MBR（膜生物反应器）介绍

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MBR 工艺的组成和原理 一、 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（ Extractive Membrane Bioreactor, EMBR ）； ③ 固液分离型膜 - 生物反应器（ Solid/Liquid Separation Membrane Bioreactor, SLSMBR, 简称 MBR ）。 二、曝气膜 - 生物反应器 曝气膜 - 生物反应器最早见于 Cote.P 等 1988 年报道，采用透气性致密膜（如硅橡胶膜）或微孔膜（如疏水性聚合膜），以板式或中空纤维式组件，在保持气体分压低于泡点（ Bubble Point ）情况下，可实现向生物反应器的无泡曝气。该工艺的特点是提高了接触时间和传氧效率，有利于曝气工艺的控制，不受传统曝气中气泡大小和停留时间的因素的影响。如图 [1] 所示。 三、萃取膜 - 生物反应器 萃取膜 - 生物反应器 又称为 EMBR （ Extractive Membrane Bioreactor ）。因为高酸碱度或对生物有毒物质的存在，某些工业废水不宜采用与微生物直接接触的方法处理；当废水中含挥发性有毒物质时，若采用传统的好氧生物处理过程，污染物容易随曝气气流挥发，发生气提现象，不仅处理效果很不稳定，还会造成大气污染。为了解决这些技术难题，英国学者 Livingston 研究开发了 EMB 。其工艺流程见图 2 。废水与活性污泥被膜隔开来，废水在膜内流动，而含某种专性细菌的活性污泥在膜外流动，废水与微生物不直接接触，有机污染物可以选择性透过膜被另一侧的微生物降解。由于萃取膜两侧的生物反应器单元和废水循环单元是各自独立，各单元水流相互影响不大，生物反应器中营养物质和微生物生存条件不受废水水质的影响，使水处理效果稳定。系统的运行条件如 HRT 和 SRT 可分别控制在最优的范围，维持最大的污染物降解速率。 四、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最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 将分离工程中的膜分离技术与传统废水生物处理技术有机结合，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特效菌 ( 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。 五、 MBR 工艺类型 以下讨论的均为固液分离型膜 - 生物反应器。 根据膜组件和生物反应器的组合方式，可将 膜 - 生物反应器 分为分置式、一体式以及复合式三种基本类型。分置式和一体式的 MBR 。 分置式膜 - 生物反应器把膜组件和生物反应器分开设置。生物反应器中的混合液经循环泵增压后打至膜组件的过滤端，在压力作用下混合液中的液体透过膜，成为系统处理水；固形物、大分子物质等则被膜截留，随浓缩液回流到生物反应器内。分置式膜 - 生物反应器的特点是运行稳定可靠，易于膜的清洗、更换及增设；而且膜通量普遍较大。但一般条件下为减少污染物在膜表面的沉积，延长膜的清洗周期，需要用循环泵提供较高的膜面错流流速，水流循环量大、动力费用高 (Yamamoto, 1989) ，并且泵的高速旋转产生的剪切力会使某些微生物菌体产生失活现象 ( Brockmann and Seyfried, 1997 ) 。 一体式膜 - 生物反应器是把膜组件置于生物反应器内部。进水进入膜 - 生物反应器，其中的大部分污染物被混合液中的活性污泥去除，再在外压作用下由膜过滤出水。这种形式的膜 - 生物反应器由于省去了混合液循环系统，并且靠抽吸出水，能耗相对较低；占地较分置式更为紧凑，近年来在水处理领域受到了特别关注。但是一般膜通量相对较低，容易发生膜污染，膜污染后不容易清洗和更换。 复合式膜 - 生物反应器在形式上也属于一体式膜 - 生物反应器，所不同的是在生物反应器内加装填料，从而形成复合式膜 - 生物反应器，改变了反应器的某些性状，

