膜生物反應(yīng)器(MBR)培訓(xùn)資料 先進(jìn)污水處理解決方案

　　浸沒(méi)式膜生物反應(yīng)器(MBR)的最早研究可以追溯到上世紀(jì)60年代末期的美國(guó)。1969年Smith等報(bào)道采用超濾膜來(lái)替代傳統(tǒng)活性污泥工藝中的二沉池，用于處理城市污水。70年代末期，日本由于污水再生利用的需要，膜生物反應(yīng)器(MBR)的研究工作有了較快的進(jìn)展。自1983年到1987年日本有13家公司使用好氧膜生物反應(yīng)器(MBR)處理大樓污水，處理水作為中水回用。從80年代后期到90年代初，Zenon公司繼續(xù)Dorr-Oliver公司的早期研究，進(jìn)行污水處理研究，后開(kāi)發(fā)用于處理工業(yè)廢水的系統(tǒng)并獲得了成功。Zenon公司的商業(yè)化產(chǎn)品，ZenoGem于1982年投入使用。

　　我國(guó)對(duì)浸沒(méi)式膜生物反應(yīng)器(MBR)的研究始于上世紀(jì)90年代初。最早開(kāi)始研究的有清華大學(xué)、中科院生態(tài)環(huán)境中心、天津大學(xué)、同濟(jì)大學(xué)等。近年，由于該項(xiàng)技術(shù)所具有的巨大吸引力和潛在的應(yīng)用前景，受到了更多研究者的青睞。

　　1 浸沒(méi)式膜生物反應(yīng)器原理

　　浸沒(méi)式膜生物反應(yīng)器(MBR)是膜分離技術(shù)和生物技術(shù)的有機(jī)結(jié)合。用超濾或微濾膜分離技術(shù)取代傳統(tǒng)的活性污泥法的二沉池和常規(guī)過(guò)濾單元，使水力停留時(shí)間(HRT)和泥齡(STR)完全分離。其高效的固液分離能力使出水水質(zhì)良好，懸浮物和濁度接近于零，并可截留大腸桿菌等生物性污染物，處理后出水可直接回用，出水水質(zhì)要明顯優(yōu)于傳統(tǒng)污水處理工藝，是一種高效、經(jīng)濟(jì)的污水資源化技術(shù)。

　　2 膜分離單元特點(diǎn)

　　浸沒(méi)式膜生物反應(yīng)器(MBR)中膜分離單元-濾膜的選擇基于三點(diǎn)：

　　1.可有效的分離活性污泥;

　　2.運(yùn)行成本最低;

　　3.抗污染能力強(qiáng)。

　　通過(guò)對(duì)國(guó)內(nèi)外膜生物反應(yīng)器技術(shù)的研究，目前國(guó)內(nèi)外使用的膜生物反應(yīng)器大部分濾膜孔徑基本集中在0.05-0.4μm之間，基本介于超濾、微濾膜臨界點(diǎn)附近。在如上孔徑范圍基本上實(shí)現(xiàn)了對(duì)活性污泥的有效截留，同時(shí)確保其運(yùn)行能耗最低。再大或者再小的空間將不太適應(yīng)于膜生物反應(yīng)器技術(shù)。

　　微濾、超濾、納濾及反滲透過(guò)濾功能見(jiàn)如下表：

　　1、微濾膜(MF)

　　截留顆粒直徑0.1 到數(shù)微米之間。微濾膜允許大分子和溶解性固體(無(wú)機(jī)鹽)等通過(guò)，但會(huì)截留懸浮物、細(xì)菌及大分子量膠體等物質(zhì)。微濾操作壓力一般在0.01～0.2MPa之間。

　　2、超濾膜(UF)

　　截留顆粒直徑0.002～0.1μm 之間。超濾允許小分子物質(zhì)和溶解性固體(無(wú)機(jī)鹽)等通過(guò)，同時(shí)截留下膠體、蛋白質(zhì)、微生物及大分子有機(jī)物，用于表示超濾膜孔徑大小的切割分子量一般在1,000～500,000 之間。超濾操作壓力一般在0.05～0.6MPa 之間。

