垃圾渗滤液 |MBR工艺详解
1MBR工艺简介
2MBR工艺膜、膜组件
3MBR系统设计
5MBR案例介绍
MBR工艺简介
MBR意义及其工作原理
定义:
MBR膜生物反应器（Membrane Bio-Reactor）简称是一种将膜分离技术与生物技术有机结合的新型水处理技术。利用膜分离设备拦截生化反应池中的活性污泥和大分子有机物，节省二沉池。膜-生物反应器工艺通过膜分离技术大大增强了生物反应器的功能，大大提高了活性污泥的浓度和水力停留时间（HRT）污泥停留时间（SRT）可单独控制。
传统的活性污泥法工艺
在传统的污水生物处理技术中，泥水分离是在二沉池中通过重力完成的，其分离效率取决于活性污泥的沉降性能，沉降越好，泥水分离效率越高。污泥的沉降取决于曝气池的运行状态，必须严格控制曝气池的运行条件，限制了该方法的应用范围。由于二沉池固液分离的要求，曝气池污泥不能保持高浓度，一般在 1.5~3.5g/L 从而限制生化反应速率。水力停留时间（ HRT ）与污泥龄（ SRT ）相互依赖，增加容积负荷和减少污泥负荷往往形成矛盾。该系统在运行过程中还产生了大量的剩余污泥，其处置成本占污水处理厂运行成本的比例 25% ～ 40% 。传统的活性污泥处理系统也容易出现污泥膨胀现象，水中含有悬浮固体，水质恶化。
MBR法流程
MBR 通过将分离工程中的膜分离技术与传统废水生物处理技术有机结合，不仅节省了二沉池的建设，而且大大提高了固液分离效率，由于曝气池中活性污泥浓度的增加和污泥中的特效细菌 ( 特别是优势菌群 ) 生化反应率提高。同时，通过降低 F/M 从而基本解决了传统活性污泥法存在的诸多突出问题。
MBR工艺分类
分置式
膜组件和生物反应器分别设置。生物反应器中的混合物通过循环泵加压到膜组件的过滤端。在压力作用下，混合物中的液体通过膜，成为系统处理水。
一体式
膜组件放置在生物反应器内，水进入膜 - 生物反应器中的大部分污染物被混合物中的活性污泥去除，然后在负压下通过膜过滤出水 。
复合式
也属于一体式膜 - 生物反应器的区别在于在生物反应器中安装填料，形成复合膜 - 生物反应器改变了反应器的某些特性 。
MBR工艺优越性
1.固液分离高效，出水水质优良稳定。
2.剩余污泥产量少。
3.占地面积小，无二沉池，工艺设备集中。
4.氨氮和难降解有机物可以去除。
5.克服了传统活性污泥法污泥膨胀的弊端。
6.操作管理方便，自动控制方便。
MBR工艺的不足
1.投资大:膜组件成本高，导致项目投资比传统处理方法增加约30%-50%。
2.高能耗:泥水分离膜驱动压力；高强度曝气；为了减少膜污染，需要增加流量。
膜污染清洗。
4.膜的使用寿命和更换导致运行成本高。膜组件的使用寿命一般在5年左右，到期需要更换。
MBR用膜介绍
聚合物有机膜材料
材质：聚烯烃、聚乙烯、聚丙烯腈、聚啶、芳香族聚酰胺、含氟聚合物等
优点：成本相对较低，成本低，膜制造工艺成熟，膜孔径和形式多样，应用广泛.
不足：易污染、强度低、使用寿命短
无机膜
材质：金属、金属氧化物、陶瓷、多孔玻璃、沸石、无机聚合物材料等
优点(陶瓷膜为例):耐酸 、其通量高、能耗相对较低
不足：成本高，不耐碱，弹性小，膜加工制备困难
MBR用膜介绍
目前MBR只有聚偏二氟乙烯被广泛应用于膜组件中（PVDF）、聚乙烯（PE）和聚丙稀（PP）。聚偏二氟乙烯（PVDF）由于其优异的物理化学性能(强度和耐腐蚀性)在国内外消耗最多。
MBR 工艺中使用的膜一般为微滤膜（ MF ）和超滤膜（ UF ），大都采用 0.1 ～ 0.4 μ m 膜孔径
常用的聚合物材料有：聚碳酸酯、纤维素酯、聚偏二氟乙烯、聚醚、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 .
聚合物材料常用于超滤(PS)、聚醚砜(PES)、聚酰胺、聚丙烯腈（ PAN ）、聚偏氟乙烯、纤维素酯、聚醚醚酮、聚亚酰胺、聚醚酰胺等 .
PVDF(聚偏氟乙烯)中空纤维膜，PVDF它是一种分子量300万~400万的氟化聚合物，具有很强的物理强度和化学稳定性.
