MBR生物处理技术论文文档格式.docx

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污水处理；

应用

MembraneBioreactorforBiologicalTreatmentTechnology

Abstract:

Inrecentyears,MembraneBioreactor（MBR）forbiologicaltreatmenttechnologyhavebeeninvestigatedwidelyasakindoflate-modelprocessforwastewatertreatment.Theauthorarrangedandanalyzeaseriesofmaterials.SoMBRwasintroducedsystematically.ItincludesthedefinitionofMBR,developingprocedure,operationalprinciple,classificationandcharacters.Further,theresearchdevelopedonmembrane’stypes,theinfluenceofmembranepollution,itscontrolledmeansandcleanedmethodsformembrane.Atlast,theapplicationofMBRinwastewaterwasreviewed.

Keywords:

MBR;

biologicaltreatmenttechnology;

membranepollution;

wastewatertreatment;

application

膜生物反应器（MembraneBioreactor,简称MBR）技术是一种新型高效的生物处理技术和绿色技术[1],是将膜技术与生物反应器相结合使用的一种废水处理新工艺。

它的高效分离作用取代了传统活性污泥法中的二沉池，达到了二沉池无法比拟的泥水分离和污泥浓缩效果。

故膜生物反应器也可以形象地称为膜分离活性污泥法。

1MBR简介

1.1发展过程

MBR技术始于20世纪60年代的美国，其研究与应用可分为3个不同的发展时期:

1966~1980年、1980~1995年以及1995年~至今[2]。

第一阶段：

1966年，美国的Dorroliver公司首先将MBR用于废水处理的研究；

1968年smiht等报道了活性污泥法与超滤过程的结合，用于处理城市污水，1969年，Budd等的MBR技术获得了美国专利。

但是由于当时膜制造技术较低，膜的使用寿命短，膜通量小等特点，使这项技术停留在了实验室研究阶段。

第二阶段：

20世纪70年代后期，日本由于污水资源化的需求，对MBR加大了研究开发力度，使其走向实际应用；

1983~1987年，日本有13家公司使用好氧MBR处理大楼废水,经处理后的水作为中水回用；

1985年，日本又制定了“AquaRneaissnaec90”大型研究计划，把MBR的研究在污水处理对象和规模方面都大大地推进了一步，从早期的生活污水和城市污水扩展到了工业废水，如石化废水、发酵废水和垃圾渗滤液等。

