專業(yè)性的全面MBR污水處理中水回用工藝知識匯集
浸沒式膜生物反應(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。1969年Smith等報道采用超濾膜來替代傳統(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，以開發(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。
我國對浸沒式膜生物反應(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。
浸沒式膜生物反應(yīng)器(MBR)作為目前污水生化處理的核心技術(shù)，起到保障出水水質(zhì)的末端工藝，其核心膜組件型式多種，但從技術(shù)原理來講，萬變不離其中，今天小編就帶你系統(tǒng)了解下其原理是怎么回事，讓你對各種膜組件、配置有一個系統(tǒng)認(rèn)識。
浸沒式膜生物反應(yīng)器原理
浸沒式膜生物反應(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)過濾單元，使水力停留時間（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)。
MBR污水處理中水回用技術(shù)工藝膜分離單元的特點
浸沒式膜生物反應(yīng)器（MBR）中膜分離單元-濾膜的選擇基于三點：1.可有效的分離活性污泥；2.運行成本最低；3.抗污染能力強。通過對國內(nèi)外膜生物反應(yīng)器技術(shù)的研究，目前國內(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、微濾膜臨界點附近。在如上孔徑范圍基本上實現(xiàn)了對活性污泥的有效截留，同時確保其運行能耗最低。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（無機鹽）等通過，但會截留懸浮物、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。
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（無機鹽）等通過，同時截留下膠體、蛋白質(zhì)、微生物及大分子有機物，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。
MBR膜組件型式
中空纖維膜原理及型式
篩分過程，浸沒式膜生物反應(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，透過纖維素或高分子材料制成的微孔濾膜，利用其均一孔徑，來截留水中的微粒、細(xì)菌等，使其不能通過濾膜而被去除。
平板膜原理和形式
篩分過程，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，透過纖維素或高分子材料制成的微孔濾膜，利用其均一孔徑，來截留水中的微粒、細(xì)菌等，使其不能通過濾膜而被去除。
平板膜
平板膜組件形式
MBR膜生物反應(yīng)器作為一種新型高效的污水處理技術(shù)，已成為城市污水和工業(yè)廢水處理及回用技術(shù)的最佳選擇，并被視為“21世紀(jì)污水處理最佳實用技術(shù)”，其核心部件為膜組件。
單片式平板膜組件
平板膜-膜生物反應(yīng)器工藝路線
浸沒式膜生物反應(yīng)器MBR的主要特點
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：
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)，實現(xiàn)了反應(yīng)器水力停留時間（HRT)和污泥齡（SRT)的完全分離，使運行控制更加靈活穩(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；
４）有利于增殖緩慢的硝化細(xì)菌的截流、生長和繁殖，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。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)有足夠的停留時間，大大提高了難降解有機物的降解效率。反應(yīng)器在高容積負(fù)荷、低污泥負(fù)荷、長泥齡下運行，可以實現(xiàn)基本無剩余污泥排放；
6）省去二次沉淀池，節(jié)省占地；
7）系統(tǒng)采用PLC 控制。
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；
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 。
預(yù)處理的重要性
1.沒有預(yù)處理，對MBR是不可想象；
2.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行；
3.根據(jù)原水的特點，選擇適當(dāng)?shù)念A(yù)處理措施；
4.預(yù)處理不當(dāng)：格柵過粗、絮凝不充分（PAM）等高分子之間易吸附，加強膜污染。
MBR技術(shù)設(shè)計關(guān)鍵點
MBR構(gòu)型選擇與膜組件形式
a.污泥濃度<10g/L；
b.膜組件排布時，需要考慮維護(hù)管理的便利性；
c.通量：工業(yè)廢水處理時，提供一般1/2生活污水通量，但實際選擇時，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。
運行費用與能耗
a.運行費用是工程設(shè)計中需要特別考慮的。
b.MBR的運行費用：