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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、出水水质优质稳定 由于膜的高效分离作用，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 微生物被完全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，保证了良好的出水水质，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，能够稳定获得优质的出水水质。 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 由于微生物被完全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 ）的完全分离，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 - 生物反应器也存在一些不足。主要表现在以下几个方面： • 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； • 膜污染容易出现，给操作管理带来不便； • 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 工艺用膜 膜可以由很多种材料制备，可以是液相、固相甚至是气相的。目前使用的分离膜绝大多数是固相膜。根据孔径不同可分为：微滤膜、超滤膜、纳滤膜和反渗透膜；根据材料不同，可分为无机膜和有机膜，无机膜主要是微滤级别膜。膜可以是均质或非均质的，可以是荷电的或电中性的。广泛用于废水处理的膜主要是由有机高分子材料制备的固相非对称膜。

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膜的分类： 一、 MBR 膜材质 1、高分子有机膜材料： 聚烯烃类、聚乙烯类、聚丙烯腈、聚砜类、芳香族聚酰胺、含氟聚合物等。 有机膜成本相对较低，造价便宜，膜的制造工艺较为成熟，膜孔径和形式也较为多样，应用广泛，但运行过程易污染、强度低、使用寿命短。 2、无机膜 ：是固态膜的一种，是由无机材料，如金属、金属氧化物、陶瓷、多孔玻璃、沸石、无机高分子材料等制成的半透膜。 目前在 MBR 中使用的无机膜多为陶瓷膜，优点是：它可以在 pH ＝ 0~14 、压力 P<10MPa 、温度 <350 ℃ 的环境中使用，其通量高、能耗相对较低，在高浓度工业废水处理中具有很大竞争力；缺点是：造价昂贵、不耐碱、弹性小、膜的加工制备有一定困难。 二、 MBR 膜孔径 MBR 工艺中用膜一般为微滤膜（ MF ）和超滤膜（ UF ），大都采用 0.1 ～ 0.4 μ m 膜孔径，这对于固液分离型的膜反应器来说已经足够。 微滤膜常用的聚合物材料有：聚碳酸酯、纤维素酯、聚偏二氟乙烯、聚砜、聚四氟乙烯、聚氯乙烯、聚醚酰亚胺、聚丙烯、聚醚醚酮、聚酰胺等。 超滤常用聚合物材料有：聚砜、聚醚砜、聚酰胺、聚丙烯腈（ PAN ）、聚偏氟乙烯、纤维素酯、聚醚醚酮、聚亚酰胺、聚醚酰胺等。 三、 MBR 膜组件 为了便于工业化生产和安装，提高膜的工作效率，在单位体积内实现最大的膜面积，通常将膜以某种形式组装在一个基本单元设备内，在一定的驱动力下，完成混合液中各组分的分离，这类装置称为膜组件（ Module ）。 工业上常用的膜组件形式有五种： 板框式（ Plate and Frame Module ）、螺旋卷式 (Spiral Wound Module) 、圆管式 (Tubular Module) 、中空纤维式 (Hollow Fiber Module) 和毛细管式 (Capillary Module) 。前两种使用平板膜，后三者使用管式膜。圆管式膜直径 >10mm; 毛细管式－ 0.5~10.0mm ；中空纤维式 <0.5mm> 。 表：各种膜组件特性 名称/项目 中空纤维式 毛细管式 螺旋卷式 平板式 圆管式 价格（元 /m 3 ） 40~150 150~800 250~800 800~2500 400~1500 冲填密度 高 中 中 低 低 清洗 难 易 中 易 易 压力降 高 中 中 中 低 可否高压操作 可 否 可 较难 较难 膜形式限制 有 有 无 无 无 MBR 工艺中常用的膜组件形式有：板框式、圆管式、中空纤维式。 板框式： 是 MBR 工艺最早应用的一种膜组件形式，外形类似于普通的板框式压滤机。优点是：制造组装简单，操作方便，易于维护、清洗、更换。缺点是：密封较复杂，压力损失大，装填密度小。 圆管式： 是由膜和膜的支撑体构成，有内压型和外压型两种运行方式。实际中多采用内压型，即进水从管内流入，渗透液从管外流出。膜直径在 6~24mm 之间。圆管式膜优点是：料液可以控制湍流流动，不易堵塞，易清洗，压力损失小。缺点是：装填密度小。 中空纤维式： 组装形式： 外径一般为 40 ～ 250 μm ，内径为 25 ～ 42μm 。优点是：耐压强度高，不易变形。在 MBR 中，常把组件直接放入反应器中，不需耐压容器，构成浸没式膜 - 生物反应器。一般为外压式膜组件。优点是：装填密度高；造价相对较低；寿命较长，可以采用物化性能稳定，透水率低的尼龙中空纤维膜；膜耐压性能好，不需支撑材料。缺点是：对堵塞敏感，污染和浓差极化对膜的分离性能有很大影响。 MBR 膜组件设计的一般要求： • 对膜提供足够的机械支撑，流道通畅，没有流动死角和静水区； • 能耗较低，尽量减少浓差极化，提高分离效率，减轻膜污染； • 尽可能高的装填密度，安装，清洗、更换方便； • 具有足够的机械强度、化学和热稳定性。 膜组件的选用要综合考虑其成本，装填密度、应用场合、系统流程、膜污染及清洗、使用寿命等。

