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mbr膜生物反应器设计本科论文

生物反应器设计任务说明书

MBR膜生物反应器设计

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1概况

1.1膜生物反应器简介

膜生物反应器（MembraneBioreactor）为传统活性污泥法与膜分离技术的结合。

活性污泥中微生物对原水中有机物进行生物降解，达到去除有机物的目的。

膜分离单元代替了传统工艺中的二沉池，可大大减小占地面积，而且膜分离可以截留原水中的固体悬浮物、胶体物质等，保证优质而稳定的出水水质。

概括起来，膜生物反应器与传统水处理工艺相比有以下优势：

占地面积小，仅为传统工艺的1/3-1/2。

出水水质好，可回用。

浊度明显低于传统工艺，对于大肠菌、噬菌体和有毒的微污染物的去除很明显。

生物处理单元中污泥浓度高，泥龄长，对有机物去除率高。

对于氮磷污染物有较高的去除效果。

与传统工艺相比，膜生物反应器产

生的剩余污泥量少，降低了对剩余污泥处置的费用。

膜生物反应器工艺简单、体积小、运行管理方便、易于实现自动控制。

1.2膜生物反应器发展历程

膜生物反应器是由膜分离技术与生物反应器相结合的生物化学反应系统。

用于水处理的膜生物反应器是一种新型水处理技术。

开展膜与生物技术相结合的膜生物反应器技术的研究已经超过30年，膜生物反应器的商业应用也超过20年。

膜生物反应器最先用于微生物发酵工业。

在废水处理领域中的应用研究始于60年代的美国。

1969年美国的Smith首先报导了活性污泥法和超滤结合，处理城市污水的方法；同年Dorr-Oliver发表了用超滤膜与活性污泥法生物反应器相结合处理生活污水的研究，并申报了专利，但当时由于受膜生产技术所限，膜的使用寿命短，水通透量小，使其在投入实际应用中遇到障碍。

1972年，Shelf等开始了厌氧型膜生物反应器的研究工作。

70年代后期，日本研究者根据本国国土狭小、地价高的特点对膜分离技术在废水处理中的应用进行了大力开发和研究，使膜生物反应器开始走向实际应用。

但直到1985年膜生物反应器的研究仍处在基础研究阶段。

进入80年代以来，随着膜的开发，膜生物反应器更具实用价值，膜技术在北美、欧洲以及日本得到长足的发展。

国际上对膜生物反应器的研究有了较快的进展。

1985年，日本建设省制订“AquaRenaissance90′（水综合再生利用系统90年代计划）”大型研究计划，把膜生物反应器的研究在污水处理对象及处理规模上都向前大大推进了一步，其内容主要包括新型膜材料的开发，膜分离装置的研究等。