　　3、膜組件型式

　　中空纖維膜原理及型式

　　篩分過(guò)程，浸沒(méi)式膜生物反應(yīng)器(MBR)操作壓力一般在0-70kPa，混合液在靜壓差或自吸泵的作用下，透過(guò)纖維素或高分子材料制成的微孔濾膜，利用其均一孔徑，來(lái)截留水中的微粒、細(xì)菌等，使其不能通過(guò)濾膜而被去除。

　　平板膜原理和形式

　　篩分過(guò)程，膜生物反應(yīng)器(MBR)操作壓力0-35KPa，混合液在靜壓差或自吸泵的作用下，透過(guò)纖維素或高分子材料制成的微孔濾膜，利用其均一孔徑，來(lái)截留水中的微粒、細(xì)菌等，使其不能通過(guò)濾膜而被去除。

　　a.平板膜元件型式

　　3 膜生物反應(yīng)器工藝路線

　　3、浸沒(méi)式MBR工藝流程

　　常規(guī)MBR 污水處理工藝說(shuō)明：

　　a.格柵

　　污廢水通過(guò)格柵，利用機(jī)械格柵去除大塊雜物、漂浮物等，避免對(duì)后續(xù)設(shè)備的影響。在格柵井內(nèi)安裝一套機(jī)械格柵，柵條間隙為1-2mm，由進(jìn)水室、格柵渠道組成。在格柵進(jìn)水室設(shè)置應(yīng)急溢流管，當(dāng)設(shè)備故障或其他非常原因，使進(jìn)水室的污水超過(guò)最高設(shè)定水位時(shí)，污水通過(guò)應(yīng)急溢流管超越排出，為檢修，在格柵前設(shè)置圓形閘閥。柵渣需定期清理，可作垃圾處理。

　　b.調(diào)節(jié)池

　　由于來(lái)自各時(shí)的水質(zhì)、水量均不一樣，一般高峰流量為平均處理量的2～8倍，因此為使處理系統(tǒng)連續(xù)穩(wěn)定地運(yùn)行，同時(shí)調(diào)節(jié)水量和均和水質(zhì)，設(shè)計(jì)一座調(diào)節(jié)池。調(diào)節(jié)池的設(shè)計(jì)有效容積一般為平均處理量的4～12倍，為保證調(diào)節(jié)池內(nèi)不沉積污物，設(shè)置潛水?dāng)嚢杵鬟M(jìn)行攪拌。設(shè)置液位自動(dòng)控制裝置，水泵將根據(jù)液位自動(dòng)開(kāi)啟;設(shè)置潛污泵提升污水至缺氧池，配套自動(dòng)耦合起吊裝置。

　　c.缺氧池

　　污水進(jìn)入缺氧池，同時(shí)進(jìn)入的還有膜池的回流混合液和污泥池的污泥。缺氧池主要作用是依靠污水中的有機(jī)物為碳源，利用反硝化細(xì)菌的反硝化作用將回流至該池泥水混合物中的硝酸鹽、亞硝酸鹽轉(zhuǎn)化為氮?dú)?，從而?shí)現(xiàn)廢水脫氮。此外，由于在脫氮過(guò)程中也消耗了污水中的有機(jī)物，所以廢水COD同時(shí)降低。池內(nèi)設(shè)潛水?dāng)嚢杵?，溶解氧濃度?.5mg/L。

　　d.好氧池

　　污水經(jīng)缺氧池處理后，自流進(jìn)入好氧池，即進(jìn)入好氧處理階段。在曝氣狀態(tài)下中大量繁殖的活性污泥中微生物以及硝化菌群、磷細(xì)菌，降解或吸附水中含碳、氨氮、磷有機(jī)污染物質(zhì)，以達(dá)到凈化水質(zhì)的目的。池內(nèi)設(shè)置硅橡膠管式曝氣器，具有良好的氧轉(zhuǎn)移率?？刂迫芙庋鯘舛?.0mg/L。

