这类装置称为膜组件( Module)。工业上常用的膜组件形式有五种:板框式、螺旋卷式、圆管式、中空纤维式和毛细管式。前两种使用平板膜,后三者使用管式膜。圆管式膜直径>10mm;毛细管式0.5~10.0mm。

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       2、MBR工艺中常用的膜组件形式

       (1)板框式

       MBR工艺最早应用的一种膜组件形式,外形类似于普通的板框式压滤机。

       优点:制造组装简单,操作便当,易于维护、清洗、更缺点:密封较庞大,压力损失大,装填密度小。

       (2)圆管式

       由膜和膜的支撑体组成,有内压型和外压型两种运行方法。实际中多接纳内压型,即进水从管内流入,渗透液从管外流出。膜直径在6~24mm之间。

       优点:料液可以控制湍流流动,不易梗塞,易清洗,压力损失小。

       缺点:装填密度小。

       (3)中空纤维式

       外径一般为40~250um,内径为25~42μm。在MBR中,常把组件直接放入反应器中,不需耐压容器,组成浸没式膜-生物反应器。一般为外压式膜组件。

       (4)柱形中空纤维膜

       优点:耐压强度高,不易变形,不需支撑质料;装填密度高;造价相对较低;寿命较长,可以接纳物化性能稳定,适水率低的尼龙中空纤维膜。

       缺点:对梗塞敏感,污染和浓差极化对膜的疏散性能有很大影响。

      (5)螺旋卷式

       螺旋卷式简称卷式,主要部件为多孔支撑质料,两侧是膜,三边密封,开放边与一根多孔的中心产品水收集管密封连接,在膜袋外部的原水侧垫一层网眼型间隔质料,把膜袋-隔网依次迭合,绕中心集水管紧密地卷起来,形成一个膜卷,装进圆柱形压力容器内,就制成了—个螺旋卷式膜组件优点:膜的装填密度高;膜攴撑结构简单;浓差极化;容易调解膜面流态。

       缺点:中心管处易泄漏;膜与攴撑质料的粘结处膜易破裂而泄漏;膜的装置和更换困难。

       五、MBR膜组件设计的一般要求

       1、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;

       2、能耗较低,尽量减少浓差极化,提高疏散效率,减轻膜污染;

       3、尽可能高的装填密度,装置,清洗、更换便当;

       4、具有足够的机械强度、化学和热稳定。

       膜组件的选用要综合考虑其本钱,装填密度、应用场合、系统流程、膜污染及清洗、使用寿命。

       六、MBR的应用领域

       进入90年代中后期,膜-生物反应器在外洋已进入了实际应用阶段。加拿大 Zenon公司首先推出了超滤管式膜-生物反应器,并将其应用于都会污水处理。为了节约能耗,该公司又开发了浸入式中空纤维膜组件,其开发出的膜-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。

       日本三菱人造丝公司也是世界上浸入式中空纤维膜的知名提供商,其在MBR的应用方面也积累了多年的经验,在日本以及其他国家建有多项实际MBR工程。日本Kubota公司是另一个在膜-生物反应器实际应用中具有竞争力的公司,它所生产的板式膜具有流通量大、耐污染和工艺简单等特点。海内一些硏究者及企业也在MBR实用化方面进行着实验,现在膜-生物反应器已应用于以下领域:

       1、都会污水处理及建筑中水回用

       1967年第一个接纳MBR工艺的废水处理厂由美国的Do-Oive公司建成,这个处理厂处理14m3/d废水。1977年,一套污水回用系统在日本的一幢高层建筑中获得实际应用。1980年,日本建成了两座处理能力划分为10m3/d和50m3/d的MBR处理厂。90年代中期,日本就有39座这样的厂在运行,最大处理能力可达500m3/d,并且有100多处的高楼接纳MBR将污水处理后回用于中水道。1997年,英国 Wesse公司在英国 Porlock建立了其时世界上最大的MBR系统,日处理量达2000m3,199年又在 Dorset的 Swanage建成了13000m3/d的MBR工厂。

