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1、當代水處理新技術原理與應用,南開大學環(huán)境科學與工程學院 吳立波 聯(lián)系方式：蒙民偉樓322 電話23503730（O） 手機13820716597 E-mail:,第七講 膜生物反應器原理與設計,一、概念與形式 二、主要MBR簡介 三、MSBR形式 四、MSBR膜污染 五、MSBR設計 六、MSBR應用與實例,一、概念與形式,廣義,狹義,泥水分離 無泡曝氣 污染物萃取,泥水分離,膜生物反應器（membrane bio-reactor,MBR）,是由膜分離與生物處理組合而成的一種新型、高效的污水處理技術。,MBR分類,MBR是由生物反應器與微濾、超濾、納濾或反滲透膜系統(tǒng)組成，可分為微濾膜生物反應器
2、和超濾膜生物反應器等。 MBR按膜的組件在反應器的作用不同可分為分離膜生物反應器（membrane separation bioreactor，MSBR，截留和分離固體）、無泡膜生物反應器（membrane aeration bioreactor，MABR，無泡曝氣，用于高需氧量的廢水處理）、萃取膜生物反應器（extractive membrane bioreactor，EMBR，用于工業(yè)廢水中優(yōu)先污染物的處理）。,MBR 處理廢水機理示意圖,二、主要MBR簡介,2.1 MABR 2.2 EMBR 2.3 MSBR,2.1、MABR工藝原理,無泡曝氣生物反應器(Membrane Aeratio
3、nBiofilm Reactor)，簡稱為MABR，由中空纖維膜填料部分和水流部分組成。由于纖維膜微孔直徑很小，為0.10.5 m，曝氣產(chǎn)生肉眼不可見的氣泡，因此稱為無泡供氧。生物膜所需要的氧氣是通過纖維束填料供給的，中空纖維膜不僅起著供氧作用，同時又是固著生物膜的載體。即，純氧或空氣通過中空纖維膜的微孔為生物膜進行無泡曝氣，在中空纖維膜的外側形成的生物膜與污水充分接觸，污水中所含的有機物被生物膜吸附和氧化分解，從而使污水得到凈化。,無泡曝氣膜生物反應器處理污水原理圖。,無泡曝氣膜生物反應器處理污水原理圖。,MABR供氧方式,中空纖維膜供氧有貫通式和閉端式兩種方式；貫通式MABR內(nèi)中空纖維膜兩
4、端分別被固定在雙層夾板上，氣體由一端夾板持續(xù)通人膜內(nèi)腔，一部分氣體被生物膜消耗，剩余部分從另一端的夾板排出，由于該方式中有氣體剩余，更適用于空氣供氧。閉端式MABR內(nèi)中空纖維膜一端被固定在雙層夾板上，另一端密封，氣體經(jīng)夾板從纖維膜開口端通入，在壓力作用下全部進入反應器，所以更適用于純氧曝氣。此外，該方式中纖維束呈流化態(tài)，反應器不易堵塞。,MABR的特點,由于曝氣不產(chǎn)生氣泡，氧直接以分子狀態(tài)擴散進入生物膜，幾乎百分之百地被吸收，傳質(zhì)效率可高達100 。 由于生物膜生長在中空纖維膜的外表面，所以在供氧過程中，生物膜不會受到氣體摩擦，不易脫落。 氧在傳遞到生物膜的過程中不經(jīng)過液相邊界層，因此，傳質(zhì)阻
5、力比常規(guī)曝氣法小得多，能耗大大降低。,曝氣過程不產(chǎn)生氣泡，避免了傳統(tǒng)曝氣時污水中易揮發(fā)性物質(zhì)如甲苯、苯酚隨氣泡進入大氣而對環(huán)境造成的污染；同時不會由于表面活性劑的存在而產(chǎn)生泡沫。 曝氣過程中氣液兩相分離，溶液的混合與供氧互不干擾，因此可以各自獨立設計，反應器的形式更加靈活多變。 中空纖維膜的比表面積可高達5018 m2m3，為氧的傳遞和生物膜的生長提供了巨大的表面積，有利于反應器向小型化發(fā)展。,MABR反應器中氣液兩相分離，氣體壓力不受容器內(nèi)混合狀態(tài)的影響，因此，可以通過調(diào)節(jié)氣體壓力的辦法來控制氧的供應。對于一般廢水，通過供氧控制，在保證生物膜生長需氧的同時，可以避免因過量曝氣而使污水中DO濃
