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什么是MBR膜生物反應(yīng)器?

文章出處：未知發(fā)表時間：2021-06-17 14:01:35

 
      膜生物反應(yīng)器（Membrane bio-reactor，簡稱MBR）是將膜分離裝置和生物反應(yīng)器結(jié)合而成的一種污水處理系統(tǒng)。

1、膜生物反應(yīng)器的基本原理與特點
       傳統(tǒng)活性污泥法一般采用重力式沉淀池作為固液分離部分，這就使曝氣池內(nèi)混合液的污泥深度不能太高，限制了活性污泥反應(yīng)的容積負荷，而且不可避免地會有污泥流失，出水中含有較多懸浮物。膜生物反應(yīng)器中，以膜組件取代傳統(tǒng)生物處理技術(shù)末端二沉池，泥水混合液通過膜設(shè)備，在壓差作用下，清水被分離出來，微生物被截留并回流到反應(yīng)器，反應(yīng)器中保持高活性污泥濃度，提高生物處理有機負荷，從而減少污水處理設(shè)施占地面積，并通過保持低污泥負荷減少剩余污泥量。

膜生物反應(yīng)器的優(yōu)點：
        在膜生物反應(yīng)器中，由于用超濾膜組件用途代替?zhèn)鹘y(tǒng)活性污泥工藝中的二沉池，可以進行高效的固液分離，克服了傳統(tǒng)活性污泥工藝中出水水質(zhì)不夠穩(wěn)定、污泥容易膨脹等不足，從而具有下列優(yōu)點：
        (1)能高效地進行固液分離，出水水質(zhì)良好且穩(wěn)定，可以直接回用;
       (2)由于膜的高效截留作用，可使微生物完全截留在生物反應(yīng)器內(nèi),使運行控制更加靈活穩(wěn)定;
       (3)生物反應(yīng)器內(nèi)能維持高濃度的微生物量，處理裝置容積負荷高，占地面積省;
       (4)有利于增殖緩慢的微生物如硝化細菌的截留和生長，系統(tǒng)硝化效率得以提高。
       (5)膜-生物反應(yīng)器一般都在高容積負荷、低污泥負荷下運行，剩余污泥產(chǎn)量低，降低了污泥處理費用;
       (6)易于實現(xiàn)自動控制，操作管理方便。
膜生物反應(yīng)器的缺點：
         （1）膜堵塞和膜污染問題很難徹底解決是膜生物反應(yīng)器廣泛應(yīng)用的主要障礙。活性污泥中的纖維、雜物、一些大分子物質(zhì)、金屬離子、微生物胞外聚合物等都可能造成膜堵塞和膜的污染。目前膜堵塞和膜污染都還沒有辦法徹底解決，只能采用膜清洗的方法來緩解，但不能完全恢復(fù)膜的通量。
          （2）造價高   膜材料價格，特別是用于污水處理的抗污染膜的價格很高，從而導(dǎo)致膜生物反應(yīng)器工藝造價偏高。
          （3）運行成本高   膜生物反應(yīng)器的運行成本主要體現(xiàn)在膜維護和更換的費用以及能耗兩方面。為了保持膜的通量，要經(jīng)常對膜進行清洗，消耗化學(xué)藥劑，并且由于膜污染和機械損壞等問題，膜的壽命一般不超過3～5年，甚至更短，造成膜更換頻繁，增加水處理的平均成本；動力費用主要是為了保證膜表面錯流流速和過濾壓力的動能消耗、污泥回流以及曝氣設(shè)備的能耗。
 
2、膜生物反應(yīng)器的分類
          膜生物反應(yīng)器主要由膜組件、泵和生物反應(yīng)器三部分組成。生物反應(yīng)器是污染物降解的主要場所，膜組件中的膜根據(jù)膜材料化學(xué)組成的不同可分為有機膜和無機膜，根據(jù)膜孔徑大小的不同可分為微濾膜和超濾膜，按膜的形狀的不同可分為平板膜、管式膜和中空纖維膜。泵是系統(tǒng)運行的動力來源，根據(jù)泵與膜組件的相對位置不同可分為加壓泵和抽吸泵。
       （1）根據(jù)膜組件所起作用分類
       根據(jù)膜組件所起作用不同，通常將MBR分為三種：固液分離MBR、膜曝氣MBR和萃取MBR。研究和應(yīng)用現(xiàn)狀而言，固液分離MBR在污水處理中占絕對優(yōu)勢。
       （2）根據(jù)膜組件和生物反應(yīng)器的組合位置，可將膜生物反應(yīng)器分為一體式和分置式兩大類。
        一體式膜生物反應(yīng)器
        一體式膜生物反應(yīng)器主要用于處理生活污水和糞便污水，其工藝流程如圖1所示，膜組件直接置于生物反應(yīng)器中，膜表面的錯流是由空氣攪動產(chǎn)生的。曝氣器設(shè)置在膜組件的正下方，混合液的氣流攪動在膜表面產(chǎn)生剪切應(yīng)力，在這種剪切應(yīng)用的作用下，膜表面的濃差極化層變薄，積累的膠體顆粒減少，從而減緩膜的堵塞。
 
