MBR膜生物反應器（一）

如何進行水處理？

衡美水處理為您介紹一種經久耐用、性能卓越的水處理設備——MBR膜生物反應器。  

一、簡介  

以膜組件取代傳統生物處理技術末端二沉池，在生物反應器中保持高活性汙泥濃度，提高生物處理有機負荷，從而減少汙水處理設施占地麵積，並通過保持低汙泥負荷減少剩餘汙泥量。主要利用沉浸於好氧生物池內之膜分離設備截留槽內的活性汙泥與大分子有機物。膜生物反應器係統內活性汙泥（MLSS）濃度可提升至8000~10，000mg/L，甚至更高；汙泥齡(SRT)可延長至30天以上。

膜生物反應器因其有效的截留作用，可保留世代周期較長的微生物，可實現對汙水深度淨化，同時硝化菌在係統內能充分繁殖，其硝化效果明顯，對深度除磷脫氮提供可能。

二、用途

汙水處理：中國是一個缺水國家，汙水處理及回用是開發利用水資源的有效措施。汙水回用是將城市汙水、工業汙水通過膜生物反應器等設備處理之後，將其用於綠化、衝洗、補充觀賞水體等非飲用目的，而將清潔水用於飲用等高水質要求的用途。城市汙水、工業汙水就近可得，可免去長距離輸水，而實現就近處理實現水資源的充分利用，同時汙水經過就近處理，也可防止汙水在長距離輸送過程中造成汙水滲漏，導致汙染地下水源。汙水回用已經在世界上許多缺水的地區廣泛采用，被認為21世紀汙水處理最實用技術。

進出水水質比較：

一般城市汙水設計進水水質：BOD5<300mg/l ；CODcr<500mg/l ；SS<300mg/l ；T-N<45mg/l

出水水質：BOD5<10mg/l ；NH4+-N<10.0mg/l； CODcr〈30mg/l ；濁度<5NTU；總大腸細菌總數<1000個/L ；

三、膜分類

膜的種類繁多，可以根據分離機理、膜的性質和膜的結構進行分類。

1、按分離機理

有反應膜、離子交換膜、滲透膜等。

2、按膜的性質

有天然膜(生物膜)和合成膜(有機膜和無機膜) 。

3、按膜的類型

有平板型、管型、螺旋型及中空纖維型等。

四、工藝

MBR是膜分離技術與生物處理法的高效結合，其起源是用膜分離技術取代活性汙泥法中的二沉池，進行固液分離。這種工藝不僅有效地達到了泥水分離的目的，而且具有汙水三級處理傳統工藝不可比擬的優點：

1、高效地進行固液分離，其分離效果遠好於傳統的沉澱池，出水水質良好，出水懸浮物和濁度接近於零，可直接回用，實現了汙水資源化。

2、膜的高效截留作用，使微生物完全截留在生物反應器內，實現反應器水力停留時間(HRT)和汙泥齡(SRT)的完全分離，運行控製靈活穩定。

3、由於MBR將傳統汙水處理的曝氣池與二沉池合二為一，並取代了三級處理的全部工藝設施，因此可大幅減少占地麵積，節省土建投資。

4、利於硝化細菌的截留和繁殖，係統硝化效率高。通過運行方式的改變亦可有脫氨和除磷功能。

5、由於泥齡可以非常長，從而大大提高難降解有機物的降解效率。

6、反應器在高容積負荷、低汙泥負荷、長泥齡下運行，剩餘汙泥產量極低，由於泥齡可無限長，理論上可實現零汙泥排放。

7、係統實現PLC控製，操作管理方便

五、MBR

膜生物反應器（MBR）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，以膜組件取代二沉池在生物反應器中保持高活性汙泥濃度減少汙水處理設施占地，並通過保持低汙泥負荷減少汙泥量。與傳統的生化水處理技術相比，MBR具有以下主要特點：處理效率高、出水水質好；設備緊湊、占地麵積小；易實現自動控製、運行管理簡單。80年代以來，該技術愈來愈受到重視，成為研究的熱點之一。目前膜生物反應器己應用於美國、德國、法國和埃及等十多個國家，規模從6m³/d至 13000m³/d不等。

我國對MBR的研究還不到十年，但進展十分迅速。 國內對MBR的研究大致可分為幾個方麵：

1、探索不同生物處理工藝與膜分離單元的組合形式，生物反應處理工藝從活性汙泥法擴展到接觸氧化法、生物膜法、活性汙泥與生物膜相結合的複合式工藝、兩相厭氧工藝；

2、影響處理效果與膜汙染的因素、機理及數學模型的研究，探求合適的操作條件與工藝參數，盡可能減輕膜汙染，提高膜組件的處理能力和運行穩定性；

3、擴大MBR的應用範圍，MBR的研究對象從生活汙水擴展到高濃度有機廢水（食品廢水、啤酒廢水）與難降解工業廢水（石化汙水、印染廢水等），但以生活汙水的處理為主。

在我國，MBR同時應用於生活汙水與工業廢水處理的研究。 這些研究結果都表明：MBR對各種高濃度有機廢水與難降解廢水的COD，NH3-N.SS，濁度等都達到良好的去除效果。