6、度過高，大幅度降低運行費用。對于含氮廢水，通過供氧控制，只使靠近纖維膜的內(nèi)層生物膜獲得氧，從而達到同時硝化、反硝化和COD去除的效果。,2.2、EMBR,隔離式系統(tǒng)采用選擇膜將污水與生物反應器隔開，該膜只容許目標污染物透過，進入生物反應器被降解。而各種對微生物有害的物理、化學條件不影響生物反應器一側。,萃取MBR示意圖,萃取MBR,2.3、MSBR,常規(guī)的污水處理法,膜法污水處理再生系統(tǒng),膜生物反應器（）和低污染反滲透膜相結合的污水再生系統(tǒng),傳統(tǒng)活性污泥法局限,以活性污泥為代表的傳統(tǒng)好氧生物處理工藝長期以來在生活污水以及工業(yè)廢水處理中得到了廣泛應用。由于采用重力式沉淀池作為處理水和微生物的固液
7、分離手段，由此帶來了以下幾方面的問題: 1由于沉淀池固液分離效率不高，曝氣池內(nèi)的污泥難以維持到較高濃度，致使處理裝置容積負荷低，占地面積大； 2處理出水水質(zhì)不夠理想且不穩(wěn)定 3傳氧效率低，能耗高； 4剩余污泥產(chǎn)量大； 5管理操作復雜。,MSBR工藝特點,與傳統(tǒng)的活性污泥處理工藝相比存在如下優(yōu)點： 出水水質(zhì)好，BOD、氮、磷和懸浮物濃度很低，不含細菌、病毒、寄生蟲卵等，水質(zhì)符合三級標準，可直接回收或補充地下水。 工藝流程短，占地省，省去了二沉池，占地約為生物處理的1/2。 利于世代時間長的細菌如硝化菌的繁殖，提高了硝化效率。 污泥濃度高，傳氧效率高達26%60%，節(jié)省了能耗。,可使水力停留時間和
8、污你泥齡分開，運行控制靈活。 容積負荷大，反應器內(nèi)MLSS約為（1.53）X104mg/L，利于傳統(tǒng)活性污泥法的改造。 在MBR中同時進行硝化和反硝化，效果較好，脫氮能力強。 剩余污泥量比常規(guī)活性污泥法少50%80%，利于處理。 易于實現(xiàn)自控。 啟動快。 MSBR的優(yōu)點加大了MSBR工藝的推廣和使用。,歷史,1965 Blatt膜分離制取酶制劑 1969美Smith報道AS+UF處理城市污水 1970英Hardt報道AS+UF處理高濃度廢水 1972Shelf膜濾+厭氧生物反應器 1970s末期日本開始大規(guī)模研究 1985日本水再生90計劃 1989日Yamamato一體式MBR,優(yōu)點與問題,
9、優(yōu)勢：效果好、操作佳、動力低、占地少 問題：污染物累積、濃差極化、膜污染,一家之言,一、生物處理法 1、從原理上講，它是活性污泥的一個變種，不能沖破活性污泥的局限性。對有機物的去除量仍然主要靠污泥的生物負荷。2、加入超濾膜的實質(zhì)是替代二沉池，去除大分子量的可溶和懸浮污染物。3、對低濃度和小流量的污水有處理效果。 二、運行成本高： 1、風機的功率是傳統(tǒng)活性污泥的1.5倍，其中一部分用于對膜體的抖動。2、對膜的清洗要有專業(yè)人士清洗，并要求在運行中時時監(jiān)控防止膜的污堵，造成出水水質(zhì)不穩(wěn)定。3、定期膜的更換使維修和檢查工作量加大，將占有很大生產(chǎn)成本支出。4、清洗藥品的用量也很大，并且運行一年以后，膜的
