MBR工藝的概述及應用

1、MBR概述
MBR為膜生物反應器（Membrane Bio-Reactor）的簡(jiǎn)稱(chēng),是一種將膜分離技術(shù)與生物技術(shù)有機結合的新型水處理技術(shù)，它利用膜分離設備將生化反應池中的活性污泥和大分子有機物截留住，省掉二沉池。膜- 生物反應器工藝通過(guò)膜的分離技術(shù)大大強化了生物反應器的功能，使活性污泥濃度大大提高，其水力停留時(shí)間（HRT）和污泥停留時(shí)間（SRT）可以分別控制。
與傳統廢水生物處理工藝相比，MBR工藝具有處理效率高、出水水質(zhì)好、占地面積小( 只相當于傳統處理工藝占地的1/8 ～1/5)、耐沖擊負荷、操作管理簡(jiǎn)單、易于實(shí)現自動(dòng)控制、污泥停留時(shí)間與水力停留時(shí)間分離等優(yōu)點(diǎn)。
目前，各國水處理工作者對膜技術(shù)在污水處理中的應用進(jìn)行了廣泛和深入地研究，MBR 已廣泛用于生活污水、一般有機工業(yè)廢水、垃圾滲濾液處理等。
2、MBR的分類(lèi)及組成
2.1 MBR的分類(lèi)
根據膜組件和生物反應器的相對位置，膜- 分離生物反應器可以分為分置式膜生物反應器、一體式膜生物反應器和復合式膜生物反應器。
分置式膜生物反應器分置式膜生物反應器是指膜組件與生物反應器分開(kāi)設置，相對獨立，膜組件與生物反應器通過(guò)泵與管路相連接。分置式膜生物反應器的工藝流程如圖1 所示。該工藝
膜組件和生物反應器各自分開(kāi)，獨立運行，因而相互干擾較小，易于調節控制，而且，膜組件置于生物反應器之外，更易于清洗更換。但其動(dòng)力消耗較大，加壓泵提供較高的壓力，造成膜表面高速錯流，延緩膜污染，這是其動(dòng)力費用大的原因，每噸出水的能耗為2～10kW·h，約是傳統活性污泥法能耗的10～20 倍，因此能耗較低的一體式膜生物反應器的研究逐漸得到了人們的重視。

圖1 分置式膜生物反應器工藝流程圖
一體式膜生物反應器為解決分離式MBR 能耗高，人們研發(fā)了第二代，即一體式MBR。一體式膜生物反應器是將膜組件直接安置在生物反應器內部，有時(shí)又稱(chēng)為淹沒(méi)式膜生物反應器（SMBR），依靠重力或水泵抽吸產(chǎn)生的負壓或真空泵作為出水動(dòng)力。一體式膜生物反應器工藝流程如圖2 所示。該工藝由于膜組件置于生物反應器之中，減少了處理系統的占地面積，而且該工藝用抽吸泵或真空泵抽吸出水，動(dòng)力消耗費用遠遠低于分置式膜生物反應器，每噸出水的動(dòng)力消耗約是分置式的1/10。如果采用重力出水，則可*節省這部分費用。但由于膜組件浸沒(méi)在生物反應器的混合液中，污染較快，而且清洗起來(lái)較為麻煩，需要將膜組件從
反應器中取出。

圖2 一體式膜生物反應器工藝流程圖
復合式膜生物反應器復合式膜生物反應器也是將膜組件置于生物反應器之中，通過(guò)重力或負壓出水，但生物反應器的型式不同。復合式MBR，是在生物反應器中安裝填料，形成復合式處理系統，其工藝流程如圖3 所示。在復合式膜生物反應器中安裝填料的目的有兩個(gè)：一是提高處理系統的抗沖擊負荷，保證系統的處理效果；二是降低反應器中懸浮性活性污泥濃度，減小膜污染的程度，保證較高的膜通量。