(1) 水泵的性能：與膜組件和TMP有關(guān)；（2）曝氣：膜曝氣，一般采用大氣泡曝氣；
注：小型MBR，生物曝氣和膜曝氣可以合并，采用大氣泡方式，保證對膜組件的沖刷，但能耗稍高。
中型、大型MBR，需分開設(shè)置，既保證對膜組件的沖刷作用，又可以降低能耗。③過量的膜曝氣，會造成膜壽命下降和膜組件損傷。
膜的清洗：所在比例很��；
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)。
風(fēng)機與曝氣管
a.為保護(hù)膜，宜采用無油壓縮風(fēng)機。
b.由于工業(yè)廢水沖擊負(fù)荷的問題，需要足夠的溶解氧即需要有足夠的風(fēng)
機富余量。
c.曝氣管容易堵塞，需要設(shè)置清洗設(shè)備。設(shè)計管路時，應(yīng)防止清洗水流
入風(fēng)機。鼓風(fēng)機管路應(yīng)高于水面，防止清洗水流入風(fēng)機。
10、自控方式與監(jiān)測
a.通常情況下采用PLC控制，配置必要的電/氣動閥門，自動運行。
b.自動閥門應(yīng)帶有信號反饋，以確定是否開關(guān)到位。
c.設(shè)計監(jiān)測指標(biāo)：TMP、水質(zhì)、濁度等。
11、臭味、噪音和濕度問題
a.由于曝氣量較大，MBR車間的臭味、噪音和濕度都較大。
b.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)機將臭氣抽取到臭味去除裝置中。
c.噪音：采用隔音罩，或者選擇低噪音風(fēng)機。
d.濕度：根據(jù)需要，增加除濕器或者加強通風(fēng)。
e.溫度：不能超過40～45度。
色度問題與去除
a. 目前的MBR均采用超濾/微濾膜，對色度的截留效果較低。
b. 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合理的范圍，然后進(jìn)入MBR，通過生物降解作用繼續(xù)脫色。
c. 膜出水有時會有色度�？刹捎贸粞酢⒒钚蕴康确绞嚼^續(xù)脫色。
后期運行維護(hù)的便利性
a.考慮膜組件清洗的便利性;
b.考慮膜組件更換的便利性;
c.操作人員日常維護(hù)、日常檢修等.
常規(guī)MBR 污水處理工藝說明：
（1）格柵
污廢水通過格柵，利用機械格柵去除大塊雜物、漂浮物等，避免對后續(xù)設(shè)備的影響。在格柵井內(nèi)安裝一套機械格柵，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)水室的污水超過最高設(shè)定水位時，污水通過應(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。
（2）調(diào)節(jié)池
由于來自各時的水質(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)定地運行，同時調(diào)節(jié)水量和均和水質(zhì)，設(shè)計一座調(diào)節(jié)池。調(diào)節(jié)池的設(shè)計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)置液位自動控制裝置，水泵將根據(jù)液位自動開啟；設(shè)置潛污泵提升污水至缺氧池，配套自動耦合起吊裝置。
（3）缺氧池
污水進(jìn)入缺氧池，同時進(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)化為氮氣，從而實現(xiàn)廢水脫氮。此外，由于在脫氮過程中也消耗了污水中的有機物，所以廢水COD同時降低。池內(nèi)設(shè)潛水?dāng)嚢杵鳎芙庋鯘舛葹?.5mg/L。
（4）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�2.0mg/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，但運行發(fā)現(xiàn)當(dāng)停止曝氣時，污泥沉淀至曝氣口附近而造成曝氣口堵塞現(xiàn)象，使曝氣機難以啟動，甚至完全不能啟動；同時，由于潛流曝氣設(shè)備埋設(shè)于地下，造成維修更換困難，給正常運行造成很大的麻煩。所以本設(shè)計采用羅茨鼓風(fēng)機進(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)機設(shè)在設(shè)備房，維修更換方便。
（5）MBR池
利用膜對生化反應(yīng)池內(nèi)的含泥污水進(jìn)行過濾，實現(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；同時可以截留難于降解的大分子有機物，延長其在反應(yīng)器中的停留時間，使之得到最大限度的降解。剩余污泥通過膜區(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。
（6）消毒/清水池
經(jīng)膜過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�，消毒后的水儲存在清水池內(nèi)供使用，預(yù)留取水泵位置。
MBR 系統(tǒng)實現(xiàn)從水中去除有機物（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，實現(xiàn)對出水的要求。
注：對于各種廢水（尤其是工業(yè)廢水）都應(yīng)該做好MBR 工藝的預(yù)處理，使得MBR 長期穩(wěn)定高效運行。
MBR膜組件自旋回流模式
膜組件在生物反應(yīng)池中需要利用膜組件下部的曝氣作用在膜組件內(nèi)外形成自旋回流、
自旋回流的作用：
1) 提供混合液微生物提供充足溶解氧；
2) 充分混合泥水；