       1998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,天津大学在天津新技术工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25t,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0.7kWh。

       2、工业废水处理

       90年代以来,MBR的处理工具不绝拓展,除中水回用、粪便污水处理以外,MBR在工业废水处理中的应用也获得了广泛关注,如处理食品工业废水、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,均获得了良好的处理效果。90年代初,美国建造了—套用于处理某汽车制造厂的工业废水的MBR系统,处理规模为151m3/d,该系统的有机负荷达6.3kgCOD/m3▪d,COD去除率为94%,绝大部分的油与油脂被降解。在荷兰,一座脂肪提取加工厂接纳古板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,污泥难以疏散,最后接纳膜组件取代沉淀池,运行效果良好。

       3、微污染饮用水净化

       随看氮肥与杀虫剂在农业中的广泛应用,饮用水也差别水平受到污染。LyonnaisedesEaux公司在90年代中期开发出同时具有生物脱氮、吸附杀虫剂、去除浊度功效的MBR工艺,1995该公司在法国的Touchy建成了日产饮用水400m3的工厂。出水中氮浓度低于0.1mgNO2/L,杀虫剂浓度低于0.02μg/L。

       4、粪便污水处理

       粪便污水中有机物含量很高,古板的反硝化处理要领要求有很高污泥浓度,固液疏散不稳定影响了三级处理效果。MBR的泛起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。

       日本已开发出被称之为NS系统的屎尿处理技术,最焦点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。NS系统于1985年在日本琦玉县越谷市建成,生产规模为10kL/d,1989年又先后在长崎县、熊本县建成新的屎尿处理设施。NS系统中的平板膜每组约0.4㎡,共几十组并列装置,做成能自动翻开的框架装置,并能自动冲洗。膜质料为截流分子量20000的聚砜超滤膜。反应器内污泥浓度坚持在15000~18000mg/规模内。到1994年日本已有1200多套MBR系统用于处理4000多万人的粪便污水。

       5、土地填埋场/肥渗滤液处理

       土地填埋场/堆肥渗沥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革而变革。MBR技术在1994年前就被多家污水处理厂用于该种污水的处理。通过MBR与RO技术的结合,不但能去除SS、有机物和氮,并且能有效去除盐类与重金属。最近美囯Envirogen公司开发出—种MBR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40万加仑(约1500m3/d)的装置,在2000年底投入运行。该种MBR使用一种自然保存的混淆菌来剖析渗滤液中的烃和氯代化合物,其处理污染物的浓度为通例废水处理装置的50~100倍。能抵达这一处理效果的原因是,MBR能够保存高效细菌并使细菌浓度抵达50000mg/L。在现场中试中,进液COD为几百至40000mg/L,污染物的去除率达90%以上。

       七、MBR的生长前景和偏向

       1、现有都会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;

       2、无排水管网系统的小区,如居民点、旅游度假区、景物区等;

       3、有污水回用需求的地区或场合,如宾馆、洗车业、客机、流动茅厕等充分发挥MBR占地面积小、设备紧凑、自动控制、灵活便当的特点;

       4、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。MBR可以对这些通例处理工艺无法达标的废水进行有效的处理,并实现回用;

       5、垃圾填埋厂渗滤液的处理及回用;

       6、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。

       未来的研究重点:

       1、膜污染的机理及防治;

       2、工艺流程形式及运行条件的优化;

       3、污泥产率与运行条件的关系,以合理减少污泥产量,降低污泥处理用度;

       4、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及代谢条件;

       5、工艺经济性研究。在目前海内经济生长水平、膜产品供应状况和规范设计要求的条件下,MBR用于污水处理的最大经济流量简直定;

       6、以节能、处理特殊水质工具、兼具脱氮除磷、操作维护简便、可以恒久稳定运行等为目标,开发新型的膜生物反应器。
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