　　好氧池采用鼓風(fēng)曝氣方式。傳統(tǒng)地埋式常用潛流曝氣方式，但運(yùn)行發(fā)現(xiàn)當(dāng)停止曝氣時(shí)，污泥沉淀至曝氣口附近而造成曝氣口堵塞現(xiàn)象，使曝氣機(jī)難以啟動(dòng)，甚至完全不能啟動(dòng);同時(shí)，由于潛流曝氣設(shè)備埋設(shè)于地下，造成維修更換困難，給正常運(yùn)行造成很大的麻煩。所以本設(shè)計(jì)采用羅茨鼓風(fēng)機(jī)進(jìn)行鼓風(fēng)曝氣，安裝由管道組成的曝氣系統(tǒng)，不易堵塞，風(fēng)機(jī)設(shè)在設(shè)備房，維修更換方便。

　　e.MBR池

　　利用膜對(duì)生化反應(yīng)池內(nèi)的含泥污水進(jìn)行過(guò)濾，實(shí)現(xiàn)泥水分離。一方面，膜截留了反應(yīng)池中的微生物，使池中的活性污泥濃度大增加，使降解污水的生化反應(yīng)進(jìn)行得更迅速更徹底;另一方面，由于膜的高過(guò)濾精度，保證了出水清澈透明，得到高質(zhì)量的產(chǎn)水。

　　膜池設(shè)置MBR膜組件系統(tǒng)及配套的出水、清洗、吹掃等系統(tǒng)。MBR膜區(qū)內(nèi)的吹掃(曝氣)有兩個(gè)用途，一是用于膜組件周圍的氣水振蕩，保持膜表面清潔，二是為提供生物降解所需要的氧氣。通過(guò)膜的高效截留作用，全部細(xì)菌及懸浮物均被截流在曝氣池中，可以有效截留硝化菌，使硝化反應(yīng)順利進(jìn)行，有效去除氨氮;同時(shí)可以截留難于降解的大分子有機(jī)物，延長(zhǎng)其在反應(yīng)器中的停留時(shí)間，使之得到最大限度的降解。剩余污泥通過(guò)膜區(qū)剩余污泥泵定期排出，可控制系統(tǒng)內(nèi)活性污泥的濃度及污泥齡。

　　f.消毒/清水池

　　經(jīng)膜過(guò)濾的出水尚有一部分病毒不能被去除，出水再經(jīng)消毒即可達(dá)標(biāo)回用?？刹捎米贤庀?，消毒后的水儲(chǔ)存在清水池內(nèi)供使用，預(yù)留取水泵位置。

　　MBR 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)從水中去除有機(jī)物(COD)、氨氮(NH3-H)、總氮(TN)和總磷(TP)。用戶可根據(jù)出水要求，組合厭氧、缺氧、好氧工藝，實(shí)現(xiàn)對(duì)出水的要求。

　　以下是針對(duì)不同水處理要求所建議的處理工藝，如表所示：

　　4、膜池活性污泥循環(huán)方式

　　如果采用好氧池+膜池或脫氮池+膜池的運(yùn)行方式，為了保證均衡的污泥濃度和脫氮效果，需要進(jìn)行活性污泥(MLSS)循環(huán)。大致有以下三種方式：

　　4 浸沒(méi)式膜生物反應(yīng)器布置

　　1、中空纖維膜組件布置

　　2、平板膜組件布置圖

　　5 浸沒(méi)式膜生物反應(yīng)器的主要特點(diǎn)

　　膜生物反應(yīng)器(Membrane Bio-Reactor，MBR)是一種由膜分離單元與生物處理單元相結(jié)臺(tái)的新型水處理技術(shù)，以膜組件取代二沉池，在生物反應(yīng)器中保持高活性污泥濃度減少污水處理設(shè)施占地，并通過(guò)保持低污泥負(fù)荷減少污泥量。與傳統(tǒng)的生化水處理技術(shù)相比，MBR 具有以下主要優(yōu)點(diǎn)：

　　1、能夠有效地進(jìn)行固液分離，分離效果遠(yuǎn)好于傳統(tǒng)的沉淀池，出水水質(zhì)良好，出水懸浮物和濁度接近于零，可直接回用，實(shí)現(xiàn)了污水資源化;