法国、美国、澳大利亚等国对膜生物反应器的研究也投入了很大力量。

使膜生物反应器的研究内容更加全面而深入，为90年代的进一步推广应用奠定了技术基础。

总结起来研究的内容大致可分为以下几个方面：

（1）探索新的膜生物反应器形式，扩大其适用范围；

（2）探求合适的操作条件和工艺参数，尽可能提高膜组件的性能；（3）降低处理工艺的动力消耗；

（4）进行机理及数学模型描述的研究；

（5）实用化装置的研制。

现在膜生物反应器已成功地应用于市政污水处理回用、生活污水处理、粪便污水处理、垃圾渗滤液、化工废水等废水处理中。

随着膜制备技术的进步，MBR专用膜品种的开发，膜质量的提高和膜制造成本的降低，MBR的设备投资也会随之降低，MBR在水处理中的应用范围也将越来越广。

膜生物反应器水处理技术的发展和广泛应用将成为生化水处理技术发展史上的又一次飞跃，在未来的水工业技术领域占有重要的位置。

1.3膜生物反应器国外情况

国外在开发膜生物反应器技术中最有代表性的公司有Zenon、Kubota、Mitsubishi、AsahiKASEI、X-Flow公司等。

前二者主要提供一体式膜生物反应器，X-Flow主要进行分置式膜生物反应器技术的推广与运用。

此外AsahiKASEI也进行了一体式和分置式膜生物反应器的工程与运用研究。

Zenon公司的主导产品有ZeeWeed和

ZenoGem。

ZeeWeed采用聚乙烯中空纤维膜，曝气、进水、出水和清洗均采用可编程序控制器控制，膜的工作通量约为40～70L/m2.h，中空纤维膜寿命一般为4～6年。

其特点之一是膜机械强度高，工作寿命长；其二是设计了水或专用清洗剂的反洗程序。

该设备采用了较高的气水比，因而能量消耗较高。

Zenon公司生产的ZeeWeed超滤膜已经在42个国家500多个项目上得到运用。

Kubota公司开发的膜生物反应器采用聚乙烯板式膜，工作通量约为20～25L/m2.h，板式膜的寿命可达7年。

Mitsubishi采用聚乙烯（PE）材质中空纤维膜，膜孔径0.4微米，在高浓度有机废水处理排放、生活污

水处理回用等领域已经有众多工程实例。

目前，许多发达国家将膜生物反应器应用于水资源的保护与再利用工程上，有些国家和地区使用该技术处理后的生活污水再经适当深度处理可以直接饮用。

目前，由于国外的膜生物反应器研制成本较高，产品造价较昂贵等原因，一定程度上限制了该技术在更广泛的范围内应用，尤其是在发展中国家的推广应用。

截至2007年底，全世界投入运行或在建的MBR系统已超过2500套。

已投入运行的规模最大的MBR污水处理工程是位于德国Kaarst市的Nordkanal污水处理厂，设计平均流量为4.5×104m3/d（峰值流量为5×104m3/d）。

在建规模最大的是美国Brightwater污水处理厂，设计平均流量为11.7×104m3/d，峰值流量为14.4×104m3/d。

目前国外厂家主要提供整套膜生物反应器工程，而且膜生物反应器逐渐向着城市污水处理以及大规模化方向发展，很少有公司将膜生物反应器作为一种标准化设备推向市场。

因此鲜有公司或政府制定的膜生物反应器产品标准。

更多的是将膜生物反应器作为污水处理以及

回用过程中的一种水处理工艺。

介绍水界动态的权威杂志“water21”在2007年4月版刊物上的最新文献“Europe’sdrivetostandardiseMBRs（欧洲膜生物反应器标准化进程）”指出：

到目前为止，膜生物反应器产品都有自己的特殊性，所以想要实现不同技术之间的互换性很难。

目前一个欧洲的组织试图形成高度标准化膜生物反应器标准。

项目的两个合作方中一方主要负责分析研究不同产品项目替换的潜在可能性；另一方主要负责监测、控制质量方法。

项目组亦编制了一份MBR标准化白皮书，提出了需进一步讨论的两点，即开发可更换的膜组件及标准化参数制定方法（膜应用、膜堵塞、完整性、膜老化）。

这是MBR技术在国际领域第一次实施标准化，实施成功后将会为世界上其他国家提供参考。

由于此标准化也还在研究过程中，所以世界上尚未有MBR现行的标准可供此次编制标准参考。

1.4膜生物反应器国内应用情况

我国关于膜生物反应器的研究起步较晚，最早开始研究膜生物反应器的有天津大学、清华大学、中国科学院生态环境研究中心等单位。

华东理工大学进行了完全混合曝气池与PE微孔过滤管系统处理模拟废水的研究。

清华大学研究了平板超滤组件、无机陶瓷膜组件与活性污泥系统构成膜生物反应器，以及中空纤维一体式膜生物反应器。

中科院生态研究中心进行了膜生物反应器净化石油化工废水的研究。

随着研究的深入，也渐渐进入实用化阶段。

由天津大学研究的我国第一代膜生物反应器技术，经国家科技部2000年鉴定，达到“国际先进水平”。

国内第一台膜生物反应器于2000年8月在天津投入商业使用，膜材质采用国产聚偏氟乙烯中空纤维膜。

近年，由于该项技术所具有的良好的应用前景和巨大的市场潜力，受到了更多研究者的青睐，许多大学、研究所、环保公司也加入到了该项技术的研究开发中。

目前国内从事膜生物反应器开发应用的公司有30余家，国内的膜生物反应器同时向着大型化和产品化两个方向发展。

国家科技部为了促进膜生物反应器技术的进步，提高国内膜生物反应器研究、运用水平，同时委托开展了3个与膜生物反应器有关的863研究课题，分别进行跟膜生物反应器相关的膜制造、机理研究、以及产业化与运用的研究，课题在2005年12月均已经结题。