圖1  一體式膜生物反應(yīng)器工藝流程
 

       一體式膜生物反應(yīng)器的優(yōu)點：
       a.  結(jié)構(gòu)緊湊，體積??；
      b.  設(shè)備簡單，只需要水泵、曝氣器，不需要混合液回流泵；
      c.  運行成本低   節(jié)省了液體循環(huán)至膜分離以及截留的固體返回到生物反應(yīng)器的費用；
      d.  過膜壓力小，沿著纖維長度方面基本分布均勻，堵塞率低；
      e.  一體式膜生物反應(yīng)器的膜通量低于分置式的膜通量。
       一體式膜生物反應(yīng)器的缺點：由于膜表面的流速小，因而膜污染相對嚴重，膜清洗頻率高，更換周期短成為一體式膜生物反應(yīng)器的最大問題。
 
       分置式膜生物反應(yīng)器
           分置式膜生物反應(yīng)器是指膜組件與生物反應(yīng)器分開設(shè)置，兩者通過泵與管線連接構(gòu)成。在反應(yīng)器內(nèi)設(shè)有循環(huán)管路，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)處理水排出系統(tǒng)，而包括活性污泥在內(nèi)的懸浮物、大分子物質(zhì)等被膜截留，隨濃縮液回流到生物反應(yīng)器內(nèi)，其工藝流程如圖2所示。
圖2  分置式膜生物反應(yīng)器工藝流程
 
      分置式膜生物反應(yīng)器具有以下特點：
     a.  膜組件與生物反應(yīng)器分開設(shè)置，相對獨立運行，易于調(diào)節(jié)控制；
     b.  膜組件置于反應(yīng)器外，易于膜的清洗、更換及增設(shè)；
      c. 為了減輕懸浮物在膜面的沉積，采取高速錯流過濾，動力消耗較高；
      d. 分置式MBR比較適合處理難生物降解、高有機濃度以及有毒的污水，在工業(yè)廢水處理中應(yīng)用較多。
 
      （3）按需氧方式分類
       根據(jù)生物反應(yīng)器中微生物生長需氧情況的不同分為好氧和厭氧兩大類。好氧MBR主要是針對城市污水和生活污水的處理；厭氧MBR主要是針對高濃度有機廢水的處理。厭氧過程可提高高濃度有機廢水的可生化性，改變難降解有機物的分子結(jié)構(gòu)，利于后續(xù)好氧MBR處理，顯著提高有機物去除率。
 
3、膜生物反應(yīng)器的控制條件
      （1）MLSS濃度
       膜生物反應(yīng)器最主要的特征之一就是在高污泥濃度下運行，高污泥濃度對容積負荷、處理效果、污泥產(chǎn)率都有有利影響，但是過高的污泥濃度會加速膜污染，增大混合液黏度，進而降低膜通量。MLSS對通量的影響很復(fù)雜，同時受到操作壓力、曝氣強度、溫度等眾多因素的影響。
       （2）曝氣強度
        在一般的好氧生物反應(yīng)器中，曝氣的主要目的是為了反應(yīng)器內(nèi)的微生物的生命活動提供充分的氧，在一體式膜生物反應(yīng)器中曝氣強度與膜通量有著密切關(guān)系：當曝氣強度足夠大時，MLSS由10g/L變化到35g/L時，MLSS與膜通量沒有明顯的相關(guān)性，但如果降低曝氣強度，MLSS對膜通量產(chǎn)生一定的影響，因此增加曝氣強度有利于減緩膜污染。
       （3）操作壓力
         操作壓力和膜通量是膜組件在一定條件下的固有特性，也是膜分離系統(tǒng)的重要運行參數(shù)。操作壓力對膜通量和膜污染都有影響，當操作壓力低于臨界壓力值時，膜通量隨壓力的增大而增加，高于此值則會引起膜表面污染加劇，而且膜能量隨壓力的變化并不明顯。不同的膜具有不同的臨界壓力值，且隨膜孔徑的增大而減小。
 
4、膜生物反應(yīng)器的應(yīng)用范圍
     （1）工業(yè)廢水處理
       各類飲料工廠、酒廠、食品廠、畜牧、屠宰廢水處理、 染整、皮革、紙漿廠、制藥業(yè)、石油化工、高濃度有機等廢水處理、舊有污水廠制程改善、反滲透系統(tǒng)之前處理。
      （2）污水回收
        大型市政廢水處理及再利用、生活中水回用、百貨、辦公大樓中水回用、餐廳或風景區(qū)廢水處理及再利用、地表水凈化處理、洗車廠船舶污水回收再利用。