如何選擇MBR膜，MBR膜的作用是什么？

什么是MBR？

MBR又稱膜生物反應(yīng)器，是一種由活性污泥法與膜分離技術(shù)相結(jié)合的新型水處理技術(shù)。MBR膜目前主要分四種：中空纖維膜、平板膜、陶瓷膜、管式膜。

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中空纖維膜（又稱簾式膜）和平板膜一起稱為“有機(jī)膜”，主要材質(zhì)是PVDF（聚偏氟乙烯）這是現(xiàn)在市場(chǎng)上所有膜的主要材質(zhì)。但是現(xiàn)在又新出了一個(gè)PTFE（聚四氟乙烯）材質(zhì)的，據(jù)說(shuō)更優(yōu)于PVDF，拉膜的時(shí)候孔徑分布會(huì)更均勻，號(hào)稱“塑料王”。

陶瓷膜也是近些年新出來(lái)的，和有機(jī)平板膜一起稱為“平板膜”，陶瓷膜化學(xué)穩(wěn)定性非常好，能耐酸、耐堿、耐有機(jī)溶劑，耐高溫；孔徑分布窄、分離效率高等優(yōu)點(diǎn)。我接觸的陶瓷膜主要材質(zhì)是氧化鋁、氧化鈦，好像還有氧化硅。

有機(jī)管式膜作為膜元件的一種形式，適用于超濾、微濾、甚至是納濾等膜分離技術(shù)，其優(yōu)點(diǎn)是流道寬，料液在管內(nèi)湍流流動(dòng)，對(duì)料液的預(yù)處理精度要求低。管式膜易于清洗，除可用化學(xué)試劑清洗外，還可以用機(jī)械物理擦洗的方法。管式膜組件的壓力損失小，因此其流道長(zhǎng)（長(zhǎng)可串聯(lián)48米），過(guò)濾效率高。

平板膜就是一片板（一般是ABS）上面有導(dǎo)流道，雙面貼上襯布和PVDF材質(zhì)的膜片，經(jīng)過(guò)無(wú)縫焊接之后形成的一塊膜片。還有兩種膜片也稱之為平板膜，一是軟片膜，二是柔性膜。平板膜組件：常見的是由304不銹鋼焊成的架子，將膜片一片片插入其中進(jìn)行固定，裝上曝氣管件和集水管件等，稱為膜組件。目前常見的的10-250片之間可以整數(shù)形成組件，無(wú)論單片膜的大小。從理論上講，膜片破損，產(chǎn)水下降后，可以單片排查，單片更換，從而節(jié)省更換費(fèi)用。

膜組件如何選型？

根據(jù)水質(zhì)來(lái)進(jìn)行選擇膜通量，10-26L/m2h，舉例：生活污水可以選擇18-22L/m2h，電鍍、醫(yī)藥等廢水可以選擇12.5-15L/m2h來(lái)進(jìn)行計(jì)算。還要注意處理的水進(jìn)入膜池的成分，是否有大量的油、鈣鎂離子、以及可以和膜相融的有機(jī)溶劑等等。

膜池計(jì)算公式：

膜片數(shù)量n=Q÷N÷Ax1000

Q：日處理水量t/d
N：膜片的通量L/m2d（通量的選擇上面已經(jīng)提到了，換成天就可以了，盡量取zdi值）
A：每張膜片的有效面積（常見的有1.5，0.8平米,也會(huì)有2、1.6、1.0、0.9平米的）
因?yàn)檫x擇膜面積和建造的膜池有關(guān)系，所以要先確定膜池的深度，3-3.5米的有效水深可以選擇1.5平米的膜片，2.2-2.5米的有效水深可以選擇0.8-1.0米的膜片。一般土建池子考慮1.5，鋼箱體池子考慮0.8。

膜池的選擇，有效水深決定選擇的膜片大小，池長(zhǎng)決定放置的組件數(shù)量，池寬決定單個(gè)組件放置的膜片數(shù)量。

以1.5平米左右的平膜為例，長(zhǎng)度大概在1600-1800mm之間，寬度在470-550mm之間，厚度在5-7.5mm之間。大同小異。

以一個(gè)100t/d的生活污水為例計(jì)算膜片數(shù)量：

根據(jù)公式：n=100÷400÷0.8x1000=312.5（片）非整數(shù)，這時(shí)候就要取整。因?yàn)?00L/m2d已經(jīng)取了小值，這里就可以直接取值300片。100片一個(gè)組件需要3個(gè)組件，150片一個(gè)組件需要2個(gè)組件。根據(jù)膜池大小進(jìn)行選擇。

這兩種分別需要的膜池大小：

3個(gè)組件的：4*2.5*2.8m或者3.5*2.5*2.8m
2個(gè)組件的：3*3.2*2.8m
膜池的長(zhǎng)度是組件數(shù)+1米即可，這是保證組件的均勻放置。組件數(shù)多的情況下可以進(jìn)行壓縮，少則不行。要考慮安裝。

膜池的寬度，考慮組件的寬度放置后，曝氣系統(tǒng)和集水系統(tǒng)的走管，以及工人的安裝后期維護(hù)是否方便，要給出較寬裕的空間。常見的組件寬度按照每片膜11-14毫米進(jìn)行計(jì)算，兩端的架子各預(yù)留200毫米，集水和曝氣各預(yù)留350毫米的安裝部分。100片膜需要的寬度：100x14+400+700=2500毫米

