MBR的分類及應(yīng)用

MBR 工藝用膜
     膜可以由很多種材料制備，可以是液相、固相甚至是氣相的。目前使用的分離膜絕大多數(shù)是固相膜。根據(jù)孔徑不同可分為：微濾膜、超濾膜、納濾膜和反滲透膜；根據(jù)材料不同，可分為無機(jī)膜和有機(jī)膜，無機(jī)膜主要是微濾級(jí)別膜。膜可以是均質(zhì)或非均質(zhì)的，可以是荷電的或電中性的。廣泛用于廢水處理的膜主要是由有機(jī)高分子材料制備的固相非對(duì)稱膜。
    
一、 MBR 膜材質(zhì)
   
1、高分子有機(jī)膜材料： 聚烯烴類、聚乙烯類、聚丙烯腈、聚砜類、芳香族聚酰胺、含氟聚合物等。
     有機(jī)膜成本相對(duì)較低，造價(jià)便宜，膜的制造工藝較為成熟，膜孔徑和形式也較為多樣，應(yīng)用廣泛，但運(yùn)行過程易污染、強(qiáng)度低、使用壽命短。
   
2、無機(jī)膜 ：是固態(tài)膜的一種，是由無機(jī)材料，如金屬、金屬氧化物、陶瓷、多孔玻璃、沸石、無機(jī)高分子材料等制成的半透膜。
     目前在 MBR 中使用的無機(jī)膜多為陶瓷膜，優(yōu)點(diǎn)是：它可以在 pH ＝ 0~14 、壓力 P<10MPa 、溫度 <350 ℃ 的環(huán)境中使用，其通量高、能耗相對(duì)較低，在高濃度工業(yè)廢水處理中具有很大競(jìng)爭(zhēng)力；缺點(diǎn)是：造價(jià)昂貴、不耐堿、彈性小、膜的加工制備有一定困難。
   
二、 MBR 膜孔徑
    
MBR 工藝中用膜一般為微濾膜（ MF ）和超濾膜（ UF ），大都采用 0.1 ～ 0.4 μ m 膜孔徑，這對(duì)于固液分離型的膜反應(yīng)器來說已經(jīng)足夠。
     微濾膜常用的聚合物材料有：聚碳酸酯、纖維素酯、聚偏二氟乙烯、聚砜、聚四氟乙烯、聚氯乙烯、聚醚酰亞胺、聚丙烯、聚醚醚酮、聚酰胺等。
     超濾常用聚合物材料有：聚砜、聚醚砜、聚酰胺、聚丙烯腈（ PAN ）、聚偏氟乙烯、纖維素酯、聚醚醚酮、聚亞酰胺、聚醚酰胺等。

三、 MBR 膜組件
    
為了便于工業(yè)化生產(chǎn)和安裝，提高膜的工作效率，在單位體積內(nèi)實(shí)現(xiàn)最大的膜面積，通常將膜以某種形式組裝在一個(gè)基本單元設(shè)備內(nèi)，在一定的驅(qū)動(dòng)力下，完成混合液中各組分的分離，這類裝置稱為膜組件（ Module ）。
   
工業(yè)上常用的膜組件形式有五種：
     板框式（ Plate and Frame Module ）、螺旋卷式 (Spiral Wound Module) 、圓管式 (Tubular Module) 、中空纖維式 (Hollow Fiber Module) 和毛細(xì)管式 (Capillary Module) 。前兩種使用平板膜，后三者使用管式膜。圓管式膜直徑 >10mm; 毛細(xì)管式－ 0.5~10.0mm ；中空纖維式 <0.5mm> 。
 
   
MBR 工藝中常用的膜組件形式有：板框式、圓管式、中空纖維式。
  
 板框式：
   
 是 MBR 工藝最早應(yīng)用的一種膜組件形式，外形類似于普通的板框式壓濾機(jī)。優(yōu)點(diǎn)是：制造組裝簡(jiǎn)單，操作方便，易于維護(hù)、清洗、更換。缺點(diǎn)是：密封較復(fù)雜，壓力損失大，裝填密度小。
   