3) 減緩或防止膜污染（由于氣泡的攪動及氣流在膜表面形成的循環(huán)流對膜表面有沖刷和剪切作用，可有效防止或減輕污染物在膜表面的附著和沉積）。
膜組件選型
1）膜元件用量計算
n（張）＝Qmax/（F·A）
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；
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)計膜通量范圍：100～400L/(m2·d)。工業(yè)廢水的場合最好通過試驗確認(rèn)膜通量最佳值.（中空、平板適用范圍）
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)。
設(shè)計水量
設(shè)計流量的確定是污水處理廠設(shè)計最基本的問題，是污水處理系統(tǒng)設(shè)計、工藝設(shè)備選型的基礎(chǔ)。
a.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。生物處理系統(tǒng)是利用微生物吸附、水解或氧化水中有機物的設(shè)施，具有很強的緩沖能力。
b.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)計流量與運行流量要保持一致。
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)長時間的污水量沖擊負(fù)荷，對系統(tǒng)運行膜而言，需以更大的膜通量運行才能保證系統(tǒng)進(jìn)、出水平衡，顯然這樣高通量運行勢必會造成嚴(yán)重的膜污染，影響MBR系統(tǒng)的正常運行。如發(fā)生長時間污水量的沖擊，需采取一定的措施來分流超過設(shè)計流量的峰值負(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。
MBR預(yù)處理-格柵過濾發(fā)展認(rèn)識
MBR工藝保護(hù)膜的預(yù)處理設(shè)施：超細(xì)格柵（0.5-2mm）
運行經(jīng)驗和調(diào)查表明：
（1）頭發(fā)和纖維狀物質(zhì)是中空纖維膜纏繞性污染的主要因子；
（2）中空纖維膜對預(yù)處理的要求高于平板膜；
（3）Mesh和Hole使用效果優(yōu)于Slit，但反沖洗要求較高；
（4）大型MBR選用的超細(xì)格柵間隙越來越�。�
對超細(xì)格柵的認(rèn)識，在認(rèn)知上選得越來越重要。
無論使用何種濾膜，良好的預(yù)處理以及有效的管理是膜生物反應(yīng)器能否可靠運行的關(guān)鍵。
對膜的選型必須考慮客戶具備的預(yù)處理環(huán)境，以及操作能力，綜合分析選用何種類型的濾膜，而不能單一從投資角度思考。
膜生物反應(yīng)器系統(tǒng)設(shè)計計算書（以平板膜-膜生物反應(yīng)器為案例）
設(shè)計參數(shù)
（1）處理對象：生活污水
（2）處理規(guī)模：200m3/d
（3）進(jìn)出水水質(zhì)：
項 目
進(jìn)水水質(zhì)（mg/L）
出水水質(zhì)（mg/L）
去除率（%）
CODcr
350
≦50
85.7
BOD5
200
≦10
95
T-N
50
≦15
70
SS
180
≦5
97.2
PH
6～9
6～9
-
T-P
3
≦0.5
83.3%
ＫＹ－MBR醫(yī)院廢水處理設(shè)備適合用于1-500m3/d中小型規(guī)模的醫(yī)院廢水處理和回用
處理工藝：缺氧+MBR工藝
構(gòu)筑物容積設(shè)計計算
（1）調(diào)節(jié)池
無特殊參數(shù)設(shè)定，一般按照平均小時處理量的4-12倍設(shè)計，有效停留時間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)÷Qm3.d=330×1.5×0.4÷200=0.99
計算式：
V=(Q/T-KQ/24)T=(200/12-0.99×200/24)×12=100.92m3
實際尺寸：8.0×5.0×4.5m 實際有效容積：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
200.0m3/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
實際尺寸： 5.0m×2.0m×4.5m （實際有效容積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
200.0m3/d×0.05kg-N/m3＝10.0 kg/d
需要容量
10.0 kg/d÷0.25kg-N/(m3･d)＝40.0 m3以上
實際尺寸：5.0m×2.0m×4.5m（實際容量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
實際尺寸： 1.0m×1.5m×4.5m（實際有效容積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
實際尺寸： 1.0m×1.5m×4.5m（實際有效容積6m3）
(6) 殘渣･汚泥儲存池
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％）
200.0m3/d×0.2kg-BOD/m3×0.45＝18.0 kg/d
18.0 kg/d÷20kg/m3＝0.9m3/d
殘渣量：（殘渣濃度50 000 mg/L，每流入1kg BOD為0.05kg）
200.0m3/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
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