MBR膜

在污水处理，水资源再利用领域，MBR又称膜生物反应器(Membrane Bio-Reactor),是一种由活性污泥法与膜分离技术相结合的新型水处理技术。

膜的种类繁多,按分离机理进行分类,有反应膜、离子交换膜、渗透膜等;按膜的性质分类,有天然膜(生物膜)和合成膜(有机膜和无机膜) ;按膜的结构型式分类,有平板型、管型、螺旋型及中空纤维型等。

MBR膜结构及原理示意图 1-1

MBR工艺的组成

膜-生物反应器主要由膜分离组件及生物反应器两部分组成。通常提到的膜-生物反应器实际上是三类反应器的总称:

①曝气膜-生物反应器

(Aeration Membrane Bioreactor, AMBR);

②萃取膜-生物反应器

( ExtractiveMembrane Bioreactor, EMBR );

③固液分离型膜-生物反应器

(Solid/Liquid SeparationMembrane Bioreactor, SLSMBR, 简称 MBR )。

固液分离型膜-生物反应器

固液分离型膜-生物反应器是在水处理领域中研究得，为广泛深入的一类膜-生物反应器，是一种用膜分离过程取代传统活性污泥法中二次沉淀池的水处理技术。

在传统的废水生物处理技术中，泥水分离是在二沉池中靠重力作用完成的，其分离效率依赖于活性污泥的沉降性能，沉降性越好，泥水分离效率越高。而污泥的沉降性取决于曝气池的运行状况，改善污泥沉降性必须严格控制曝气池的操作条件，这限制了该方法的适用范围。

由于二沉池固液分离的要求，曝气池的污泥不能维持较高浓度，一般在1.5-3.5g/L左右，从而限制了生化反应速率。水力停留时间( HRT )与污泥龄( SRT)相互依赖，提高容积负荷与降低污泥负荷往往形成矛盾。

系统在运行过程中还产生了大量的剩余污泥，其处置费用占污水处理厂运行费用的 25%-40% 。传统活性污泥处理系统还容易出现污泥膨胀现象，出水中含有悬浮固体，出水水质恶化。针对上述问题，MBR将膜分离技术与传统生物处理技术有机结合，MBR实现污泥停留时间和水力停留时间的分离，大大提高了固液分离效率，并且由于曝气池中活性污泥浓度的增大和污泥中，菌 (特别是优势菌群 )的出现，提高了生化反应速率。

同时，通过降低 F/M比减少剩余污泥产生量(甚至为零)，从而基本解决了传统活性污泥法存在的许多突出问题。

MBR工艺的特点

与许多传统的生物水处理工艺相比，MBR 具有以下主要特点:

一、出水水质优良稳定

由于膜的便捷分离作用，分离效果远好于传统沉淀池，处理出水极其清澈，悬浮物和浊度接近于零，细菌和病毒被大幅去除，出水水质优于建设部颁发的生活杂用水水质标准( CJ25.1-89 )，可以直接作为非饮用市政杂用水进行回用。

同时，膜分离也使微生物被，被截流在生物反应器内，使得系统内能够维持较高的微生物浓度，不但提高了反应装置对污染物的整体去除效率，可靠了良好的出水水质，同时反应器对进水负荷(水质及水量)的各种变化具有很好的适应性，耐冲击负荷，能够稳定获得优良的出水水质。

二、剩余污泥产量少

该工艺可以在高容积负荷、低污泥负荷下运行，剩余污泥产量低(理论上可以实现零污泥排放)，降低了污泥处理费用。

三、占地面积小，不受设置场合限制

生物反应器内能维持高浓度的微生物量，处理装置容积负荷高，占地面积大大节省; 该工艺流程简单、结构紧凑、占地面积省，不受设置场所限制，适合于任何场合，可做成地面式、半地下式和地下式。

四、可去除氨氮及难降解有机物

由于微生物被，截流在生物反应器内，从而有利于增殖缓慢的微生物如硝化细菌的截留生长，系统硝化效率得以提高。同时，可增长一些难降解的有机物在系统中的水力停留时间，有利于难降解有机物降解效率的提高。

五、操作管理方便，易于实现自动控制

该工艺实现了水力停留时间( HRT )与污泥停留时间( SRT )的，分离，运行控制更加灵活稳定，是污水处理中容易实现装备化的新技术，可实现微机自动控制，从而使操作管理更为方便。

六、易于从传统工艺进行改造

该工艺可以作为传统污水处理工艺的深度处理单元，在城市二级污水处理厂出水深度处理(从而实现城市污水的大量回用)等领域有着广阔的应用前景。

膜-生物反应器不足

主要表现在以下几个方面:

