MBR膜知识大汇总

　　我国人均水资源拥有量较少，不足世界平均水平的1/4。在我国600多个城市中，有300余座城市缺水，其中严重缺水城市有100余个，年缺水量近60亿m³，因此污水回用是缓解水危机的重要措施之一。在我国，MBR的研究进展十分迅速，研究结果显示：MBR对各种高浓度有机废水与难降解废水的COD、NH3-N、SS、浊度等都达到良好的去除效果。所以，我国将MBR同时应用于生活污水与工业废水处理。

　　下面通过对MBR 膜种类、MBR工艺组成、应用领域、发展前瞻等四个方面的汇总归纳，帮助大家更好了解MBR膜。

　　一、MBR 膜种类

　　1、MBR 膜材质

　　a、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。

　　B、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，优点如下：

　　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：造价昂贵、不耐碱、弹性小、膜的加工制备有一定困难。

　　2、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 μm 膜孔径，可以满足固液分离型的膜反应器要求。

　　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。

　　3、MBR 膜组件

　　为了便于工业化生产和安装，提高膜的工作效率，在单位体积内实现充分的膜面积，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。目前，工业上常用的膜组件形式有五种：

　　板框式(Plate and Frame Module)、圆管式 (TubularModule) 、中空纤维式 (Hollow Fiber Module) 。前一种使用平板膜，后两者使用管式膜。

　　圆管式膜直径>10mm;

　　毛细管式- 0.5~10.0mm ;

　　中空纤维式<0.5mm> 。

　　a、板框式：

　　板框式膜组件是 MBR 工艺初始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：制造组装简单，操作方便，易于维护、清洗、更换。

　　缺点：密封较复杂，压力损失大，装填密度小。

　　b、圆管式：

　　圆管式膜组件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：料液可以控制湍流流动，不易堵塞，易清洗，压力损失小。

　　缺点：装填密度小。

　　c、中空纤维式：

　　圆管式膜组件外径一般为 40 ～ 250 μm ，内径为 25 ～ 42μm 。

　　优点：

　　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：对堵塞敏感，污染和浓差化对膜的分离性能有很大影响。

　　4、MBR 膜组件设计的一般要求：

　　a、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;

　　b、能耗较低，尽量减少浓差化，提高分离效率，减轻膜污染;

　　c、尽可能高的装填密度，安装，清洗、更换方便;

　　d、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。

　　5、MBR膜优点分析

　　与传统生物水处理工艺相比，MBR膜具有以下主要优点：

　　a、出水水质良好稳定

　　膜的分离效果远好于传统沉淀池，出水清澈，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，能够稳定获得水质良好的出水。

　　b、剩余污泥产量少

　　该工艺可在高容积负荷、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。

　　c、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、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。

MBR膜

　　二、MBR膜的应用领域

　　进入90年代中后期，膜生物反应器(MBR)在国外已进入了实际应用阶段。现在，膜生物反应器(MBR)已应用于以下领域：

　　1、城市污水处理及建筑中水回用

　　1967年采用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14m3/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 10m3/d 和50m3/d的MBR处理厂。90年代中期，日本就有39座这样的厂在运行，处理能力可达500m3 /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。

　　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25t，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。

　　2、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151m3/d，该系统的有机负荷达6.3kgCOD/m3·d ，COD去除率为94%，绝大部分的油与油脂被降解。在荷兰，一座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，采用Zenon的膜组件代替沉淀池，运行效果良好。

　　3、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400m3的工厂。出水中氮浓度低于0.1mgNO2/L，杀虫剂浓度低于0.02μg/L 。

　　4、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，其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0.4m2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。

　　5、土地填埋场/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。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1500m3/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50000g/。在现场中试中，进液COD为几百至40000mg/L，污染物的去除率达90%以上。

　　MBR膜的发展前瞻：

　　1、应用的重点领域和方向

　　a、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。

　　b、无排水管网系统的小区，如居民点、旅游度假区、风景区等。

　　c、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。

　　d、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。

　　e、垃圾填埋厂渗滤液的处理及回用。

　　f、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。

　　膜生物反应器(MBR)系统以其干净、清澈与稳定的优异产水水质成为我国应用较多的污水处理与污水回用的新型工艺技术之一。在水环境标准日益严格的今天，MBR已显示出其巨大的发展潜力，它将成为未来替代传统废水处理技术的有力竞争者。