10、處理效率將大幅度下降 三、設備性能要求高： 1、對風機的機械性能要求高，如果膜的抖動不大，極易使膜受到污染，造成堵塞。2、對泵的要求也很高，如果膜的水量通量不能達到足夠大。也易使膜受到污染而堵塞。,三、MSBR形式,分置式MBR,分置式膜生物反應器的示意圖。膜組件一般采用加壓的方式。生物反應器的混合液經(jīng)泵增壓后進入膜組件，在壓力作用下混合液中的液體透過膜，成為系統(tǒng)處理水；固形體、大分子物質(zhì)等則被膜截留，隨濃縮液回流到生物反應器內(nèi)。分置式的特點是運行穩(wěn)定可靠，操作管理容易，易于膜的清洗、更換及增設但一般條件下為減少污染物在膜表面的沉積，由循環(huán)泵提供的水流流速都很高，為此動力消耗較高。,膜分離器的
11、主要問題是膜的堵塞和膜的費用貴。膜的堵塞包括通道堵塞和膜面堵塞。前者主要是由于活性污泥中的纖維、雜物等折疊纏繞而引起，后者則主要是內(nèi)于一些大分子物質(zhì)與無機金屬離子反應生成凝膠層沉積于膜表出而引起。膜的堵塞會使有效滲水率下降。采用適當?shù)姆椒ㄇ逑茨?，可使膜的通透能力恢復到新膜?0。膜生物反應器的主要費用為膜的清洗、水的橫向流動過濾壓力以及濃縮污泥的回流。,一體式MBR,一體式的膜生物反應器組合工藝是將膜組件置入反應器內(nèi)，通過真空泵或其他類型泵抽吸，得到過濾液。為減少膜面污染，延長運行周期，一般泵的抽吸是間斷進行的。與分置式相比一體式的最大特點是運行動力費用低，但在運行穩(wěn)定性、操作管理方面和清洗更
12、換上不及分置式。,一體化膜生物反應器將膜組件直接置于生物反應器內(nèi)，曝氣器就放在膜組件的下面，由于曝氣形成的剪切力和紊動，使固體難于積聚在膜表面，從而減少膜的堵塞和能耗。同時，還可以通過曝氣形成的剪切力和紊動來控制膜表面的團體厚度。,分置式: 錯流過濾 :通量50-100L/m2/h 壓力10-100mH2O 旋轉膜:平板膜轉盤（膜表面區(qū)域葉輪） 一體式:通量5-20-100L/m2/h 壓力4-10mH2O,膜與膜組件的選擇,現(xiàn)有膜材料可分為有機膜和無機膜兩種。由于較高的投資成本限制了無機膜在我國的廣泛應用，國內(nèi)MBR普遍采用有機膜，常用的膜材料為聚乙烯、聚丙烯、聚砜等。分離式MBR通常采用超
13、濾膜組件，截留分子量一般在230萬。截留分子量越大，初始膜通量越大，但長期運行膜通量未必越大。張洪宇進行無機膜的通量衰減實驗表明：0.2m的膜比0.8m的膜更適合于MBR。何義亮用PES平板膜組件進行膜通量衰減規(guī)律研究發(fā)現(xiàn)：在該實驗條件下，膜初始通量衰減主要是由于濃差極化引起，膜截留分子量愈小，通量衰減率愈大；膜長期運行的通量衰減主要是由于膜污染引起，膜截留分子量愈大，通量衰減幅度愈大，化學清洗恢復率愈低。,膜與膜組件的選擇,在分置式膜生物反應器工藝中，平板式、管式等應用較多；在一體式膜生物反應器工藝中，多采用中空纖維式、平板式等。 對于淹沒式MBR，既可用超濾膜，也可使用微濾膜。由于膜表面的
14、凝膠層也起到了過濾作用，在處理生活污水時，微濾膜與超濾膜的出水水質(zhì)沒有明顯差別，因此淹沒式MBR多采用0.10.4m微濾膜。,MBR發(fā)展方向,(1)擴大膜生物反應器的適用范圍，探求合適的工作條件和工藝參數(shù) (2)設法提高超濾膜組件的性能，并從膜生物反應器的構型上盡可能為膜的穩(wěn)定工作創(chuàng)造條件，主要是為減輕膜堵塞程度，提高膜通量和截留率； (3)降低處理工藝的動力損耗，使其成為節(jié)能型新工藝。,復合動態(tài)生物MBR示意圖,氣升循環(huán)分體浸沒式MBR,近年出現(xiàn)的氣升循環(huán)分體浸沒式MBR 的特點是膜單元與生物反應器分置,便于系統(tǒng)維修和膜清洗,膜清洗時對生物反應器工作狀態(tài)影響很小;生物反應器與膜單元之間的循環(huán)