我國人均水資源擁有量僅為2250m³/人/年，不足世界平均水平的1/4。在我國600多個城市中，有300餘座城市缺水，其中嚴重缺水城市有100餘個，年缺水量近60億m³，每年因缺水造成經濟損失約2000億元人民幣。華北地區人均水資源占有量隻有250—480m³/人.年，低於全國人均水平的1/5，這一地區的所有城市幾乎都麵臨缺水問題。因此汙水回用是緩解華北平原水危機的重要措施之一。膜生物反應器技術以其優質的出水水質被認為是具有較好經濟、社會和環境效益的節水技術而倍受關注。盡管還存在較高的運行費用問題，但隨著膜製造技術的進步，膜質量的提高和膜製造成本的降低，MBR的投資也會隨之降低。如聚乙烯中空纖維膜，新型陶瓷膜的開發等已使其成本比以往有很大降低。另一方麵，各種新型膜生物反應器的開發也使真運行費用大大降低，如在低壓下運行的重力淹沒式MBR、厭氧MBR等與傳統的好氧加壓膜生物反應器相比，其運行費用大幅度下降。因此，從長遠的觀點來看，膜生物反應器在水處理中應用範圍必將越來越廣。在水環境標準日益嚴格的今天，MBR已顯示出其巨大的發展潛力，將是新世紀替代傳統廢水處理技術的有力競爭者。

六、技術優點

高MLSS與微濾膜過濾下，出水水質穩定，高品質。高容積負荷下，停留時間短，MBR流程較傳統係統簡單 ，占地麵積減小完全取代沉澱池、砂濾單元，占地麵積較傳統方式節省30%，無汙泥沉降性問題。

反應池內MLSS濃度可達10000mg/L以上，耐負荷衝擊能力強，有效處理高濃度有機廢水。在微濾膜過濾下，分離效果遠優於傳統沉澱池及砂濾等處理單元，出水水質良好穩定，懸浮物和濁度低，一般低汙染度市政廢水經過處理後，可直接做為中水道用水或現場資源回收水使用。有利於增殖緩慢的硝化細菌的截留、生長和繁殖，係統的硝化效率得以提高，A/O反應下具高效脫氮的功能，A/O、A2O法可有效去除氨氮與磷，尤其適用於水質管製區內使用。微濾膜可攔除大部分細菌等微生物，減少消毒藥劑添加量及獲得安全的回用水。低能耗，操作運轉費用低。生物攔截在池內，可取得較長的SRT高汙泥齡之運轉下，在生物自解下汙泥量減少1/2以上 。低廢棄汙泥量低於傳統活性汙泥法、排泥周期長、操作彈性大，生物膜管係統屬於絕對過濾係統及高MLSS，可輕易克服變異性大之廢水。係統PLC控製設計，操作維護容易，可實現自動化控製，便於管理高生物汙泥操作濃度；MLSS =6000 ~10000mg/l ，可減少生物好氧汙泥池之體積 可作封閉式設計，低公害，低噪音，低臭味。膜分離大大提高了汙水的大分子難降解的物質處理效率。標準移動式模組化設計，快速簡單的安裝，易於分期擴充，適用於對於舊有汙水處理廠進行改造，僅需增設MBR膜組設備。

1、原有程序加入MBR程序流程變動：

原程序中有沉澱池兩座、快混池、慢混池、加壓浮除、上流式過濾一組、活性炭塔兩座等程序。幾乎可全被MBR池取代。 將其中一池沉澱池改為平底，置入MBR模組。即可取代原有其他程序。

處理水質更佳 原先至加壓浮除後排放水質：

COD=182mg/l，SS=6.5mg/l，

NH4-N=0.4mg/l，NO3-N=31.4mg/l 經MBR處理後水質：

COD=165.5mg/l，SS=5.7mg/l，

NH4-N=0.19mg/l，NO3-N=25mg/l

操作維護更容易，成本更低 原先程序複雜，池體與機械眾多，人員操作技術性與複雜度高。所需人力多。 由MBR池取代後，反洗由PLC自動控製。化學洗程序單純，各組分別實施。人員操作管理極容易。

2、設置成本

池體多、機械多，由原有沉澱池體空間運用。

3、球盟会(中国)