圓管式：
    
是由膜和膜的支撐體構(gòu)成，有內(nèi)壓型和外壓型兩種運(yùn)行方式。實(shí)際中多采用內(nèi)壓型，即進(jìn)水從管內(nèi)流入，滲透液從管外流出。膜直徑在 6~24mm 之間。圓管式膜優(yōu)點(diǎn)是：料液可以控制湍流流動(dòng)，不易堵塞，易清洗，壓力損失小。缺點(diǎn)是：裝填密度小。
   
中空纖維式：

外徑一般為 40 ～ 250 μm ，內(nèi)徑為 25 ～ 42μm 。優(yōu)點(diǎn)是：耐壓強(qiáng)度高，不易變形。在 MBR 中，常把組件直接放入反應(yīng)器中，不需耐壓容器，構(gòu)成浸沒式膜 - 生物反應(yīng)器。一般為外壓式膜組件。優(yōu)點(diǎn)是：裝填密度高；造價(jià)相對(duì)較低；壽命較長(zhǎng)，可以采用物化性能穩(wěn)定，透水率低的尼龍中空纖維膜；膜耐壓性能好，不需支撐材料。缺點(diǎn)是：對(duì)堵塞敏感，污染和濃差極化對(duì)膜的分離性能有很大影響。
   
MBR 膜組件設(shè)計(jì)的一般要求：
   
• 對(duì)膜提供足夠的機(jī)械支撐，流道通暢，沒有流動(dòng)死角和靜水區(qū)；
   
• 能耗較低，盡量減少濃差極化，提高分離效率，減輕膜污染；
   
• 盡可能高的裝填密度，安裝，清洗、更換方便；
   
• 具有足夠的機(jī)械強(qiáng)度、化學(xué)和熱穩(wěn)定性。
    膜組件的選用要綜合考慮其成本，裝填密度、應(yīng)用場(chǎng)合、系統(tǒng)流程、膜污染及清洗、使用壽命等。

    MBR 的應(yīng)用領(lǐng)域
    
進(jìn)入 90 年代中后期，膜 - 生物反應(yīng)器在國外已進(jìn)入了實(shí)際應(yīng)用階段。加拿大 Zenon 公司首先推出了超濾管式膜 - 生物反應(yīng)器，并將其應(yīng)用于城市污水處理。為了節(jié)約能耗，該公司又開發(fā)了浸入式中空纖維膜組件，其開發(fā)出的膜 - 生物反應(yīng)器已應(yīng)用于美國、德國、法國和埃及等十多個(gè)地方，規(guī)模從 380m 3 /d 至 7600m 3 /d 。日本三菱人造絲公司也是世界上浸入式中空纖維膜的知名提供商，其在 MBR 的應(yīng)用方面也積累了多年的經(jīng)驗(yàn)，在日本以及其他國家建有多項(xiàng)實(shí)際 MBR 工程。日本 Kubota 公司是另一個(gè)在膜 - 生物反應(yīng)器實(shí)際應(yīng)用中具有競(jìng)爭(zhēng)力的公司，它所生產(chǎn)的板式膜具有流通量大、耐污染和工藝簡(jiǎn)單等特點(diǎn)。國內(nèi)一些研究者及企業(yè)也在 MBR 實(shí)用化方面進(jìn)行著嘗試。同時(shí)可以查看中國污水處理工程網(wǎng)更多技術(shù)文檔。
   