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MBR 的应用领域 进入 90 年代中后期，膜 - 生物反应器在国外已进入了实际应用阶段。加拿大 Zenon 公司首先推出了超滤管式膜 - 生物反应器，并将其应用于城市污水处理。为了节约能耗，该公司又开发了浸入式中空纤维膜组件，其开发出的膜 - 生物反应器已应用于美国、德国、法国和埃及等十多个地方，规模从 380m 3 /d 至 7600m 3 /d 。日本三菱人造丝公司也是世界上浸入式中空纤维膜的知名提供商，其在 MBR 的应用方面也积累了多年的经验，在日本以及其他国家建有多项实际 MBR 工程。日本 Kubota 公司是另一个在膜 - 生物反应器实际应用中具有竞争力的公司，它所生产的板式膜具有流通量大、耐污染和工艺简单等特点。国内一些研究者及企业也在 MBR 实用化方面进行着尝试。 现在，膜 - 生物反应器已应用于以下领域： 一、 城市污水处理及建筑中水回用 1967 年第一个采用 MBR 工艺的废水处理厂由美国的 Dorr-Oliver 公司建成，这个处理厂处理 14m 3 /d 废水。 1977 年，一套污水回用系统在日本的一幢高层建筑中得到实际应用。 1980 年，日本建成了两座处理能力分别为 10m 3 /d 和 50m 3 /d 的 MBR 处理厂。 90 年代中期，日本就有 39 座这样的厂在运行，最大处理能力可达 500m 3 /d ，并且有 100 多处的高楼采用 MBR 将污水处理后回用于中水道。 1997 年，英国 Wessex 公司在英国 Porlock 建立了当时世界上最大的 MBR 系统，日处理量达 2 ， 000 ｍ 3 ， 1999 年又在 Dorset 的 Swanage 建成了 13 ， 000m 3 /d 的 MBR 工厂 [14] 。 1998 年 5 月，清华大学进行的一体式膜 - 生物反应器中试系统通过了国家鉴定。 2000 年初，清华大学在北京市海淀乡医院建起了一套实用的 MBR 系统，用以处理医院废水，该工程于 2000 年 6 月建成并投入使用，目前运转正常。 2000 年 9 月，天津大学杨造燕教授及其领导的科研小组在天津新技术产业园区普辰大厦建成了一个 MBR 示范工程，该系统日处理污水 25 吨，处理后的污水全部用于卫生间的冲洗及绿地浇洒，占地面积为 10 平方米，处理每吨污水的能耗为 0.7kW · h 。 二、. 工业废水处理 90 年代以来， MBR 的处理对象不断拓宽，除中水回用、粪便污水处理以外， MBR 在工业废水处理中的应用也得到了广泛关注，如处理食品工业废水、水产加工废水、养殖废水、化妆品生产废水、染料废水、石油化工废水，均获得了良好的处理效果。 90 年代初，美国在 Ohio 建造了一套用于处理某汽车制造厂的工业废水的 MBR 系统，处理规模为 151m 3 /d ，该系统的有机负荷达 6.3kgCOD/m 3 · d ， COD 去除率为 94% ，绝大部分的油与油脂被降解。在荷兰，一脂肪提取加工厂采用传统的氧化沟污水处理技术处理其生产废水，由于生产规模的扩大，结果导致污泥膨胀，污泥难以分离，最后采用 Zenon 的膜组件代替沉淀池，运行效果良好。 三、. 微污染饮用水净化 随着氮肥与杀虫剂在农业中的广泛应用，饮用水也不同程度受到污染。 LyonnaisedesEaux 公司在 90 年代中期开发出同时具有生物脱氮、吸附杀虫剂、去除浊度功能的 MBR 工艺， 1995 年该公司在法国的 Douchy 建成了日产饮用水 400m 3 的工厂。出水中氮浓度低于 0.1mgNO 2 /L ，杀虫剂浓度低于 0.02 μ g/L 。 四、. 粪便污水处理 粪便污水中有机物含量很高，传统的反硝化处理方法要求有很高污泥浓度，固液分离不稳定，影响了三级处理效果。 MBR 的出现很好地解决了这一问题，并且使粪便污水不经稀释而直接处理成为可能。 日本已开发出被称之为 NS 系统的屎尿处理技术，最核心部分是平板膜装置与好氧高浓度活性污泥生物反应器组合的系统。 NS 系统于 1985 年在日本琦玉县越谷市建成，生产规模为 10kL/d ， 1989 年又先后在长崎县、熊本县建成新的屎尿处理设施。 NS 系统中的平板膜每组约 0.4m 2 共几十组并列安装，做成能自动打开的框架装置，并能自动冲洗。膜材料为截流分子量 20000 的聚砜超滤膜。反应器内污泥浓度保持在 15000~18000mg/L 范围内。到 1994 年，日本已有 1200 多套 MBR 系统用于处理 4000 多万人的粪便污水。 五、土地填埋场 / 堆肥渗滤液处理 土地填埋场 / 堆肥渗滤液含有高浓度的污染物，其水质和水量随气候条件与操作运行条件的变化而变化。 MBR 技术在 1994 年前就被多家污水处理厂用于该种污水的处理。通过 MBR 与 RO 技术的结合，不仅能去除 SS 、有机物和氮，而且能有效去除盐类与重金属。最近美国 Envirogen 公司开发出一种 MBR 用于土地填埋场渗滤液的处理，并在新泽西建成一个日处理能力为 40 万加仑 ( 约 1500m 3 /d) 的装置，在 2000 年底投入运行。该种 MBR 使用一种自然存在的混合菌来分解渗滤液中的烃和氯代化合物，其处理污染物的浓度为常规废水处理装置的 50 ～ 100 倍。能达到这一处理效果的原因是， MBR 能够保留高效细菌并使细菌浓度达到 50 ， 000g/L 。在现场中试中，进液 COD 为几百至 40 ， 000mg/L ，污染物的去除率达 90% 以上。 国内外 MBR 主要应用领域及相应百分比率： 污水类型 所占百分比率（％） 污水类型 所占百分比率（％） 工业污水 27 城市污水 12 建筑污水 24 垃圾 9 家庭污水 27 　 　