承担课题组长单位分别为浙江大学、清华大学以及天津大学。

随着膜生物反应器技术的发展国内近几年来出现了规模较大的一些膜生物反应器工程实例。

如：

密云污水处理厂再生水厂（4.5×104m3/d）、内蒙古金桥污水处理厂（3.1×104m3/d）、北小河污水处理厂（6×104m3/d）等大型MBR污水处理工程相继投入或即将投入运行。

1.5膜生物反应器发展方向

1.5.1应用的重点领域和方向

现有城市污水处理厂的更新升级，特别是出水水质难以达标或处理流量剧增而占地面积无法扩大的水厂。

无排水管网系统的小区，如居民点、旅游度假区、风景区等生活污水的深度处理排放或回用。

有污水回用需求的地区或场所，如宾馆、洗车业、客机、流动厕所等可以充分发挥MBR占地面积小、设备紧凑、自动控制、灵活方便的特点，实现就地处理、就近回用，节省污水转输费用。

适合高浓度、有毒、难降解工业废水处理，如造纸、制糖、酒精、皮革、合成脂肪酸等行业的污染点源。

MBR可以对这些常规处理工艺无法达标的废水进行有效的处理，并实现回用。

此外MBR对垃圾填埋厂渗滤液的处理及回用也是其重要运用方向之一。

1.5.2未来的研究重点

低成本、高通量、抗污染、长寿命的膜以及高集成化膜组件的研制和运用，是MBR大规模运用的前提和重点，众多膜制造企业在该领域投入了大量的精力。

MBR工艺流程形式及运行条件的优化。

研究开发出应对不同水质的复合膜生物反应器技术，拓展膜生物反应器的运用领域。

研究MBR污泥产率与运行条件的关系，以合理减少污泥产量，降低污泥处理费用，也是MBR重要研究方向。

对MBR工艺经济性进行研究。

在适应经济发展水平、膜产品供应状况和规范设计要求的条件下，对MBR用于污水处理的最大经济流量进行研究确定。

以节能、处理特殊水质对象、兼具脱氮除磷、操作维护简便、可以长期稳定运行等为目标，开发新型的膜生物反应器。

研究开发系统的MBR的工艺设计方法，并在工程实践中加以验证。

MBR大型化、规模化运用也是该技术的一个重要发展方向，国内外知名的膜生物反应器供应商都在向这个方向努力。

2主要技术内容

2.1标准名称

膜生物反应器实际上是三类反应器的总称，它们分别为：

膜分离膜生物反应器（BiomassSeparationMembraneBioreactor，BSMBR，简称MBR）；膜－曝气生物反应器（MembraneAerationBioreactor，MABR）；萃取膜生物反应器（ExtractiveMembraneBioreactor，EMBR）。

人们常说的膜生物反应器是指膜分离膜生物反应器，由于约定成俗，故该标准名称采用“膜生物反应器（BiomassSeparationMembraneBioreactor，BSMBR，简称MBR）”，特指膜分离膜生物反应器。

2.2膜生物反应器分类

膜生物反应器的分类方法有多种。

按照膜组件和生物反应器的相对位置分为淹没式膜生物反应器（submergedmembranebioreactor，SMBR）和外置式膜生物反应器（side-streammembranebioreactor，SSMBR）。

此外分类方法还有：

按照膜过滤动力的提供情况分为重力

式和压力式（重力式膜生物反应器在实际运行中没有商业价值）；后者按照泵与膜组件的相对位置分为加压式和抽吸式；按照微生物的生长环境分为好氧式和厌氧式；按照是否跟其他水处理工艺结合分为复合式和单一式。

由于按照膜组件和生物反应器的相对位置进行分类是

膜生物反应器的主要分类方法，在标准中提到的分类是按照此方法进行分类。

膜生物反应器的规格采用处理规模来分，即日处理水量。

由于膜生物反应器用于难降解的工业废水处理以及生活污水的