　　2、膜的高效攔截作用使微生物完全截流在反應(yīng)器內(nèi)，實(shí)現(xiàn)了反應(yīng)器水力停留時(shí)間(HRT)和污泥齡(SRT)的完全分離，使運(yùn)行控制更加靈活穩(wěn)定;

　　3、 反應(yīng)器內(nèi)的微生物濃度高，耐沖擊負(fù)荷能力強(qiáng);

　　4、有利于增殖緩慢的硝化細(xì)菌的截流生長(zhǎng)和繁殖，系統(tǒng)硝化效率得以提高，具有一定的脫氮、除磷功能，優(yōu)于傳統(tǒng)的生物處理單元;

　　5、污泥齡長(zhǎng)。膜分離使污水中的大分子難降解成分，在體積有限的生物反應(yīng)器內(nèi)有足夠的停留時(shí)間，大大提高了難降解有機(jī)物的降解效率。反應(yīng)器在高容積負(fù)荷、低污泥負(fù)荷、長(zhǎng)泥齡下運(yùn)行，可以實(shí)現(xiàn)基本無(wú)剩余污泥排放;

　　6、省去二次沉淀池，節(jié)省占地;

　　7、系統(tǒng)采用PLC 控制，可實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)化控制。

　　6 浸沒(méi)式膜生物反應(yīng)器預(yù)處理

　　沒(méi)有預(yù)處理，對(duì)MBR是不可想象。預(yù)處理的作用：既要防止膜污染，又要保證生物體系的正常運(yùn)行。處理不當(dāng)：格柵過(guò)粗、絮凝不充分(PAM)等高分子之間易吸附，加強(qiáng)膜污染。根據(jù)原水的特點(diǎn)，選擇適當(dāng)?shù)念A(yù)處理措施。

　　1、MBR預(yù)處理設(shè)施選擇的原則

　　MBR工藝保護(hù)膜的預(yù)處理設(shè)施：超細(xì)格柵(0.2-2mm)。超細(xì)格柵選擇原則： (1) 設(shè)在沉砂池之后; (2) 選用Mesh或Hole狀轉(zhuǎn)鼓格柵; (3) 平板膜1-2mm。

　　2、MBR工藝保護(hù)膜的預(yù)處理

　　多數(shù)膜工程商：進(jìn)水油脂<50mg/L，礦物油<3mg/L

　　3、中空纖維膜對(duì)預(yù)處理的要求

　　4、平板膜對(duì)預(yù)處理的要求

　　7 MBR技術(shù)設(shè)計(jì)關(guān)鍵點(diǎn)

　　1、 MBR構(gòu)型選擇與膜組件形式

　　(1)污泥濃度<10g/L;

　　(2)膜組件排布時(shí)，需要考慮維護(hù)管理的便利性;

　　(3)通量：工業(yè)廢水處理時(shí)，提供一般1/2生活污水通量，但實(shí)際選擇時(shí)，需要結(jié)合具體的廢水類型和水質(zhì)特征進(jìn)行具體分析。

　　2、運(yùn)行費(fèi)用與能耗

　　(1)運(yùn)行費(fèi)用是工程設(shè)計(jì)中需要特別考慮的。

　　(2)MBR的運(yùn)行費(fèi)用：a.水泵的性能：與膜組件和TMP有關(guān);b.曝氣：膜曝氣，一般采用大氣泡曝氣;生物曝氣，一般采用微氣泡曝氣;

　　注：①小型MBR，生物曝氣和膜曝氣可以合并，采用大氣泡方式，保證對(duì)膜組件的沖刷，但能耗稍高。②中型、大型MBR，需分開(kāi)設(shè)置，既保證對(duì)膜組件的沖刷作用，又可以降低能耗。③過(guò)量的膜曝氣，會(huì)造成膜壽命下降和膜組件損傷。

　　膜的清洗：所在比例很小;