第三阶段：

20世纪90年代中后期，MBR在国外已经进入了实际应用阶段，其中比较有代表性的是加拿大的Zneno公司和日本的Kubota公司。

在我国，对于MBR的研究起步较晚，始于20世纪90年代初，1991年岑运华[3]介绍了MBR在日本的研究现状，从此MBR在水处理方面的应用逐渐在我国开展了起来。

1.2工作原理

MBR生物处理技术是结合生物学的处理过程和膜分离工程的处理方法。

生物学的处理，利用输入水内的以有机物为营养源的微生物，把水中存在的胶质性及溶脂性的有机物转换成多种气体和细胞组织的工程；

膜分离处理，使水力停留时间（HRT）和污泥停留时间（SRT）完全分离，使出水水质良好，悬浮物和浊度接近于零，并可截留大肠杆菌等生物性污染物。

MBR是以酶、微生物或动植物细胞为催化剂，进行化学反应和生物转化，同时凭借滤膜分离出反应产物并截留催化剂而进行连续反应的的装置。

利用培养的好氧微生物来降解污水中的污染物；

利用硝化细菌把污水中的氨氮转化为硝酸盐，去除异味；

最后利用膜进行高效的固液分离。

1.3分类

MBR的主要构成部分是生物反应器和膜组件。

根据膜组件及其两者的结合方式有多种分类方式[4]：

1.按膜组件类型可分为板框式、螺旋卷式、毛细管式、圆管式和中空纤维式5种类型；

2.按受压型可分为膜加压和膜常压；

3.按需氧性分为好氧MBR和厌氧MBR；

4.按反应器与膜组件组合形式又分为分置式、一体式、复合式3种；

5.按膜组件在反应中的作用分为曝气膜-生物反应器（AMBR）、萃取膜-生物反应器（EMBR）、固液分离型膜-生物反应器（SLSMBR）。

另外，MBR还可以按照膜孔径和泵驱动压力等方式分类。

1.3.1AMBR、EMBR和SLSMBR

AMBR采用透气性致密膜或微孔膜，以板式或中空纤维组件，保持气体分压低于泡点，可向MBR无泡曝气。

特点是是氧利用效率高，可接近100%，有机物去除负荷高，占地少，但基建费用高，操作复杂，目前尚未应用到实际。

EMBR所采取的渗透萃取原理[5]是根据各组分透过膜的溶解度与扩散速率的不同，在膜两侧的浓度差的推动力作用下，实现污染物或其他物质的优先萃取过程。

可以将工业废水中的有毒和溶解性差的污染物萃取后对其进行单独的生化降解，适用于萃取和处理废水中的优先污染物。

SLSMBR即我们通常讲的MBR，是目前研究和使用最为广泛的一类MBR。

用膜组件代替传统活性污泥法中的二沉池，通过膜的分离过滤，使活性污泥混合液中的固体微生物和大分子溶解性物质被截留，处理水外排。

1.3.2分置式MBR、一体式MBR和复合式MBR

分置式MBR如图1所示，膜组件与反应器分开设置。

混合液经过加压泵的作用进入膜组件的过滤端，在压力作用下处理干净的污水排出,而活性污泥、大分子物质等被膜截留,并回流到生物反应器内。

其优点是反应器组装比较灵活，设备安装简单，易于控制、维护、更换、清洗和增设膜组件，反应器不会受到限制，易于大型化和现有工艺的改造。

不足是循环泵产生的剪切力会造成微生物的活性受损，动力费用较高等。

一体式MBR如图2所示，将膜组件放入生物反应器的内部。

原水进入后，大部分污染物被混合液中的活性污泥分解，通过负压抽吸，将混合液中的污水抽入膜内，经膜过滤外排。

膜组件中设计的曝气系统一是给微生物提供足够的氧气，二是利用空气的搅动在膜表面形成紊流利用紊流剪切力的作用减轻膜的堵塞。

与分置式相比，结构紧凑，占地较少，能耗低，但在运行稳定性、操作管理方面和清洗更换上不及分置式。

复合式MBR如图3所示，是在传统的MBR中投加填料，使微生物附着在填料上生长，减少了混合液中污泥的浓度，和污泥产量。

复合式MBR将系统的HRT和STR分离，从而将二沉池中无法截留的大分子、有机物和游离细菌，时间较长的硝化细菌，微生物等都截留在生物池内，提高了难降解有机物的分解效率和氨氮的硝化效率，进而提高固液分离效率。

但也存在膜易堵塞、能耗高、膜成本高和清洗后难以恢复其通透能力等的缺点。

1.3.3好氧MBR和厌氧MBR

好氧MBR出水水质高，出水适于回用，操作简单和占地面积小等优点使其得到了广泛的商业化应用，据报道世界上约有98%以上的工程是膜分离工艺与好氧生物反应器相结合。

厌氧MBR可作为特种废水或难降解废水的非常好的前处理过程，再根据水质的类型，结合其他工艺进行再处理，使出水水质达标排放。

好氧和厌氧系统比较见表1[6]：

表1好氧与厌氧系统比较

1.4特点

与许多传统的生物处理技术相比，MBR具有以下主要特点：

1.结构紧凑，节省占地面积，2.处理效果高，出水水质好，出水可以直接作为回用水，并且解决了活性污泥膨胀引起的二沉池泥水分离和水质恶化问题，3.处理装置容积负荷高，抗负荷冲击能力强，4.产生剩余污泥量少，降低了剩余污泥的处理费用，5.可去除氨氮及难降解有机物，6.操作管理方便，易于实现自动控制，易于对传统工艺进行改造等。