15、無需循環(huán)泵;膜組件采用浸沒式,保留了浸沒式膜生物器低能耗的特點. 該工藝可處理濃度較低的化糞池上清液,出水經(jīng)簡單后處理就可達到建設部頒布的生活雜用水回用標準.,旋轉切向流強化膜微濾,近幾年提出的一種新方法,它把水力旋流器的作用原理引入到管式膜微濾中,從而提高了膜通量,降低了膜污染,這種方法的特點是膜管和膜器不運動,也不附加其它擾流器, 使懸浮液切向進入膜器并繞膜管軸線旋轉,在環(huán)隙間生成Taylor 渦或橢圓渦形成復雜的三維流動. 膜管表面的粒子在旋轉切向流曳力、離心力、軸向流曳力、滲透流曳力和Taylor 渦或橢圓渦曳力的共同作用下,一部分進入渦內(nèi),一部分擴散到渦外,渦內(nèi)外流體的質(zhì)量交換有效地
16、抑制了膜管表層的濃差極化現(xiàn)象. 由于Taylor 渦或橢圓渦沿切向和軸向遷移,使得旋轉切向流管式膜微濾時粒子的運動路線遠大于靜態(tài)橫向流微濾,懸浮液在膜器內(nèi)的運動路徑延長,并與旋轉切向流一起極大地沖刷了膜管表面,防止了粒子在膜面沉積而形成污染層,水力旋流器外形示意圖,旋流器膜組件圖,兩種MBR滲透通量的衰減比較示意圖,四、MSBR膜污染,防污染,予處理 抗污染膜 增強擾動 控制濾速 控制污泥濃度 間歇運行 清洗曝氣氣泡的沖刷方式、壓力反沖洗方式和在線藥洗方式,五、MSBR設計,1.V/A=JS0/NX 2.MLSS 3.SRT 4.HRT 5.反洗周期,2.MLSS 膜生物反應器的 個重要特征是
17、利用膜分離的高度濃縮性可大大提高生物反應器的污泥濃度，從而增大反應器有機物去除能力。但污泥濃度的提高會增大混合液粘滯度、降低膜通量。根據(jù)膜過濾凝膠極化模型，當過濾達到穩(wěn)態(tài)時，膜界面污泥濃度達到臨界值而不再變化，即有,污泥濃度的控制，應根據(jù)水質(zhì)水量及膜組件形式而定。一般處理低濃度污水宜控制較低的污泥濃度，以盡量提高膜通量。而處理高濃度污水宜控制較高的污泥濃度，以盡量增大有機物去除能力。因此，應根據(jù)污泥濃度與膜通量而對生物反應器容積處理能力與膜通量雙重影響之間確定一最適值。,3生物固體停留時間(SRT) 膜分離會影響生物性能。Boran zhang等對膜分離活性污泥工藝(MSAS)與傳統(tǒng)活性污泥工
18、藝(CAS)，在微生物種群及系統(tǒng)活性方面進行了細致的對比，其結果如表所示。,膜分離延長了生物反應器的固體停留時間，降低了污泥產(chǎn)率，提高了容積硝化及有機物去除能力。但是活性污泥相對活茵數(shù)減少，細菌比活性降低。較低的多糖比也說明污泥相對老化。SRT愈長，細菌被循環(huán)次數(shù)愈多，失活的可能性愈大。顯然，從維持生物活性的角度出發(fā)，膜生物反應器宜控制定期適量排泥，以提高污泥活性。排泥方式宜采用曝氣池直排混合液至濃縮池的方式，以減輕膜負荷，降低動力消耗。,4水力停留時間 當膜面積一定時，控制膜生物反應器出水流量是膜通量。隨著膜生物反應器的運行，膜通量的穩(wěn)態(tài)過程實際上是一個動態(tài)平衡，這就決定了水力停留時間(HR
19、T)是在一定范圍內(nèi)變化的。HRT的變化雖然使出水水質(zhì)有所波動，但COD去除率都在95以上。這是由于曝氣池內(nèi)污泥濃度較高，有較強的抗沖擊負荷的能力；另外，膜及其表面形成的凝膠層也可截留大分子有機物，保證出水水質(zhì)。,過短的HRT將會導致系統(tǒng)內(nèi)溶解性有機物的積累，引起膜通量的下降，因此，膜生物反應器內(nèi)HRT的控制，應盡量維持系統(tǒng)內(nèi)溶解性有機物的平衡，設計時可考慮曝氣池容積有一定的調(diào)節(jié)容量。,5.膜的最佳反沖洗周期 生物反應器內(nèi)形成膜表面放膠層的主要物質(zhì)包括活性污泥混合液中細菌胞外聚合物EPS、溶解性有機物質(zhì)、微細膠體等 在超濾和微濾中，影響膜透水率的阻力主要有濾層阻力和膜孔堵塞阻力，濾層阻力是膜表面