　　(4)膜的更換：與膜材質(zhì)、膜廠家技術(shù)水平、維護(hù)好壞等有關(guān)。

　　3、風(fēng)機(jī)與曝氣管

　　(1)為保護(hù)膜，宜采用無(wú)油壓縮風(fēng)機(jī)。

　　(2)由于工業(yè)廢水沖擊負(fù)荷的問(wèn)題，需要足夠的溶解氧即需要有足夠的風(fēng)機(jī)富余量。

　　曝氣管容易堵塞，需要設(shè)置清洗設(shè)備。設(shè)計(jì)管路時(shí)，應(yīng)防止清洗水流入風(fēng)機(jī)。鼓風(fēng)機(jī)管路應(yīng)高于水面，防止清洗水流入風(fēng)機(jī)。

　　4、自控方式與監(jiān)測(cè)

　　(1)通常情況下采用PLC控制，配置必要的電/氣動(dòng)閥門，自動(dòng)運(yùn)行。

　　(2)自動(dòng)閥門應(yīng)帶有信號(hào)反饋，以確定是否開(kāi)關(guān)到位。

　　(3)設(shè)計(jì)監(jiān)測(cè)指標(biāo)：TMP、水質(zhì)、濁度等。

　　5、臭味、噪音和濕度問(wèn)題

　　(1)由于曝氣量較大，MBR車間的臭味、噪音和濕度都較大。

　　(2)臭味：根據(jù)需要，反應(yīng)池頂部加蓋，做成密閉方式，用離心鼓風(fēng)機(jī)將臭氣抽取到臭味去除裝置中。

　　(3)噪音：采用隔音罩，或者選擇低噪音風(fēng)機(jī)。

　　(4)濕度：根據(jù)需要，增加除濕器或者加強(qiáng)通風(fēng)。

　　(5)溫度：不能超過(guò)40～45度。

　　6、色度問(wèn)題與去除

　　(1)目前的MBR均采用超濾/微濾膜，對(duì)色度的截留效果較低。

　　(2)原水中的色度：進(jìn)行預(yù)處理，加入混凝劑或脫色劑，預(yù)先把色度降低到一個(gè)合理的范圍，然后進(jìn)入MBR，通過(guò)生物降解作用繼續(xù)脫色。

　　(3)膜出水有時(shí)會(huì)有色度?？刹捎贸粞?、活性炭等方式繼續(xù)脫色。

　　7、后期運(yùn)行維護(hù)的便利性

　　(1)考慮膜組件清洗的便利性;

　　(2)考慮膜組件更換的便利性;

　　(3)操作人員日常維護(hù)、日常檢修等。

　　8、膜組件選型

　　膜元件用量計(jì)算

　　n(張)=Qmax/(F˙A)

　　其中： Qmax：日最大污水量(m3/d);考慮下雨、洪水等情況的最大日污水量。

　　F： 膜通量[L/( m2˙d)];

　　A ：每張膜元件的有效膜面積(m2/張)。

　　參考值：

　　1.生活污水設(shè)計(jì)膜通量范圍：400～800L/(m2˙d)。(中空、平板適用范圍)

　　2.工業(yè)廢水設(shè)計(jì)膜通量范圍：100～400L/(m2˙d)。工業(yè)廢水的場(chǎng)合最好通過(guò)試驗(yàn)確認(rèn)膜通量最佳值.(中空、平板適用范圍)

　　9、設(shè)計(jì)水量

　　設(shè)計(jì)流量的確定是污水處理廠設(shè)計(jì)最基本的問(wèn)題，是污水處理系統(tǒng)設(shè)計(jì)、工藝設(shè)備選型的基礎(chǔ)。

　　(1)傳統(tǒng)的生物處理工藝：污水處理廠規(guī)模Qd是指平均日污水量，污水處理的生物處理系統(tǒng)多數(shù)也是按照Qd設(shè)計(jì)。生物處理系統(tǒng)是利用微生物吸附、水解或氧化水中有機(jī)物的設(shè)施，具有很強(qiáng)的緩沖能力。