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MBR 发展前瞻 一、MBR 应用的重点领域和方向 •现有城市污水处理厂的更新升级，特别是出水水质难以达标或处理流量剧增而占地面积无法扩大的水厂。 • 无排水管网系统的小区，如居民点、旅游度假区、风景区等。 • 有污水回用需求的地区或场所，如宾馆、洗车业、客机、流动厕所等充分发挥 MBR 占地面积小、设备紧凑、自动控制、灵活方便的特点。 • 高浓度、有毒、难降解工业废水处理。如造纸、制糖、酒精、皮革、合成脂肪酸等行业，是一种普遍的点源污染。 MBR 可以对这些常规处理工艺无法达标的废水进行有效的处理，并实现回用。 • 垃圾填埋厂渗滤液的处理及回用。 • 小规模污水厂（站）的应用。膜技术的特点十分适合处理小规模污水。 二、MBR 未来的研究重点如下 • 膜污染的机理及防治。 • MBR 工艺流程形式及运行条件的优化。 • MBR 污泥产率与运行条件的关系，以合理减少污泥产量，降低污泥处理费用。 • MBR 生物反应器内微生物的代谢特性及其对出水水质、污泥活性等的影响，从而确定适宜的微生物生长及代谢条件。 • MBR 工艺经济性研究。在目前国内经济发展水平、膜产品供应状况和规范设计要求的条件下， MBR 用于污水处理的最大经济流量的确定。 • 以节能、处理特殊水质对象、兼具脱氮除磷、操作维护简便、可以长期稳定运行等为目标，开发新型的膜 生物反应器 . 成熟、系统 MBR 的工艺设计方法

