衡美水处理之MBR膜生物反应器

如何进行水处理？

衡美水处理为您介绍一种经久耐用、性能卓越的水处理设备——MBR膜生物反应器。  

一、简介  

以膜组件取代传统生物处理技术末端二沉池，在生物反应器中保持高活性污泥浓度，提高生物处理有机负荷，从而减少污水处理设施占地面积，并通过保持低污泥负荷减少剩余污泥量。主要利用沉浸于好氧生物池内之膜分离设备截留槽内的活性污泥与大分子有机物。膜生物反应器系统内活性污泥（MLSS）浓度可提升至8000~10，000mg/L，甚至更高；污泥龄(SRT)可延长至30天以上。

膜生物反应器因其有效的截留作用，可保留世代周期较长的微生物，可实现对污水深度净化，同时硝化菌在系统内能充分繁殖，其硝化效果明显，对深度除磷脱氮提供可能。

二、用途

污水处理：中国是一个缺水国家，污水处理及回用是开发利用水资源的有效措施。污水回用是将城市污水、工业污水通过膜生物反应器等设备处理之后，将其用于绿化、冲洗、补充观赏水体等非饮用目的，而将清洁水用于饮用等高水质要求的用途。城市污水、工业污水就近可得，可免去长距离输水，而实现就近处理实现水资源的充分利用，同时污水经过就近处理，也可防止污水在长距离输送过程中造成污水渗漏，导致污染地下水源。污水回用已经在世界上许多缺水的地区广泛采用，被认为21世纪污水处理最实用技术。

进出水水质比较：

一般城市污水设计进水水质：BOD5<300mg/l ；CODcr<500mg/l ；SS<300mg/l ；T-N<45mg/l

出水水质：BOD5<10mg/l ；NH4+-N<10.0mg/l； CODcr〈30mg/l ；浊度<5NTU；总大肠细菌总数<1000个/L ；

三、膜分类

膜的种类繁多，可以根据分离机理、膜的性质和膜的结构进行分类。

1、按分离机理

有反应膜、离子交换膜、渗透膜等。

2、按膜的性质

有天然膜(生物膜)和合成膜(有机膜和无机膜) 。

3、按膜的类型

有平板型、管型、螺旋型及中空纤维型等。

四、工艺

MBR是膜分离技术与生物处理法的高效结合，其起源是用膜分离技术取代活性污泥法中的二沉池，进行固液分离。这种工艺不仅有效地达到了泥水分离的目的，而且具有污水三级处理传统工艺不可比拟的优点：

1、高效地进行固液分离，其分离效果远好于传统的沉淀池，出水水质良好，出水悬浮物和浊度接近于零，可直接回用，实现了污水资源化。

2、膜的高效截留作用，使微生物完全截留在生物反应器内，实现反应器水力停留时间(HRT)和污泥龄(SRT)的完全分离，运行控制灵活稳定。

3、由于MBR将传统污水处理的曝气池与二沉池合二为一，并取代了三级处理的全部工艺设施，因此可大幅减少占地面积，节省土建投资。

4、利于硝化细菌的截留和繁殖，系统硝化效率高。通过运行方式的改变亦可有脱氨和除磷功能。

5、由于泥龄可以非常长，从而大大提高难降解有机物的降解效率。

6、反应器在高容积负荷、低污泥负荷、长泥龄下运行，剩余污泥产量极低，由于泥龄可无限长，理论上可实现零污泥排放。

7、系统实现PLC控制，操作管理方便

五、MBR

膜生物反应器（MBR）是一种由膜分离单元与生物处理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。与传统的生化水处理技术相比，MBR具有以下主要特点：处理效率高、出水水质好；设备紧凑、占地面积小；易实现自动控制、运行管理简单。80年代以来，该技术愈来愈受到重视，成为研究的热点之一。目前膜生物反应器己应用于美国、德国、法国和埃及等十多个国家，规模从6m³/d至 13000m³/d不等。

我国对MBR的研究还不到十年，但进展十分迅速。 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MBR的应用范围，MBR的研究对象从生活污水扩展到高浓度有机废水（食品废水、啤酒废水）与难降解工业废水（石化污水、印染废水等），但以生活污水的处理为主。

在我国，MBR同时应用于生活污水与工业废水处理的研究。 这些研究结果都表明：MBR对各种高浓度有机废水与难降解废水的COD，NH3-N.SS，浊度等都达到良好的去除效果。