放大膜横截面的照片
放大膜表面的照片
陶瓷膜主要是A12O3，Zr02，Ti02和Si02等无机材料制备的多孔膜孔径为0.1－50μm。化学稳定性好，耐酸、耐碱、耐有机溶剂：机械强度大，可反向冲洗：抗微生物能力强：耐高温：孔径分布窄，分离效率高 。与类似的有机聚合物膜相比，陶瓷膜具有坚硬、耐久、耐用、不易阻挡村庄的优点，对化学侵入性液体和高温清洗液具有较强的抵抗力。其主要缺点是价格昂贵，制造过程复杂。
MBR膜组件
1中空纤维
中空纤维在高压下不变形，不需要支撑材料。将大量(几十万)中空纤维膜放入圆筒耐压容器中。纤维束的开口端用环氧树脂铸成管板。 外径一般为 40 ～ 250 μm ，内径为 25 ～ 42μm 。在 MBR 在中间，组件通常直接放入反应器，不需要耐压容器，形成浸没膜 - 生物反应器。一般为外压式膜组件。
优点：装填密度高，一般可达16000-30000 m2/m3 ；成本相对较低；寿命长；尼龙中空纤维膜物化性能稳定，透水性低；膜耐压性好 ，不需要支撑材料。
缺点：对堵塞敏感，污染和浓差极化对膜的分离性能影响较大，压力降低较大；再生清洗困难；原材料预处理成本高。
2板框式
板框式是MBR 最早使用的膜组件形式与普通板框压滤机相似。
优点：制造组装简单，操作方便，维护、清洁、更换方便。
缺点：密封复杂，压力损失大，装填密度小。
3管状膜
内压型和外压型由膜和膜的支撑体组成。实际上大多采用内压型，即进水从管入，渗透液从管外流出。膜直径在 6~24mm 之间。管状膜放置在多孔不锈钢、陶瓷或塑料管中，每个膜中的膜管数量一般为4-18根。目前管膜主要包括烧结聚乙烯微孔滤膜、陶瓷膜、多孔石墨管等，价格较高，但耐污染，易清洗。特别适用于高温介质。
优点：液体能控制湍流，不易堵塞，易清洗，压力损失小。缺点：装填密度小 ，一般低于300m2/m3 。
4螺旋卷膜组件
主要部件为多孔支撑材料，两侧为膜，三侧密封，开放边与多孔中心产品水收集管密封连接，在膜袋外原水侧垫一层网状间隔材料，膜袋-网依次重叠，绕中心水管紧密卷起，形成膜卷，进入圆柱压力容器，制成螺旋膜组件。
优点：膜填充密度高，膜支撑结构简单，厚差极化小，容易调节膜流态。
缺点：中心管容易泄漏；膜与支撑材料的粘结膜容易破裂泄漏；膜安装更换困难。
三种常见的MBR膜组件
A中空纤维帘状浸入式膜组件
以MitsubishiRayon(Japan)以公司为代表，膜面积大，安装方便，清洗方便
B中空纤维柱状浸入式膜组件
以GE的Zenon以公司为代表，具有膜面积大、占地面积小的特点。
C平板窗帘浸入式膜组件
以Kubota以膜通量大、组装方便、清洗方便为代表的公司。
MBR系统设计
MBR设计信息需求表
MBR工艺组成
以ZW-MBR 为例
1.预处理-细格栅要求≦2mm，推荐≦1mm。圆孔和网格型
2.生化工艺部分
3.膜过滤部分
4.剩余污泥处理部分。
设计职责
预处理: 格栅—GE初沉池、沉砂池设计方决定
生化工艺部分 : 由GE或由设计师决定
膜过滤部分 : 膜工艺(或产品)由GE决定
剩余污泥处理部分 : 污泥脱水—GE决定是否添加聚合物，消化处理器-设计方决定，污泥处理方法-设计方决定
MBR选择工艺路线
生活污水MBR工艺流程
工业废水MBR工艺流程
以氨氮去除为主MBR工艺流程
膜池的设计
缺氧池设计
设计原则：氮体积负荷定位0.2kg/（m3.d）以下。
流入缺氧池水的氮含量：Q2*C氨氮
缺氧池体积为：Q1*C氨氮/0.2以上
膜池设计
设计原则：BOD容积负荷在2.0 kg-BOD/(m3.d)以下。
为进水设计缺氧池BOD的去除率为η(20%~50%)，流入膜生物反应池BOD浓度为CBOD×(1-20%)；
膜生物反应池的体积为CBOD×(1-20%)÷2以上。
膜元件的选择
1.选择已验证的膜通量
2.确定所需的膜面积
3.根据单个元件的膜面积确定膜元件的数量
4、MBR膜在运行过程中涉及反洗等操作，因此必须综合考虑水的利用率和元件的停止时间
MBR产水系统
产水系统可采用连续或间歇运行两种不同的运行方式；对于微污染源水或MBR池MLSS低浓度系统可连续产水； 对于高MLSS抽吸与停抽相结合的系统。
MBR曝气系统
需氧量：
曝气系统主要为膜生物反应池的微生物生长代谢提供氧气，主要有三个方面：
1.微生物氧化分解有机物需氧量
2.微生物自身细胞物质的氧化分解需氧量
3.氧化污水中氨氮所需的氧量。
10/30曝气：
循环曝气可以通过改进来降低能耗。以前是10S开10S关→现在10S开30S关闭，曝气模式要求膜组件为偶数列。两列膜同时工作，能耗降低75%，能耗降低50%，流速低，污垢低；这种曝气模式降低了微生物的剪切力，提高了絮凝结构和去除性。
单列膜；峰值；10/30曝气不能用于高结垢。
MBR反洗系统
结合碱洗效果明显、盐结垢酸洗效果明显的原理，引入化学强化反洗程序MBR膜的运行过程中。通过类似于低强度的化学清洗的操作，将MBR消除刚刚形成的膜污染，防止膜污染得不到及时恢复，形成协同恶化的效果。
MBR加药系统
化学清洗的频率和操作条件与进水水质有关。通常运行1~3个月或在相同的运行条件下，膜的压差比最初上升0.5bar化学清洗应在上述情况下进行。