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上面这个帖子是从其网站拷来的，仅仅做技术交流，关于膜生物反应器，希望以后有什么技术问题和新得与大家交流与分享。 关于膜生物反应器，膜是最为核心的，膜的通量和抗污染能力，以及膜通量的恢复能力是三个重要因素，目前国产膜中膜天，浙江大学的一些公司在做，国外的日本三菱，加拿大的泽能，USFILTER,日本久保田的板式膜据说都很不错但是价格非常昂贵，售后服务有待提高。而目前膜生物反应器在国内做的最大的是广州的诺卫环境，他们这个公司虽然年轻，但是运作能力十分了得，中石化的五千吨，过万吨的项目都能接到，在环保行业确实非常罕见。据说他们用的是膜天的膜。

lxy013

好东西,谢谢楼主,我们正准备用超滤做深度处理,不知道效果会怎么样

kobebryant

楼上的，如用超滤做深度处理，请留联系方式，我已经成功做了若干，可以分享下经验

jindui

好东西,正准备做一个这样的工程,谢谢

好运

我现在已经利用这个技术设计我们小区的污水处理站的中水回用。

zhouyihan

非常好呀 ！ [ 本帖最后由 hong6601 于 2008-6-2 19:29 编辑 ]

wbmice

非常好的东西，找了半天 多谢楼主

zgh770

谢谢了! 先把资料拿下来啦!

cj1017

楼主 希望可以能多向您请教 ，您QQ多少

weilan0605

MBR在石油废水的深度、回用 具体的处理能力能达到一个什么样的效果 特别是在COD和BOD的情况。

setupghost

整理好了就更好了

zhanghe602

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　膜生物反应器工艺中,系统构型、膜组件和生物反应器是中试设计中的关键因素。对工艺中的设计依据、构型、膜组件和有机负荷、污泥浓度、固体停留时间、水力停留时间等生物反应器的技术参数进行了探讨,为膜生物反应器中试设计提供了帮助。 全文

zhanghe602

膜——生物反应器( Membrance Bioreactor，简称MBR)是膜分离与生物处理技术组合而成的废水生物处理新工艺［１］,具有对有机污染物去除效率高、出水水质好、流程简单、结构紧凑等优点，在废水回用与资源化领域具有极为广阔的应用前景［3～6］。至今国内外尚无MBR工艺放大设计的成熟经验和理论，设计手册中亦无此实例可资参考。因此，探讨MBR工艺放大设计具有十分重要的工程意义。1 工艺设计基本原则 1.1MBR工艺流程 　　MBR工艺流程如图1所示。进水由提升泵提升至生物反应器后与活性污泥充分混合，通过微生物的新陈代谢活动使废水得以净化。生物反应器的混合液则经加压泵加压后，送入膜组件实现液固分离，清水透过膜流出；浓缩液被送回生物反应器，参与下一个循环或经循环泵提速后再进入膜组件。