20、懸浮物沉積層阻力；膜孔堵塞阻力是較小顆粒在膜孔中的積累、搭橋和堵塞造成的阻力。這些阻力都是隨膜使用時間的增加而增加的，是影響膜透水率穩(wěn)定性，使膜透水率隨時間不斷下降的主要原因，也是膜生物反應器研究中主要應克服的問題。反沖洗是減緩超濾和微濾中這兩個主要阻力的有效手段。,膜的反沖洗，即在膜工作了一段時間后，在膜的透出水面施加一個反沖洗壓力pb，在pb驅動下，清洗水反向穿過膜，將膜孔中的堵塞物洗脫，并使膜表面的濾層懸浮起來，然后被水沖走。反沖洗具有防止與疏通膜纖維堵塞、減小膜阻力，提高透水率及透水率穩(wěn)定性的作用。膜的反沖洗可用膜透過水作為反沖洗水，這種反沖洗方式要消耗一定的出水使有效透水濾下降。用膜
21、透過水作為反沖洗水進行反沖洗的有效透水率可用下式表示：,理想的反沖洗應該是每次沖洗都可以完全清除膜的污染，使膜總保持在最初較高透水率的狀態(tài)。但實際上，反沖洗存在著固有的局限性，達不到理想要求。這些問題是： a反沖洗總要消耗一定量的凈化水，使總的透水量下降： b反沖洗不能完全清除膜孔中及膜表面的污染； c因以透過水作為反沖洗水，水中存在小分子污染物，反沖洗時會給膜的反面，即膜的透出水面帶來污染： d反沖洗不能清除膜的化學污染。 因此，過于頻繁的反沖洗在實際應用中是不必要的，也是不利的。所以，在MBR系統(tǒng)運行時找到最佳反沖洗周期，使用最少反沖洗水量來控制MBR系統(tǒng)運行十分重要。,最佳反沖洗周期測定
22、公式的推導 最佳反沖洗周期的定義為：使MBR系統(tǒng)有效透水率最大的反沖洗周期，或一個特定的反沖洗周期，其可以使MBR系統(tǒng)的有效透水率取得最大值。 分析上式可以知道，因膜的透水率f（t）是個時間的單調(diào)遞減函數(shù)，若反沖洗周期tf過短，將使總透水量減少，相對而言，消耗反沖洗水量增加，使有效透水率下降。若反沖洗周期過長，膜的透水率f（t）會逐漸下降，使系統(tǒng)的有效透水率下降，最后使系統(tǒng)的有效透水率也變少。這表示tf一定有一個中間值其可以使有效透水率最大。,但是，式中f（t）是一個未知的函數(shù)。其因膜阻力變化而變化，而膜阻力又受溫度、工作壓力、循環(huán)流速、過濾介質(zhì)性質(zhì)及濃度等,能耗,能耗是污水處理工藝的一個重要
23、的評價指標，直接關系到處理方法的可行性。目前，常規(guī)分離式MBR運行能耗為34kwh/m3，淹沒式MBR運行能耗為2kwh/m3，遠高于活性污泥法0.3-0.4kwh/m3，較高的運行費用是MBR推廣應用中遇到主要問題。許多研究結果表明：能耗是造成MBR運行費用高的主要原因。張紹園分析了分離式MBR的能耗組成：泵的熱能損失、曝氣能耗、管道阻力能耗、膜組件能耗和回流污泥水頭損失能耗，其耗能大小依次為：膜組件泵曝氣管道回流污泥，膜組件能耗占總能耗的4050，真中80用于膜過濾的能量以熱能的方式散發(fā)。顧平對抽吸淹沒式MBR的能耗分析表明：曝氣的能耗占總能耗96以上。通常研究者都認為能耗的降低與膜污染的
24、控制是MBR研究領域兩個獨立的課題，而張紹國、鄭祥采用穿流式、錯流式膜組件進行分離式MBR研究發(fā)現(xiàn)：能耗隨運行時間的延長、膜污染的增加呈上升趨勢，從運行初期的不足0.5kWh/m3增加到3kwh/m3。這說明：分離式膜生物反應器的能耗問題實質(zhì)是膜污染問題。 為了進一步降低能耗，天津大學應用位差驅動出水和低水頭間斷工作的重力淹沒式MBR，較好克服了膜的污染與阻塞，使膜長時間保持較大的膜通量，并且省去復雜的氣水反沖洗設備、降低曝氣量，使MBR處理生活污水的能耗可下降到1.0kwhm3。,經(jīng)濟分析,應用于中水回用系統(tǒng)的MBR工藝（規(guī)模為25100m3/d）的一次性投資為35004000元/m3，膜組