現(xiàn)在，膜 - 生物反應(yīng)器已應(yīng)用于以下領(lǐng)域：
   
 一、 城市污水處理及建筑中水回用
   
     1967 年第一個(gè)采用 MBR 工藝的廢水處理廠由美國的 Dorr-Oliver 公司建成，這個(gè)處理廠處理 14m 3 /d 廢水。 1977 年，一套污水回用系統(tǒng)在日本的一幢高層建筑中得到實(shí)際應(yīng)用。 1980 年，日本建成了兩座處理能力分別為 10m 3 /d 和 50m 3 /d 的 MBR 處理廠。 90 年代中期，日本就有 39 座這樣的廠在運(yùn)行，最大處理能力可達(dá) 500m 3 /d ，并且有 100 多處的高樓采用 MBR 將污水處理后回用于中水道。 1997 年，英國 Wessex 公司在英國 Porlock 建立了當(dāng)時(shí)世界上最大的 MBR 系統(tǒng)，日處理量達(dá) 2 ， 000 ｍ 3 ， 1999 年又在 Dorset 的 Swanage 建成了 13 ， 000m 3 /d 的 MBR 工廠 [14] 。
     1998 年 5 月，清華大學(xué)進(jìn)行的一體式膜 - 生物反應(yīng)器中試系統(tǒng)通過了國家鑒定。 2000 年初，清華大學(xué)在北京市海淀鄉(xiāng)醫(yī)院建起了一套實(shí)用的 MBR 系統(tǒng)，用以處理醫(yī)院廢水，該工程于 2000 年 6 月建成并投入使用，目前運(yùn)轉(zhuǎn)正常。 2000 年 9 月，天津大學(xué)楊造燕教授及其領(lǐng)導(dǎo)的科研小組在天津新技術(shù)產(chǎn)業(yè)園區(qū)普辰大廈建成了一個(gè) MBR 示范工程

二、. 工業(yè)廢水處理
   
     90 年代以來， MBR 的處理對(duì)象不斷拓寬，除中水回用、糞便污水處理以外， MBR 在工業(yè)廢水處理中的應(yīng)用也得到了廣泛關(guān)注，如處理食品工業(yè)廢水、水產(chǎn)加工廢水、養(yǎng)殖廢水、化妝品生產(chǎn)廢水、染料廢水、石油化工廢水，均獲得了良好的處理效果。 90 年代初，美國在 Ohio 建造了一套用于處理某汽車制造廠的工業(yè)廢水的 MBR 系統(tǒng)，處理規(guī)模為 151m 3 /d ，該系統(tǒng)的有機(jī)負(fù)荷達(dá) 6.3kgCOD/m 3 · d ， COD 去除率為 94% ，絕大部分的油與油脂被降解。在荷蘭，一脂肪提取加工廠采用傳統(tǒng)的氧化溝污水處理技術(shù)處理其生產(chǎn)廢水，由于生產(chǎn)規(guī)模的擴(kuò)大，結(jié)果導(dǎo)致污泥膨脹，污泥難以分離，最后采用 Zenon 的膜組件代替沉淀池，運(yùn)行效果良好。
   
三、. 微污染飲用水凈化
   
     隨著氮肥與殺蟲劑在農(nóng)業(yè)中的廣泛應(yīng)用，飲用水也不同程度受到污染。 LyonnaisedesEaux 公司在 90 年代中期開發(fā)出同時(shí)具有生物脫氮、吸附殺蟲劑、去除濁度功能的 MBR 工藝， 1995 年該公司在法國的 Douchy 建成了日產(chǎn)飲用水 400m 3 的工廠。出水中氮濃度低于 0.1mgNO 2 /L ，殺蟲劑濃度低于 0.02 μ g/L 。
   
四、. 糞便污水處理
   
     糞便污水中有機(jī)物含量很高，傳統(tǒng)的反硝化處理方法要求有很高污泥濃度，固液分離不穩(wěn)定，影響了三級(jí)處理效果。 MBR 的出現(xiàn)很好地解決了這一問題，并且使糞便污水不經(jīng)稀釋而直接處理成為可能。
     日本已開發(fā)出被稱之為 NS 系統(tǒng)的屎尿處理技術(shù)，最核心部分是平板膜裝置與好氧高濃度活性污泥生物反應(yīng)器組合的系統(tǒng)。 NS 系統(tǒng)于 1985 年在日本琦玉縣越谷市建成，生產(chǎn)規(guī)模為 10kL/d ， 1989 年又先后在長(zhǎng)崎縣、熊本縣建成新的屎尿處理設(shè)施。 NS 系統(tǒng)中的平板膜每組約 0.4m 2 共幾十組并列安裝，做成能自動(dòng)打開的框架裝置，并能自動(dòng)沖洗。膜材料為截流分子量 20000 的聚砜超濾膜。反應(yīng)器內(nèi)污泥濃度保持在 15000~18000mg/L 范圍內(nèi)。到 1994 年，日本已有 1200 多套 MBR 系統(tǒng)用于處理 4000 多萬人的糞便污水。
   