我国人均水资源拥有量仅为2250m³/人/年，不足世界平均水平的1/4。在我国600多个城市中，有300余座城市缺水，其中严重缺水城市有100余个，年缺水量近60亿m³，每年因缺水造成经济损失约2000亿元人民币。华北地区人均水资源占有量只有250—480m³/人.年，低于全国人均水平的1/5，这一地区的所有城市几乎都面临缺水问题。因此污水回用是缓解华北平原水危机的重要措施之一。膜生物反应器技术以其优质的出水水质被认为是具有较好经济、社会和环境效益的节水技术而倍受关注。尽管还存在较高的运行费用问题，但随着膜制造技术的进步，膜质量的提高和膜制造成本的降低，MBR的投资也会随之降低。如聚乙烯中空纤维膜，新型陶瓷膜的开发等已使其成本比以往有很大降低。另一方面，各种新型膜生物反应器的开发也使真运行费用大大降低，如在低压下运行的重力淹没式MBR、厌氧MBR等与传统的好氧加压膜生物反应器相比，其运行费用大幅度下降。因此，从长远的观点来看，膜生物反应器在水处理中应用范围必将越来越广。在水环境标准日益严格的今天，MBR已显示出其巨大的发展潜力，将是新世纪替代传统废水处理技术的有力竞争者。

六、技术优点

高MLSS与微滤膜过滤下，出水水质稳定，高品质。高容积负荷下，停留时间短，MBR流程较传统系统简单 ，占地面积减小完全取代沉淀池、砂滤单元，占地面积较传统方式节省30%，无污泥沉降性问题。

反应池内MLSS浓度可达10000mg/L以上，耐负荷冲击能力强，有效处理高浓度有机废水。在微滤膜过滤下，分离效果远优于传统沉淀池及砂滤等处理单元，出水水质良好稳定，悬浮物和浊度低，一般低污染度市政废水经过处理后，可直接做为中水道用水或现场资源回收水使用。有利于增殖缓慢的硝化细菌的截留、生长和繁殖，系统的硝化效率得以提高，A/O反应下具高效脱氮的功能，A/O、A2O法可有效去除氨氮与磷，尤其适用于水质管制区内使用。微滤膜可拦除大部分细菌等微生物，减少消毒药剂添加量及获得安全的回用水。低能耗，操作运转费用低。生物拦截在池内，可取得较长的SRT高污泥龄之运转下，在生物自解下污泥量减少1/2以上 。低废弃污泥量低于传统活性污泥法、排泥周期长、操作弹性大，生物膜管系统属于绝对过滤系统及高MLSS，可轻易克服变异性大之废水。系统PLC控制设计，操作维护容易，可实现自动化控制，便于管理高生物污泥操作浓度；MLSS =6000 ~10000mg/l ，可减少生物好氧污泥池之体积 可作封闭式设计，低公害，低噪音，低臭味。膜分离大大提高了污水的大分子难降解的物质处理效率。标准移动式模组化设计，快速简单的安装，易于分期扩充，适用于对于旧有污水处理厂进行改造，仅需增设MBR膜组设备。

1、原有程序加入MBR程序流程变动：

原程序中有沉淀池两座、快混池、慢混池、加压浮除、上流式过滤一组、活性炭塔两座等程序。几乎可全被MBR池取代。 将其中一池沉淀池改为平底，置入MBR模组。即可取代原有其他程序。

处理水质更佳 原先至加压浮除后排放水质：

COD=182mg/l，SS=6.5mg/l，

NH4-N=0.4mg/l，NO3-N=31.4mg/l 经MBR处理后水质：

COD=165.5mg/l，SS=5.7mg/l，

NH4-N=0.19mg/l，NO3-N=25mg/l

操作维护更容易，成本更低 原先程序复杂，池体与机械众多，人员操作技术性与复杂度高。所需人力多。 由MBR池取代后，反洗由PLC自动控制。化学洗程序单纯，各组分别实施。人员操作管理极容易。

2、设置成本

池体多、机械多，由原有沉淀池体空间运用。

3、耗材

由于机械众多，复杂，耗材数量大。也必须活化或更新活性炭。 机械数量少，形式单纯。

七、应用方式

1、总述

为上世纪90年代国际上新兴的水处理技术，它将污水生物处理技术与膜分离技术相结合，首先利用生化技术降解水中的有机物，驯养优势菌类 、阻隔细菌，然后利用膜技术过滤悬浮物和水溶性大分子物质，降低水浊度，达到排放标准。膜生物反应器技术可广泛用于污水处理和中水回用等领域。