圖3 復合式膜生物反應器工藝流程圖
2.2 MBR 工藝用膜及膜組件
MBR 所用的膜及膜組件種類(lèi)較多。根據膜孔孔徑不同,膜可分為微濾膜、超濾膜、納濾膜和反滲透膜,其中以微濾膜、超濾膜應用較多。根據制膜材料不同,分為有機膜和無(wú)機膜,有機膜有聚烯烴類(lèi)膜、纖維素衍生類(lèi)膜、聚酯類(lèi)膜、聚砜類(lèi)膜等,無(wú)機膜常見(jiàn)的為陶瓷膜。根據膜組件形式不同,膜組件可分為平板式、管式、螺旋式、中空纖維式等。
這些膜的孔徑一般介于0.02-0.5μm 之間，因此，只要是粒徑比膜孔徑大的物質(zhì)都可以被截留，去除的物質(zhì)主要包括膠體、無(wú)機離子和小粒徑的有機微污染物例如腐殖酸等。
目前用的較多的是高分子有機膜材料，因為它的成本較低，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。但它的缺點(diǎn)也比較明顯，運行過(guò)程易污染、強度低、使用壽命短。無(wú)機膜雖然有著(zhù)耐酸、抗壓、抗溫、通量高、能耗相對較低等優(yōu)點(diǎn)，但由于造價(jià)昂貴、不耐堿、彈性小、膜的加工制備有一定困難等缺點(diǎn)，導致應用受到限制。
3、MBR 運行的影響因素
3.1 有機負荷
研究表明：好氧MBR 出水受容積負荷與水力停留時(shí)間（HRT）的影響較小，而厭氧MBR 出水受沖擊負荷與HRT 的影響較大。
采用好氧膜生物反應器處理不同高濃度氨氮的有機廢水，盡管有機負荷從0.085Kg/Kg·d 提高到0.43Kg/Kg·d，負荷增加到原來(lái)的5 倍，其MBR 段的COD 去除率基本相當。用厭氧MBR 處理高濃度食品廢水時(shí)發(fā)現：當COD容積負荷從2kg/(m2·d)升高到4.5 kg/(m2·d)，COD 去除率從90%下降到70%。
在好氧MBR 中,污泥濃度隨容積負荷的增加迅速升高,有機物去除速率加快,污泥負荷基本保持不變,從而抑制出水水質(zhì)的惡化；而在厭氧MBR 中,污泥濃度升高緩慢,因此厭氧MBR 出水水
質(zhì)易受容積負荷的影響。
3.2 污泥濃度
污泥濃度是MBR系統的重要參數，不僅影響有機物的去除能力，還對膜通量產(chǎn)生影響。許多研究都表明污泥濃度與溶解性微生物產(chǎn)物是影響膜通量的重要參數。在一定條件下污泥濃度越高，膜通量越低。
采用MBR 工藝對糧油加工廢水進(jìn)行處理，研究發(fā)現，在膜面流速固定的情況下，污泥濃度對臨界膜通量的影響比較大，隨著(zhù)污泥濃度的升高，臨界膜通量呈下降趨勢。系統污泥濃度從1-2g/L 增加到10-12g/L 時(shí)，臨界膜通量從10-12L/(m2·h)上升到了16-18L/（m2·h)。
4、MBR 的應用
4.1 MBR 在生活污水的應用
城市生活污水是MBR 在水處理中涉及較早的領(lǐng)域，研究和應用都比較廣泛。對無(wú)錫三座采用MBR 工藝的城市污水廠(chǎng)進(jìn)行分析，結果表明，各污水廠(chǎng)出水水質(zhì)基本能實(shí)現穩定排放并達到GB18918-2002 的一級A 標準。
生活污水的處理工藝MBR進(jìn)行研究，結果表明，通過(guò)合理地結構設計及運行參數設計，MBR系統能穩定運行，出水水質(zhì)大道排放標準，能夠實(shí)現風(fēng)景區污水的*。
4.2 MBR 在工業(yè)廢水的應用
工業(yè)廢水具有有機物濃度高、化學(xué)成份復雜、有毒有害物質(zhì)多、難生物降解等特點(diǎn)，傳統處理方法難以有效去除。MBR 因其的生物降解和良好的凈化效果使其在各種工業(yè)廢水處理中得到關(guān)注和研究應用。
對采用氣浮- 酸化水解-MBR 組合工藝對木材蒸煮廢水和生活污水的混合廢水進(jìn)行處理，在日處理量為80m3的穩定運行工況下，出水水質(zhì)達到國家《生活雜用水水質(zhì)標準》（GJ/T48-1999），并被回用與廠(chǎng)內蒸煮工藝用水，部分回用于廠(chǎng)區綠化、沖廁等。
對某染料中間體生產(chǎn)企業(yè)排放的廢水采用預處理/UASB/MBR 工藝對其進(jìn)行處理，調試結果表明，在進(jìn)水硫酸鹽≤7500mg/L、COD≤3500mg/L 的條件下，出水水質(zhì)可達到《山東省海河流域水污染物綜合排放標準》（DB37/675-2007）的二級標準。
4.3 MBR 在垃圾滲濾液中的應用
垃圾滲濾液中含有多種難降解有機成分，污染物濃度高、毒性強、成分復雜、水質(zhì)水量波動(dòng)大，采用傳統廢水工藝處理很難達到排放要求。
采用SBR 與MBR-NF/RO 工藝處理垃圾滲濾液：設計處理規模為1500m3/d， 在進(jìn)水COD 為4150-14300mg/L，NH3-N 為725-1770mg/L、硝酸鹽回流比為500%、溶解氧為1.8-2.9mg/L 的條件下，系統對COD 去除率為99.68%-99.81，對NH3-N 的去除率wie99.57%-99.99%；出水穩定，平均COD 為13.97mg/L，平均NH3-N 為2.24mg/L，所有出水水質(zhì)指標都達到排放標準。
對青島市某生活垃圾填埋處理場(chǎng)采用的MBR-納濾- 反滲透工藝進(jìn)行研究，結果表明，在日處理量為150m3，在進(jìn)水水質(zhì)COD 為12000mg/L，BOD5 為6000mg/L，NH3-N 為1200mg/L，采用該工藝處理出水水質(zhì)能夠達到排放標準。
膜生物反應器技術(shù)已成功用于生活污水、化工污水、印染廢水、垃圾滲濾液等廢水的處理中，特別是在污水處理及再生回用領(lǐng)域起到了重要作用。但是MBR 技術(shù)也存在投資大、能耗大、運行成本高、膜污染等問(wèn)題，隨著(zhù)MBR 技術(shù)的發(fā)展和成熟，膜組件、膜材料性能的改進(jìn)，膜污染等問(wèn)題的解決，MBR 技術(shù)將發(fā)揮巨大的作用。