由於機械眾多，複雜，球盟会(中国)數量大。也必須活化或更新活性炭。 機械數量少，形式單純。

七、應用方式

1、總述

為上世紀90年代國際上新興的水處理技術，它將汙水生物處理技術與膜分離技術相結合，首先利用生化技術降解水中的有機物，馴養優勢菌類 、阻隔細菌，然後利用膜技術過濾懸浮物和水溶性大分子物質，降低水濁度，達到排放標準。膜生物反應器技術可廣泛用於汙水處理和中水回用等領域。

2、CCAS技術

即連續循環曝氣係統工藝（Continuous Cycle Aeration System），是一種連續進水式SBR曝氣係統。汙水處理工藝CCAS是在SBR（Sequencing Batch Reactor，序批式處理法）的基礎上改進而成。CCAS汙水處理工藝對汙水預處理要求不高，隻設間隙15mm的機械格柵和沉砂池。生物處理核心是CCAS反應池，除磷、脫氮、降解有機物及懸浮物等功能均在該池內完成，出水可達標排放。

3、汙水處理工藝CCAS上獨特的優勢：

（1）曝氣時，CCAS汙水處理的汙水和汙泥處於完全理想混合狀態，保證了BOD、COD的去除率，去除率高達95%。

（2）“好氧-缺氧”及“好氧-厭氧”的反複運行模式強化了磷的吸收和硝化-反硝化作用，使氮、磷去除率達80%以上，保證了出水指標合格。

（3）沉澱時，整個CCAS反應池處於完全理想沉澱狀態，使出水懸浮物極低，低的值也保證了磷的去除效果。

CCAS汙水處理工藝的缺點是各池子同時間歇運行，人工控製幾乎不可能，全賴電腦控製，對處理廠的管理人員素質要求很高，對設計、培訓、安裝、調試等工作要求較嚴格。

4、連續微濾技術

采用微濾膜對液體進行選擇性過濾分離，在操作壓力範圍下對液體混合物進行截流而達到分離、濃縮、淨化的目的。目前，連續超微濾技術受到市場和用戶的廣泛關注及使用，為一成熟技術。公司的聚丙烯中空纖維膜元件在淨水領域、河川水、深井水及工業製程濃縮的處理有豐富的經驗。膜係統中原水在膜外側，淨化水走膜內側，回流比高，水在膜管內的流速大，有利於減小膜汙染。同時采用氣水混合反洗工藝，通過空氣對膜表麵的擦洗，能夠有效的保護膜元件，膜清洗效果好，可有效去除水中的細菌、微生物和懸浮物等雜質，出水濁度近於零。

可作為RO、NF的前處理，可使RO、NF進水的SDI≦2，大大的延長了RO、NF膜元件的使用壽命，確保膜係統的長時間的穩定運行。

線上清洗，結合膜材料的優良機械性能，可采用氣水反衝洗技術和錯流工藝，占地麵積小。

傳統的方法需要複雜的工藝處理才能達到RO、NF進水的要求，CMF隻需一步過濾就可得到高品質的預處理水，直接作為RO、NF的進水，產水率95%以上。

投資成本低。減少前處理設備和藥劑的費用。

延長RO、NF的清洗周期。使RO、NF的清洗周期從1-3個月延長到半年以上，壽命從2-3年延長到5年以上。

可實現自動控製及遠端監控

5、膜組化設備

台灣纖維膜公司提供膜組化設備可直接放置於生物處理池中，使用上無論是新建或舊有汙水廠改善皆非常便利，膜組化經由精確的計算與設計可有效降低膜汙染及使用壽命，並在長期的設備運行中得到驗證。

模組化的設計，易於擴充，可設計為移動式廢水處理單元。可依業主需求，配合產能，進行分期處理量之擴充。分期擴充處理能力，降低初期成本投資。克服低負荷造成生物係統運轉不易操作等問題。膜組化設計，可依水量設計或需求隨時增加於處理池內。安裝簡易，施工期短。一體化控製，自動操作。線上清洗設備，操作便利。依據池體容積及需求選用PP及PVDF膜設備。

中水，即城市汙水經三級處理後的再生水。常用於灌溉、洗滌、環衛、造景等非飲用功能。台灣纖維膜為MBR中空纖維膜係統供應公司，提供膜技術運用經驗。公司經過多年MBR膜生物反應器的應用經驗，研究開發了“TF-MBR-RT”係列自控一體式中水處理回用設備。適用於中小型規模的中水處理與回用設備。可運用生活社區、賓館飯店、觀光度假區、學校、辦公大樓、船舶等分散用戶的日常生活汙水處理及回收再利用。

在2004年意大利招開的環保年會上，從各方麵評估公認MBR膜生物反應器為市政汙水最終可行的中水回用技術。

偏遠地區飲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），由於原水中存在著不同的雜質，故規劃流程亦為兩套主架構。

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