MBR也存在一些不足，主要表现在以下几个方面：

膜造价高，其基建投资要高于传统污水处理工艺；

容易出现膜污染和能耗高等。

2MBR中的膜及其特性

2.1膜的种类

一般用于水处理的膜是根据被截留物质的大小或分离过程原理来划分的，可分为微滤膜（MF）、超滤膜（UF）、纳滤膜（NF）、反渗透和电渗析膜，膜分离过程及其目标详见表2[7]。

MF和UF，大都采用0.1~0.4微米膜孔径，足够满足MBR膜分离的要求。

MF常用的聚合物材料有聚碳酸酯、纤维素脂、聚偏二氟乙烯、聚砜、聚四氟乙烯、聚氯乙烯、聚醚酰亚胺、聚丙烯、聚醚酮、聚酰胺等。

UF常用的聚合物有聚砜、聚酰胺、聚丙烯晴、聚偏氟乙烯、纤维素脂、聚醚酮、聚亚酰胺、聚醚酰胺等。

也可根据膜材料分为无机膜和有机膜，无机膜多采用陶瓷、金属、金属氧化物和多孔玻璃等无机材料制成，有机膜主要包括纤维素、聚醚砜（PES）、聚偏氟乙烯（PVDF）、聚砜（PS）、聚丙烯晴（PAN）、聚氯乙烯（PVC），而有机膜多应用于膜生物反应器。

表2膜分离过程及目标

2.2膜污染影响因素

膜污染是指在处理物料过程中的微粒、胶体粒子或溶质大分子由于与膜发生物理化学相互作用或机械作用而引起的吸附或者沉积而造成的膜表面覆盖及膜孔堵塞现象。

膜污染后造成膜通量下降，过膜压力增大，截留效率下降等。

发生膜污染的机理可归结为五个步骤[8]：

1.溶质或胶体吸附在膜内或膜上，2.污泥絮体沉积在膜表面，3.膜表面形成滤饼层，4.由于剪切力的作用污染物脱落，5.长期运行中污染物发生变化。

膜污染的类型主要由三种：

无机污染、有机污染、微生物污染[9]。

膜污染中的影响因子纷繁复杂，主要来自三个方面：

膜的性质、操作条件和活性污泥混合液性质。

2.2.1膜的性质

膜的性质主要包括膜材料、膜孔径大小及其分布、膜表面的粗糙度及空隙率、电荷性与憎水性等物理化学性质，这些性质都会直接影响膜污染。

Choo[10]等研究了厌氧MBR中不同膜材料的污染情况，结果表明，在同样运行条件下，聚偏氟乙烯膜的污染明显小于聚砜膜和纤维素膜。

Choi[11]等的研究结果表明，膜表面粗糙度的增加使膜表面吸附污染物的可能性增加，同时增加的表面的挠动程度又阻碍了污染物的沉积，因此粗糙度是二者综合作用的结果。

2.2.2操作条件

操作条件与膜污染密切相关，对膜污染产生影响的操作条件包括水力停留时间（HRT）和污泥停留时间（SRT）、温度和PH、溶解氧（DO）、膜通量、错流流速和曝气强度、污泥负荷、操作压力、进水性质组成等。

许多研究表明SRT的增加可以减少溶解性微生物产物（SMP）和胞外聚合物（EPS）的产生，相应的膜污染率会降低；

HRT会影响活性污泥中细菌的生长，和MLSS浓度，从而对膜产生间接的影响；

对于所有膜过程，膜通量的升高都会引起膜污染的加剧，因此选择合适的膜通量对于MBR的运行至关重要。

2.2.3混合液性质

MBR中膜污染物质的来源是活性污泥混合液，混合液对膜的污染极其复杂，包括MLSS、EPS和SMP、污泥颗粒大小分布、胶体粒子以及溶解性有机物大分子、污泥表面的电荷性和沉降性能、混合液的黏度等等。

2.3膜污染的控制方法

通过以上对膜