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1.2 放大设计的基本原则 　　在近三年的中试规模试验研究期间，对MBR工艺流程各组成单元运行特性的考察表明：MBR工艺的放大设计应主要包括生物反应器设计参数选取、泵系统选择、膜组件选择等几个方面。 　　① 生物反应器参数的选取。大量试验研究显示：采用MBR工艺处理城市污水，污泥负荷、体积负荷已不再是制约处理效果的重要指标［2］。根据中试运行的经验,可将水力停留时间HRT、污泥停留时间SRT作为MBR工艺生物反应器单元的设计依据，因为这样不仅能确保工艺操作的长期稳定性，而且能简化设计过程。? 　　② 泵系统选择。MBR工艺中加压泵的特点是扬程高、流量小；而循环泵则要求扬程低、流量大。考虑到加压泵和循环泵并联工作的需要，两种泵的扬程必须相等，即H2=H3。泵流量的选择，则只需达到膜组件对设计膜面流速的要求即可。在此前提下，为节能起见，循环泵的流量宜大一些，而加压泵的流量宜小一些(至少应满足Q2＞Q)。? 　　③ 膜组件选取。膜组件是MBR工艺的关键组成单元，它的选择对MBR工艺的运行具有决定性的作用。研究表明：以回用为目的的城市污水生物处理应优先选用超滤膜组件［2］。膜通量是膜组件设计中最重要的技术参数之一。当处理能力一定时，设计选择的膜通量越高，所需的膜面积就越小，膜组件部分的固定投资就越少；但另一方面，MBR工艺的运行周期也就会越短，从而增加膜组件清洗的次数和费用。因此，在具体的放大设计中应兼顾工艺的运行周期和膜组件的固定投资两个方面。设计运行周期一般不小于3周。 2 放大设计方法与步骤 2.1 生物反应器设计 　　从中试结果来看：当进水COD为50～2 234 mg/L，SS为80～1 327 mg/L，HRT在2.0～5.0 h范围内时，系统运行的稳定性以及对污染物的处理效果均较好。SRT的选取则相对灵活得多，例如根据硝化的需要可选用一个较长的SRT。 　　生物反应器中微生物浓度X(即污泥浓度)的理论计算公式［2］如下：