2、CCAS技术

即连续循环曝气系统工艺（Continuous Cycle Aeration System），是一种连续进水式SBR曝气系统。污水处理工艺CCAS是在SBR（Sequencing Batch Reactor，序批式处理法）的基础上改进而成。CCAS污水处理工艺对污水预处理要求不高，只设间隙15mm的机械格栅和沉砂池。生物处理核心是CCAS反应池，除磷、脱氮、降解有机物及悬浮物等功能均在该池内完成，出水可达标排放。

3、污水处理工艺CCAS上独特的优势：

（1）曝气时，CCAS污水处理的污水和污泥处于完全理想混合状态，保证了BOD、COD的去除率，去除率高达95%。

（2）“好氧-缺氧”及“好氧-厌氧”的反复运行模式强化了磷的吸收和硝化-反硝化作用，使氮、磷去除率达80%以上，保证了出水指标合格。

（3）沉淀时，整个CCAS反应池处于完全理想沉淀状态，使出水悬浮物极低，低的值也保证了磷的去除效果。

CCAS污水处理工艺的缺点是各池子同时间歇运行，人工控制几乎不可能，全赖电脑控制，对处理厂的管理人员素质要求很高，对设计、培训、安装、调试等工作要求较严格。

4、连续微滤技术

采用微滤膜对液体进行选择性过滤分离，在操作压力范围下对液体混合物进行截流而达到分离、浓缩、净化的目的。目前，连续超微滤技术受到市场和用户的广泛关注及使用，为一成熟技术。公司的聚丙烯中空纤维膜元件在净水领域、河川水、深井水及工业制程浓缩的处理有丰富的经验。膜系统中原水在膜外侧，净化水走膜内侧，回流比高，水在膜管内的流速大，有利于减小膜污染。同时采用气水混合反洗工艺，通过空气对膜表面的擦洗，能够有效的保护膜元件，膜清洗效果好，可有效去除水中的细菌、微生物和悬浮物等杂质，出水浊度近于零。

可作为RO、NF的前处理，可使RO、NF进水的SDI≦2，大大的延长了RO、NF膜元件的使用寿命，确保膜系统的长时间的稳定运行。

线上清洗，结合膜材料的优良机械性能，可采用气水反冲洗技术和错流工艺，占地面积小。

传统的方法需要复杂的工艺处理才能达到RO、NF进水的要求，CMF只需一步过滤就可得到高品质的预处理水，直接作为RO、NF的进水，产水率95%以上。

投资成本低。减少前处理设备和药剂的费用。

延长RO、NF的清洗周期。使RO、NF的清洗周期从1-3个月延长到半年以上，寿命从2-3年延长到5年以上。

可实现自动控制及远端监控

5、膜组化设备

台湾纤维膜公司提供膜组化设备可直接放置于生物处理池中，使用上无论是新建或旧有污水厂改善皆非常便利，膜组化经由精确的计算与设计可有效降低膜污染及使用寿命，并在长期的设备运行中得到验证。

模组化的设计，易于扩充，可设计为移动式废水处理单元。可依业主需求，配合产能，进行分期处理量之扩充。分期扩充处理能力，降低初期成本投资。克服低负荷造成生物系统运转不易操作等问题。膜组化设计，可依水量设计或需求随时增加于处理池内。安装简易，施工期短。一体化控制，自动操作。线上清洗设备，操作便利。依据池体容积及需求选用PP及PVDF膜设备。

中水，即城市污水经三级处理后的再生水。常用于灌溉、洗涤、环卫、造景等非饮用功能。台湾纤维膜为MBR中空纤维膜系统供应公司，提供膜技术运用经验。公司经过多年MBR膜生物反应器的应用经验，研究开发了“TF-MBR-RT”系列自控一体式中水处理回用设备。适用于中小型规模的中水处理与回用设备。可运用生活社区、宾馆饭店、观光度假区、学校、办公大楼、船舶等分散用户的日常生活污水处理及回收再利用。

在2004年意大利招开的环保年会上，从各方面评估公认MBR膜生物反应器为市政污水最终可行的中水回用技术。

偏远地区饮用水的水源通常取用地下水或地表水（如河川水、雨水，湖泊等），由于原水中存在着不同的杂质，故规划流程亦为两套主架构。

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