25、件的費用占25左右，以十年計的設備折舊成本（上建與設備材料費用，不含膜組件）為0.680.83元m3，膜的更換費用（以兩年計）為1.0元/m3，運行費為0.3-0.5元/m3，其總運行費為2.0-2.3元/m3由于膜價格還有相當大的降價空間，據(jù)有關專家估算，在未來的35年內(nèi)，膜價格有望降為目前的2550，那將大大降低MBR的一次性投資與膜的更換費用。隨著膜價格的降低與使用壽命的延長，新型高效低能耗MBR的開發(fā)，MBR的運行總費用有望降低到1.5元/m3。以膜生物反應器工藝的處理費用為例得出中水的產(chǎn)出效益：中水回用相當于節(jié)約等量新鮮水而創(chuàng)造的直接經(jīng)濟效益。以北京市2000年居民為供水價1.8元m
26、3計，而賓館、洗車、洗浴等行業(yè)供水價為3.05.0元m3，高于一般城市居民的自來水用水價格，而膜生物反應器總運行成本為2.3元m3，單純從經(jīng)濟利益上考慮目前對某些行業(yè)來說也是經(jīng)濟的。在現(xiàn)有自來水價偏低的情況下，自來水供水費及排污費仍有增加的趨勢，因此可以預見，膜生物反應器作為污水回用技術將會愈來愈具有經(jīng)濟、技術上的競爭優(yōu)勢。,六、MSBR應用與實例,中水回用 高濃度有機廢水（酒精發(fā)酵廢水、淀粉加工廢水、油脂廢水、蛋白工廠廢水、大規(guī)模城市污水、規(guī)模城市污水及糞便污水等）,目前主要有四家大公司經(jīng)營MBR，它們分別是加拿大Zenon公司，日本Mitsubishi Rayon公司，法國Suez-LDE
27、/IDI公司和日本Kubota公司。Zenon、Mitsubishi Rayon和Kubota公司生產(chǎn)一體式聚合物中空纖維膜組件，而Suez-LDE/IDI生產(chǎn)分體式管式陶瓷膜組件。加拿大的Zenon公司首先推出了超濾管式膜生物反應器，并將其應用于城市污水處理。為了節(jié)約能耗，它又開發(fā)了淹沒式中空纖維絲的膜組件，此膜組件可以直接放入曝氣池，也可以單獨設立分離池；采用正壓壓濾和負壓抽濾相結合的方式，并采用在線過濾脈沖反沖洗，易減少膜污染。目前這種膜生物反應器已應用于美國，德國，法國和埃及等十多個地方，規(guī)模從380m3/d至7600m3/d（Hadi Husain，1991）。日本的Kubota公司
28、所生產(chǎn)的板式膜具有流通量大，耐污染和工藝簡單特點。此板式膜直接放入混合液中，利用混合液的水頭壓力作為穿透壓，將處理水排出系統(tǒng)，系統(tǒng)出水穩(wěn)定。,應用,膜生物反應器在國內(nèi)已進入了實際應用階段。1998年，大連大器公司設計的200m3/d的中水回用裝置就己在大連投入運行；天津德人公司首先開發(fā)了重力淹沒式MBR，該技術在2000年己應用于天津普辰大廈的中水回用系統(tǒng)，處理規(guī)模為25m3d，該裝置占地僅2.8m2，處理成本為1.05元m3；上海荏原公司研究開發(fā)的PW系統(tǒng)己成功地應用于數(shù)十個行業(yè)的高濃度有機廢水處理，規(guī)模從5m3d至700m3d不等；杭州華濾、哈爾濱鷺濱、上海斯納普等公司在MBR開發(fā)應用方面