五、土地填埋場(chǎng) / 堆肥滲濾液處理
   
     土地填埋場(chǎng) / 堆肥滲濾液含有高濃度的污染物，其水質(zhì)和水量隨氣候條件與操作運(yùn)行條件的變化而變化。 MBR 技術(shù)在 1994 年前就被多家污水處理廠用于該種污水的處理。通過 MBR 與 RO 技術(shù)的結(jié)合，不僅能去除 SS 、有機(jī)物和氮，而且能有效去除鹽類與重金屬。最近美國 Envirogen 公司開發(fā)出一種 MBR 用于土地填埋場(chǎng)滲濾液的處理，并在新澤西建成一個(gè)日處理能力為 40 萬加侖 ( 約 1500m 3 /d) 的裝置，在 2000 年底投入運(yùn)行。該種 MBR 使用一種自然存在的混合菌來分解滲濾液中的烴和氯代化合物，其處理污染物的濃度為常規(guī)廢水處理裝置的 50 ～ 100 倍。能達(dá)到這一處理效果的原因是， MBR 能夠保留高效細(xì)菌并使細(xì)菌濃度達(dá)到 50 ， 000g/L 。在現(xiàn)場(chǎng)中試中，進(jìn)液 COD 為幾百至 40 ， 000mg/L ，污染物的去除率達(dá) 90% 以上。
   
 MBR 發(fā)展前瞻
    
一、MBR 應(yīng)用的重點(diǎn)領(lǐng)域和方向
   
   
•現(xiàn)有城市污水處理廠的更新升級(jí)，特別是出水水質(zhì)難以達(dá)標(biāo)或處理流量劇增而占地面積無法擴(kuò)大的水廠。
   
• 無排水管網(wǎng)系統(tǒng)的小區(qū)，如居民點(diǎn)、旅游度假區(qū)、風(fēng)景區(qū)等。
  

• 有污水回用需求的地區(qū)或場(chǎng)所，如賓館、洗車業(yè)、客機(jī)、流動(dòng)廁所等充分發(fā)揮 MBR 占地面積小、設(shè)備緊湊、自動(dòng)控制、靈活方便的特點(diǎn)。
  
 • 高濃度、有毒、難降解工業(yè)廢水處理。如造紙、制糖、酒精、皮革、合成脂肪酸等行業(yè)，是一種普遍的點(diǎn)源污染。 MBR 可以對(duì)這些常規(guī)處理工藝無法達(dá)標(biāo)的廢水進(jìn)行有效的處理，并實(shí)現(xiàn)回用。
  
 • 垃圾填埋廠滲濾液的處理及回用。
   
• 小規(guī)模污水廠（站）的應(yīng)用。膜技術(shù)的特點(diǎn)十分適合處理小規(guī)模污水。

二、MBR 未來的研究重點(diǎn)如下
   
• 膜污染的機(jī)理及防治。
   
• MBR 工藝流程形式及運(yùn)行條件的優(yōu)化。
   
• MBR 污泥產(chǎn)率與運(yùn)行條件的關(guān)系，以合理減少污泥產(chǎn)量，降低污泥處理費(fèi)用。
   
• MBR 生物反應(yīng)器內(nèi)微生物的代謝特性及其對(duì)出水水質(zhì)、污泥活性等的影響，從而確定適宜的微生物生長(zhǎng)及代謝條件。
   
• MBR 工藝經(jīng)濟(jì)性研究。在目前國內(nèi)經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平、膜產(chǎn)品供應(yīng)狀況和規(guī)范設(shè)計(jì)要求的條件下， MBR 用于污水處理的最大經(jīng)濟(jì)流量的確定。
   
• 以節(jié)能、處理特殊水質(zhì)對(duì)象、兼具脫氮除磷、操作維護(hù)簡(jiǎn)便、可以長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行等為目標(biāo)，開發(fā)新型的膜 生物反應(yīng)器。來源：谷騰水網(wǎng)