　　(2)MBR工藝：通常采取恒流出水模式，決定了膜通量和膜數(shù)量的選擇。污水處理廠的設(shè)計(jì)流量與運(yùn)行流量要保持一致。

　　多數(shù)膜供應(yīng)商：設(shè)定(1.2-1.3)Qd的水量沖擊負(fù)荷。

　　如果出現(xiàn)長(zhǎng)時(shí)間的污水量沖擊負(fù)荷，對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行膜而言，需以更大的膜通量運(yùn)行才能保證系統(tǒng)進(jìn)、出水平衡，顯然這樣高通量運(yùn)行勢(shì)必會(huì)造成嚴(yán)重的膜污染，影響MBR系統(tǒng)的正常運(yùn)行。如發(fā)生長(zhǎng)時(shí)間污水量的沖擊，需采取一定的措施來(lái)分流超過(guò)設(shè)計(jì)流量的峰值負(fù)荷，引向污水處理廠中其他非MBR工藝的處理系統(tǒng)或其他市政污水處理廠。

　　10、膜生物反應(yīng)器系統(tǒng)設(shè)計(jì)計(jì)算書(以平板膜-膜生物反應(yīng)器為案例)

　　設(shè)計(jì)參數(shù)

　　(1)處理對(duì)象：生活污水

　　(2)處理規(guī)模：200m3/d

　　(3)進(jìn)出水水質(zhì)：

　　(4)處理工藝：缺氧+MBR工藝

　　構(gòu)筑物容積設(shè)計(jì)計(jì)算

　　(1)調(diào)節(jié)池

　　無(wú)特殊參數(shù)設(shè)定，一般按照平均小時(shí)處理量的4-12倍設(shè)計(jì)，有效停留時(shí)間4-12h。

　　流量調(diào)節(jié)比：

　　K=膜片數(shù)量(片)×膜面積(1.0或1.5m2)×0.4m3/(m2.d)÷Q m3.d=330×1.5×0.4÷200=0.99

　　計(jì)算式：V=(Q/T-KQ/24)T=(200/12-0.99×200/24)×12=100.92 m3

　　實(shí)際尺寸：8.0×5.0×4.5m 實(shí)際有效容積：100m3

　　(2)脫氮池

　　氮容積負(fù)荷定為0.2 kg-N/(m3?d)以下。

　　流入水含氮量

　　200.0 m3/d×0.035kg-N/m3=7.0 kg/d

　　需要容量

　　7.0 kg/d÷0.2 kg-N/(m3?d)=35.0 m3以上

　　實(shí)際尺寸： 5.0m×2.0m×4.5m (實(shí)際有效容積40m3)

　　(3) 硝化池

　　氮容積負(fù)荷定為0.25 kg-N/(m3?d)以下。

　　流入水含氮量

　　200.0 m3/d×0.05kg-N/m3=10.0 kg/d

　　需要容量

　　10.0 kg/d÷0.25 kg-N/(m3?d)=40.0 m3以上

　　實(shí)際尺寸：5.0m×2.0m×4.5m(實(shí)際容量40m3)

　　※ 以上尺寸應(yīng)該為考慮到了膜組件的設(shè)置面積后的容量。

　　(4) 消毒池

　　日平均汚水量的15分鐘量以上

　　0.14 m3/min×15 min=2.1 m3以上

　　實(shí)際尺寸： 1.0m×1.5m×4.5m(實(shí)際有效容積6 m3)

　　(5) 排放池

　　日平均汚水量的15分鐘量以上

　　0.14 m3/min×15 min=2.1 m3以上

　　實(shí)際尺寸： 1.0m×1.5m×4.5m(實(shí)際有效容積6m3)

　　(6) 殘?jiān)?汚泥儲(chǔ)存池

　　剩余汚泥量：(汚泥濃度設(shè)為2.0%，BOD的汚泥轉(zhuǎn)換率設(shè)為45%)

　　200.0 m3/d×0.2kg-BOD/m3×0.45=18.0 kg/d

　　18.0 kg/d÷20kg/m3=0.9m3/d

　　殘?jiān)浚?殘?jiān)鼭舛?0 000 mg/L，每流入1kg BOD為0.05kg)

　　200.0 m3/d×0.2kg-BOD/m3×0.05kg/kg=2.0 kg/d

　　2.0 kg/d÷50kg/m3=0.04m3/d

　　存貯量設(shè)為14天的量。(0.9 m3/d+0.04 m3/d)×14d=13.2 m3以上

　　實(shí)際尺寸：3.0m×1.5m×4.5m(實(shí)際有效容積：18.0m3)