29、都具有一定的競爭力。在南方地區(qū)，MBR目前主要應用于高濃度有機廢水處理；而在天津、大連嚴重缺水的北方地區(qū)，MBR主要做為中水回用技術。,。浙江工業(yè)大學使用MBR 處理造紙綜合廢水(黑液中段廢水和白水的混合液) 并與傳統(tǒng)的活性污泥法與生物接觸氧化法進行比較,實驗結果表明用MBR 處理造紙廢水通過污泥濃度的增加,出水CODCr可以降低到100mg/ L以下(系統(tǒng)水力停留時間為18h) ,整個反應器的總去除率最高可達90 %以上。而與之相對的活性污泥法和接觸氧化法控制水力停留時間近40h 后, 出水CODCr還是達不到實驗的要求,分別為149. 3mg/ L 和197. 3mg/ L ,這充分說明了
30、MBR 對難降解廢水的處理效果比活性污泥法和生物接觸氧化法要好得多,PW膜生物反應器法處理制藥發(fā)酵廢水,浙江省某生物化工公司，是一家專門生產(chǎn)醫(yī)用、獸用和農(nóng)用抗生素的企業(yè)，主要產(chǎn)品有柱晶白霉素、農(nóng)用井崗霉素、農(nóng)畜兩用阿維菌素等原料藥。制藥發(fā)酵廢水水質(zhì)、水量變化較大，且常含有難降解有機污染物、毒性化合物，這些物質(zhì)的存在抑制了廢水處理中某些微生物的生長，從而干擾了廢水處理系統(tǒng)的處理效果。因此，制藥發(fā)酵廢水的處理存在著相當大的難度。采用PW膜生物反應器處理工藝成功地解決了制藥發(fā)酵廢水的達標排放問題，,廢水設計規(guī)模按200m3/d計算,設計水質(zhì),混合廢水通過格柵，大顆粒可沉固體及漂浮物被攔截，進入調(diào)節(jié)池
31、，經(jīng)調(diào)節(jié)水量、水質(zhì)和預曝氣后用泵輸送至混凝反應池，分別加入適量的PAC、PAM溶液進行混凝和絮凝反應，反應液自流入沉淀池進行固液分離。經(jīng)過上述預處理的廢水上清液溢流進入PW-W膜生物反應器，在充氧曝氣和微生物的作用下將有機物降解為二氧化碳和水，并由膜組件進行固液分離，處理后廢水達標排放。物化沉淀池分離的污泥和PW-W膜生物反應器排放的少量剩余污泥分別排至污泥池，再用泵輸送至污泥脫水機進行脫水，泥餅外運填埋處理。,主要構筑物及設備 調(diào)節(jié)預曝池調(diào)節(jié)預曝池兼作提升泵集水井，HRT=16.9h，內(nèi)設穿孔曝氣管，進行定期曝氣以防污泥在池內(nèi)沉淀。調(diào)節(jié)池尺寸為8.0m5.0m4.0m，有效水深為3.50m。
32、采用鋼筋混凝土結構，池內(nèi)設WQK15-10-1.5型潛水排污泵2臺，一用一備。 反應沉淀池反應沉淀池為組合池體，混凝和絮凝反應池的HRT分別為20.9min，沉淀池采用豎流式沉淀池，設計表面負荷為q=0.80m3/(m2h)，組合池體尺寸為4.5m4.0m4.2m，鋼筋混凝土結構。 PW-W膜生物反應器PW-W膜生物反應器HRT=4.4d，有效容積為880m3，設計容積負荷為1.4kgBOD5/(m3d)，尺寸為25.0m10.0m4.5m，采用鋼筋混凝土結構，內(nèi)設置日本生產(chǎn)UFM424外進內(nèi)出式PW膜300片，采用交叉流過流法，分離液由3臺（二用一備）丹麥進口的 JPF9T抽吸泵抽吸，H=8
33、.0m、Q=4.2m3/min、N=1.47kW。在PW膜分離單元的下部裝有微孔曝氣器，氣源由4臺TSd-150型鼓風機供應，P=44.1kPa、Qs=18.9m3/min、N=22kW。三用一備。 污泥池污泥池有效容積為33.3m3，尺寸為3.5m3.5m4.0m，有效水深3.7m，采用鋼砼結構?？刂葡到y(tǒng)本廢水處理裝置采用NB2系列可編程序控制器（PLC）控制。設備的運行完全通過PLC進行全自動控制（可切換成手動控制模式），可完成水泵、風機等設備的啟閉和自動切換，并備有過壓、缺相、短流等保護和報警功能。,主要技術經(jīng)濟指標本工程總投資金額為352萬元，其中土建費用為96萬元，設備費用為183.