①膜造价高，使膜-生物反应器的基建投资高于传统污水处理工艺;

②膜污染容易出现，给操作管理带来不便;

③能耗高:

首先MBR泥水分离过程必须保持一定的膜驱动压力，其次是 MBR 池中MLSS浓度非常高，要保持足够的传氧速率，必须加大曝气强度，还有为了加大膜通量、减轻膜污染，必须增大流速，冲刷膜表面，造成MBR的能耗要比传统的生物处理工艺高。

MBR分离膜组件结构形式多样，较为常用的有中空纤维膜和平板膜两大类。膜片结构如下图所示：

中空纤维膜 图 1-2            平板膜 图 1-3

两者主要特点比较：

（1）平板膜具有更好的抗污染性能

相比中空纤维膜生物反应器，平板膜生物反应器可以在更高的活性污泥浓度下保持高通量的稳定运行。在实际使用的过程中，尽管预处理设施中会有格栅，除毛机等设备，但好氧池中还难免进入一些诸如毛发之类的物体，这些丝状物缠绕在膜丝上，当污泥浓度达到一定程度，就会出现泥坨，使越来越多的膜丝缠绕在一起，大大减少了中空纤维丝的有效膜面积，引起膜通量的急剧下降，而且此类问题也很难修复，通常只能更换。平板膜生物反应器的适用活性污泥浓度（MLSS）范围在10000-15000mg/L，远远高于中空纤维膜生反应器（约6000mg/L 左右），平板膜的特殊结构，可以实现膜片之间间隙可控，便于气液混流对膜面进行在线清洗，抗污染性能优越。此外，平板膜生物反应器可以通过调节组件底部的曝气强度，通过气水混合物在膜片表面的冲刷作用，很好的清除膜表面的附着物，即便是由于某种不可知因素在膜表面产生了淤积的情况，也可以将膜片取出，通过低压水枪冲洗的方法去除，使得膜能长期有效的运行，而中空纤维则不可能通过这种方法清洗。

（2）良好的机械稳定性、无断丝现象

在实际使用过程中，中空纤维膜组件不可避免的会发生断丝现象，其中包括两种原因，一是由于纺丝过程中的缺陷导致的壁厚不均匀，当然这种情况比较少发生，且可以通过购买优良产品等手段进一步避免；二是纺丝材料疲劳引起的根部断裂，我们知道由于曝气的原因，中空纤维在工作状态下始终会处于幅度较大的振动现象，长此以往会在其根部引起材料的疲劳，而由于这种材料疲劳所导致的断丝一旦发生，往往是规模性的，而这对于膜生物反应器来说，伤害是致命的，使得出水水质变差。而平板膜的材料强度比中空纤维高出许多，根本不会出现类似的现象，能，可靠优良的出水水质。

（3）平板膜寿命长、运行费用低

中空纤维膜的成本是平板膜的1/2至1/3，但中空膜易污堵、易断丝，使用寿命一般只有1-2年，而平板膜寿命达5-7年，长3-5倍左右。不需频繁的更换膜片，相对来说运行费用大大降低，且可靠了良好的运行状况。平板膜具有高强度的支撑体，膜损伤程度低，更换率低；同时平板膜可以实现单张更换，更换成本也相对降低。

（4）清洗方法更加便捷，清洗周期更长。

平板膜生物反应器可通过控制组件底部的曝气系统的曝气量，对膜片进行有效的水力冲刷，在运行过程中就对膜表面的污染起到控制作用，而平板膜组件的化学清洗（在线清洗）也更加简单，只需要把调配好的药剂从抽吸口回灌入膜片中，浸泡一段时间即可，不像中空纤维膜组件，需频繁地将膜组件取出进行反冲洗。同时，相对于中空纤维膜生物反应器，平板膜生物反应器的清洗周期更长，清洗周期可达3 个月以上，且如果工作压力始终处于比较低的状态，甚至可以不清洗。平板膜组件还可以通过物理清洗的方法使膜通量得到恢复，而这对于中空纤维膜几乎是不可能的。

（5）膜片更换过程简单

由于平板膜组件独特的设计，使得在膜片损坏更换过程中，膜片可单张更换，无需更换支架。而中间纤维膜丝断丝达到一定数量，整个组件就报废，需更换整个膜组件，费用就将大大增加。

运行中的平板膜 图 1-4        运行中的中空纤维膜 图 1-5

两者详细比较见下表：

表 3-2:平板膜与中空纤维膜的比较表

从以上比较可看出，若选用中空纤维膜虽然首次投入费用较低，但后期维修费用和人工投入较大，且运行管理不便。故现在一般水量不大的项目多采用平板膜MBR组件，虽首次投入稍高，但后期费用和麻烦大大减少。