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(1) 　　式中　Ci--- 进水COD浓度? 　　　　　Ce--- 出水COD浓度? 　　　　　Csup --- 污泥上清液COD浓度? 　　MBR工艺的生物反应器宜设计成完全混合式，其形状可根据具体情况选用，相应尺寸亦很容易确定。这里以圆形生物反应器为例进行计算，设计采用生物反应器n3座(考虑工程实际，n3≥2)，有效水深为h，则每座生物反应器的直径为： 　　D=((4×V)/(n3×h×π))0.5　　　　　　　　　　　(2) 　　式中　V --- 生物反应器体积 2.2 膜组件设计 　　根据试验结果［2］?,建议超滤膜的通量F取0.1～0.2 m3/(m2·h)(膜孔径为450 nm)，设计运行周期则为3～5周。所需膜组件的有效面积为： 　　A=Q/F 　　　　(3)? 　　若已知膜组件制造厂家给定的基本参数，可容易地计算出所需的膜组件数：? 　　N=A/A0 　　　　(4)? 　　式中　A --- 膜组件的有效面积? 　　　　　A0 --- 单个膜组件的有效面积? 　　进而，可利用式(5)求出膜组件通道的总横截面积： 　　A截＝N×n1×n2×π×(d/2)2　　　　　　　　(5) 2.3 曝气装置设计 　　为有效利用高速循环的污泥混合液的能量，建议采用射流曝气装置进行曝气，具体可参阅《给水排水设计手册》第5册。一般，射流曝气器的工作压力在98～196 kPa,建议回流流量 Qr 取 2Q。 2.4 选泵计算 　　提升泵的选择较为简单，只需满足设计流量Q、提升高度 H1 即可，可直接查《给水排水设计手册》第11册进行选泵。流经膜面的总流量 Qt 则可由最小膜面流速与膜组件横截面积的乘积来计算，而最小膜面流速和生物反应器中的污泥浓度线性相关［2］。 　　从图1中的流量平衡关系可知，流经膜面的总流量 Qt 等于加压泵与循环泵的流量之和。加压泵扬程 H2 的选择非常重要，必须能够满足膜组件过滤操作对压力的需要以及整个系统管路的沿程、局部水头损失。根据中试经验，加压泵的扬程H2≥147.1 kPa即可。为达到经济的目的，加压泵流量的选择应尽量小并使运行工况尽可能在最佳状态。如果考虑到射流曝气的需要，加压泵的流量须满足： 　　Q2≥Qr+Q 　　　　(6) 　　若不考虑射流曝气的需要，在实际MBR工艺的运行中则只须： 　　Q2≥Q 　　　　　　(7) 　　选泵时可参考泵生产厂家给定的技术参数，使Q2大于Q有一个余量，确保工艺长期稳定的运行。 　　循环泵流量Q3等于流经膜面的总流量和加压泵流量Q2之差(由于循环、加压泵并联工作)。 　　2.5 污泥负荷、体积负荷校核 　　MBR工艺的污泥负荷比普通活性污泥法略低，而体积负荷则是普通活性污泥法的数倍。换句话说，与普通活性污泥法相比，这种工艺不仅对污染物去除效率高，而且占地面积可以很小。 3 放大设计计算实例 3.1 基本设计资料 　　① 设计流量 　　模拟设计以北京西北郊某居民小区的中水回用为目标，设计服务人口为2.5万人。考虑到公共建筑及服务设施用水，用水指标取为200 L/(人·d )。 　　拟采用MBR工艺进行处理并回用，故障检修时则将全部或部分污水排入城市污水收集系统。 　　② 进、出水设计水质 　　设计水质选取中等强度的城市污水，参考中试的近三年运行结果，确定进、出水设计水质如表1。 　　③ 流程与装置参阅图1。 　　3.2 膜组件计算 　　① 膜组件数? 　　设计采用超滤膜组件，膜通量F取0.15 m3/(m2·h)(膜孔径为450 nm)，运行周期3～5周。? 　　以Modules KERASEPTM系列产品K07BC1XX为例，每根膜长1200 mm，直径25 mm，内有19个通道，通道内径约3.5 mm,7根膜装配成一个膜组件，膜组件直径约为100 mm，每个膜组件的有效表面积为1.72 m2。?　 　　② 膜组件的通道总横截面积及安装占地面积已知膜组件有关尺寸，可由式(5)得到膜组件通道总横截面积A截及占地面积A占。 　　3.3 生物反应器计算 　　① 生物反应器中的污泥浓度? 　　根据2.1的分析，取SRT=15 d、HRT=4 h，可得生物反应器中的污泥浓度X。? 　　② 生物反应器的直径? 　　设生物反应器为圆形完全混合式，有效水深h=3.0 m，可由式(2)得到D。? 　　上述各参数见表1。 表1 MBR 工艺设计的基本参数Q (m3/h)208.3进水 水质CODi (mg/L)500SSi (mg/L)200出水 水质CODe(mg/L)20SSe (mg/L)0