34、83萬元，設計、安裝調(diào)試等其它費用為72.12萬元，主要技術經(jīng)濟指標匯總于表。,表主要技術經(jīng)濟指標,運行結果該廢水處理站經(jīng)過近1年的試運行，于2000年9月12日至13日由環(huán)保監(jiān)測部門進行了連續(xù)采樣監(jiān)測，廢水采樣點為調(diào)節(jié)池、物化沉淀池和PW-W膜生物反應器出水口，每天采樣5次，監(jiān)測結果表明各項指標達到了國標一級排放標準。 。,表4 制藥發(fā)酵廢水驗收監(jiān)測結果 mgL-1,由表4結果可見，各項指標達到了國標一級排放標準。,工程特點從系統(tǒng)運行近1a的情況表明，本工程有以下特點：膜生物反應器是一種將高效膜分離技術與傳統(tǒng)活性污泥法相結合的新型水處理反應器，由于膜的過濾作用，生物被完全截留在生物反應器中，
35、實現(xiàn)了水力停留時間與泥齡的徹底分離，消除了傳統(tǒng)活性污泥工藝中的污泥膨脹問題。由于膜能將生物污泥完全截留在生物反應器內(nèi)，所以其污泥濃度可以高出傳統(tǒng)活性污泥法的10倍以上，且能使SRT無限延長，這樣便可不排泥或少排泥，減少污泥的處理和處置費用。本工程一體式膜生物反應器采用交叉流過濾法，在PW膜分離單元的下部裝有曝氣器，鼓出的空氣一方面分解水中的有機物，另外氣泡帶有的液體與膜表面產(chǎn)生平行流動，使得混合液中的活性污泥或懸濁物不會粘附在膜表面。而且在工程中采用的PW膜的內(nèi)外表面非常光滑，污泥不易粘附，從近1a的運行情況來看，未出現(xiàn)過膜堵塞現(xiàn)象。另外，本工程膜生物反應器采用的是外進內(nèi)出式膜（即內(nèi)部吸引），
36、操作壓力僅為：0.150.20kg/cm2左右，與傳統(tǒng)的內(nèi)進外出式膜（即內(nèi)部加壓）處理單元相比，能耗大大降低。,存在問題對本工程一體式膜生物反應器調(diào)試過程中考察了不同SRT和HRT對污染去除效果得出的初步結果表明，一體式膜生物反應器在不同SRT和HRT下均能表現(xiàn)出良好的污染物去除效果和運行穩(wěn)定性。但隨著SRT的延長，生物反應器內(nèi)污泥濃度不斷增加，到一定程度則會由于營養(yǎng)的極度貧乏導致微生物大量死亡，產(chǎn)生大量不可生物降解的細菌殘留物質(zhì)。同時隨著污泥濃度的增加，微生物的內(nèi)源呼吸加劇，又會產(chǎn)生大量的溶解性微生物代謝產(chǎn)物，使上清液中的COD上升，出水COD出現(xiàn)波動。由此可見，在制藥發(fā)酵處理中，污泥負荷、體積負荷不再是制約處理效果的重要指標，可將HRT、SRT作為膜生物反應器工藝生物反應器單元的設計依據(jù)，因為這樣不僅能確保工藝操作的長期穩(wěn)定性，而且能簡化設計過程。在制藥發(fā)酵廢水處理中，膜生物反應器前處理工藝及膜的性質(zhì)和工藝條件是造成膜污染的主要原因。雖然，本工程中采用了日本生產(chǎn)的UFM424外進內(nèi)出式PW膜片，在膜生物反應器中又采用交叉流過流法，大大延長了膜的使用壽命，但隨著時間的推延，由于操作和管理上的原因會引起膜污染問題，膜的分離功能被破壞，勢必依靠更換膜組件來恢復反應器的運行，將會增加維修保養(yǎng)費用及運行周期的中斷。,
《膜生物反應器》PPT課件.ppt