生物反应器设计参数

CODsup(mg/L)50X(g/L)11.1V(m3)833D(m)13.3膜组件设计参数A(m2)1389A截(m2)1.02A占(m2)8.08N(个)808 3.4 曝气部分计算 　　根据2.3的分析，采用射流曝气，查《给水排水设计手册》第5册选用射流流量Qr≥2Q，此处即416.6 m3/h;工作压力Hr要求98～147 MPa。 3.5 选泵计算 　　① 提升泵 　　由2.4的分析知，污水提升泵的选择较为简单，只需满足设计流量Q、提升高度H1即可。其基本参数见表2。 　　② 加压泵 　　为节能需要，设计采用射流曝气。根据式(6)和2.4节的分析，确定加压泵的设计流量应为：Q2≥624.9 m3/h。 　　此处取加压泵的流量Q2=800 m3/h，扬程H2=161.8 kPa，已能满足超滤操作的需要。其基本参数见表2。 　　③ 循环泵 　　循环泵的设计流量Q3主要功能是为膜组件提供适宜的膜面流速，以减缓膜堵塞的发生；而扬程H3还应满足与加压泵并联工作的需要。选泵结果见表2。 表2设计泵的基本参数　泵型电机功率(kW)流量(m3/h)扬程(kPa)转速(r/min)效率(%)提升泵IS150-125 - 200A?清水泵7.5　　　　加压泵300S-19A4.5800161.7145078循环泵300S-19A1200?HLB-12立式?离心混流泵4409000156.848584台数各2台，1用1备 3.6 污泥负荷、体积负荷校核 　　经校核污泥负荷FW、体积负荷FV分别为0。14 kgCOD去除/(kgVSS·d)、2.88 kgCOD去除/(m3·d)。普通活性污泥法中FW=0.1～0.4 kgCOD/(kgVSS·d)，FV=0.4～0.8 kgCOD/(m3·d)。显然，与之相比，MBR工艺的污泥负荷略低，而体积负荷则是普通活性污泥法的3～7倍。 3.7 运行成本分析 　　MBR工艺回用城市污水的运行成本主要由电费、药剂费、人工费等三部分组成。其中药剂费主要指膜组件化学清洗所消耗药剂的费用，在运行周期3～5周的情况下，该部分费用占运行成本的比例很小，且所用药剂可分别存放，经简单沉淀后可重复使用，因此药剂费可忽略不计。同时由于MBR工艺自动化程度高，设岗少，人工费也较少。所以，电费在运行成本的三个组成部分中是最主要的。本文在此仅就MBR工艺回用城市污水运行成本中的电费部分作一估计。? 　　根据3.5计算，可得总耗电功率为492.5 kW。? 　　回用城市污水的电耗为： 　　E=P/Q=492.5/208.3≈2.36kW·h/m3 　　按工业用电0.5 元/(kW·h)计算，MBR回用城市污水的运行成本约1.18 元/m3。目前北京市宾馆、写字楼等场所的自来水费为2.0 元/m3，超过用水指标的部分还要加倍收费。显然，MBR工艺的出水回用到宾馆、写字楼等处还是可行的。 3.8 固定投资分析 　　① 膜组件购置费用? 　　以膜通量F=0.15 m3/(m2·h)为例，相当于每m2的超滤膜组件处理能力为3.6 m3/d。国外每m2膜组件(包括压力表等附件)的售价约1.0～1.5万元人民币。因此，处理1.0 m3/d所需进口膜组件的购置费为2778～4167元人民币。? 　　若采用国产同类产品的超滤膜组件（包括压力表等附件），每m2膜组件的售价约0.4～0.6万元人民币，处理1.0 m3/d所需膜组件的购置费可以降至1111～1667元人民币。? 　　② 膜循环回路的双泵系统? 　　根据3.5选泵结果：选用300S-19A型单级双吸离心泵2台(包括配套电机)约需人民币4万；1200HLB-12型立式离心混流泵2台（包括配套电机）约需人民币110万元，合计共需人民币114万元。即处理1.0m3/d的泵系统购置费约228元人民币。? 　　③ 处理构筑物及附属设备从进水格栅到生物反应器单元的土建、管线、设备等固定投资费用计算，借鉴传统二级生物处理设计的经验：当设计规模为5000 m3/d时，处理1.0m3/d的固定投资约需1800～2000元人民币。? 　　综合以上三部分的费用，处理1.0 m3/d的城市污水采用进口膜组件固定投资为4 806～6 395元人民币，其中膜组件的购置费占57.6％～65.2％。若采用国产膜组件，处理1.0m3/d的城市污水只需固定投资约3139～3895元人民币，其中膜组件的购置费占35.4％～42.8％，此已和采用生物接触氧化法为主处理单元的中水回用工艺的固定投资(处理1.0m3/d约3500元)相当，但MBR工艺的出水水质要明显优于生物接触氧化法。 4 结论 　　① 根据近三年的中试运行结果提出的MBR工艺放大设计基本原则、方法和步骤可成功地应用于以某居民小区城市污水回用为例的MBR工艺设计计算。? 　　② MBR工艺处理城市污水的运行能耗约2.36 kW·h/m3。处理规模1.0 m3/d的固定投资(采用国产膜组件)和采用生物接触氧化法为主处理单元的中水回用工艺的固定投资大致相当，但前者的出水水质要明显优于后者。

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