膜組件如何清洗？

平板膜操作壓力0-35KPa，膜池的混合液在自吸泵（10分鐘為一個(gè)工作周期，抽8分鐘停2分鐘）的作用下，透過(guò)高分子材料制成的微孔濾膜，利用其均一孔徑，來(lái)截留水中的微粒、細(xì)菌等，使其不能通過(guò)濾膜而被去除，對(duì)生化反應(yīng)池內(nèi)的含泥污水進(jìn)行過(guò)濾，實(shí)現(xiàn)泥水分離。所以說(shuō)，平板膜起著過(guò)濾的作用：

1、膜截留了反應(yīng)池中的微生物，使池中的活性污泥濃度大增加（常見的濃度6000-12000mg/L左右），使降解污水的生化反應(yīng)進(jìn)行得更迅速更*；

2、由于膜的高過(guò)濾精度，保證了出水清澈透明，得到高質(zhì)量的產(chǎn)水。所以這里說(shuō)明一下膜不是的，它有孔徑，能通過(guò)孔徑的都過(guò)濾不了，不要把提標(biāo)的希望全部寄托于這個(gè)環(huán)節(jié)。過(guò)濾不了的就會(huì)在膜孔附近形成污堵，也就是我們說(shuō)的膜堵了，產(chǎn)水不足，通量達(dá)不到。

說(shuō)道堵膜，就要說(shuō)一下膜組件的清洗，清洗主要分為：在線清洗和離線清洗。

這里主要說(shuō)一下在線清洗，清洗一般使用在線化學(xué)清洗的方法，清洗周期視膜的污染情況而定，水質(zhì)好些的比如生活污水可能3、4個(gè)月清洗一次，水質(zhì)不好的比如垃圾滲濾液15天、20天就要清洗一次，具體是根據(jù)產(chǎn)水量和負(fù)壓來(lái)進(jìn)行判斷。溶液的配制，常見的清洗是先堿洗后視情況進(jìn)行酸洗，也會(huì)有先酸洗在堿洗的情況。

堿洗主要是次氯酸鈉和*的混合水溶液。酸洗常用草酸或者檸檬酸。鈣離子多的話，盡量不要用草酸。這個(gè)不同的廠家會(huì)給出相應(yīng)的參數(shù)，基本都是每片膜3-5L溶液，加起來(lái)計(jì)算需要多少就好了。加藥分為重力自流或者加藥泵搭進(jìn)去。

清洗的簡(jiǎn)單操作：

膜運(yùn)行輕微污染時(shí)可采用在線清洗的方法，操作簡(jiǎn)單、費(fèi)用較低、效果明顯；一般行堿洗，再進(jìn)行酸洗，可采用重力自流或計(jì)量泵加藥。

堿洗：配制2000～5000mg/L次氯酸鈉和1000mg/L*混合水溶液，用高液位清洗水箱靜水壓灌入抽吸管路至膜元件，藥液用量3-5L/片，浸泡5小時(shí)以上。

酸洗：配制1000mg/L草酸（或檸檬酸）溶液，在線清洗，水量同上，浸泡3-5小時(shí)。

注意：以上藥劑都是按純度98%計(jì)算的，當(dāng)選擇的藥劑含有雜質(zhì)時(shí)，按相應(yīng)純度計(jì)算出相應(yīng)的藥劑量。采用藥液重力自流的方式把藥液通過(guò)膜抽吸管路上預(yù)留的加藥口注入到膜片內(nèi)清洗膜片的方式。

離線清洗又稱之為維護(hù)下清洗，一般一年或者在線清洗無(wú)法恢復(fù)膜通量的時(shí)候進(jìn)行離線清晰。設(shè)置一個(gè)離線清洗池或者膜池內(nèi)清洗，也就是整池加藥整體浸泡，通過(guò)曝氣沖刷來(lái)恢復(fù)通量。

MBR水處理技術(shù)

MBR工藝的組成與分類 

膜-生物反應(yīng)器主要由膜分離組件及生物反應(yīng)器兩部分組成。通常提到的膜 - 生物反應(yīng)器實(shí)際上是三類反應(yīng)器的總稱： ① 曝氣膜 - 生物反應(yīng)器 (Aeration Membrane Bioreactor, AMBR) ； ② 萃取膜 - 生物反應(yīng)器（ Extractive Membrane Bioreactor, EMBR ）； ③ 固液分離型膜 - 生物反應(yīng)器（ Solid/Liquid Separation Membrane Bioreactor, SLSMBR, 簡(jiǎn)稱 MBR ）。 

萃取膜-生物反應(yīng)器

萃取膜-生物反應(yīng)器又稱為 EMBR（ Extractive Membrane Bioreactor ）。因?yàn)楦咚釅A度或?qū)ι镉卸疚镔|(zhì)的存在，某些工業(yè)廢水不宜采用與微生物直接接觸的方法處理；當(dāng)廢水中含揮發(fā)性有毒物質(zhì)時(shí)，若采用傳統(tǒng)的好氧生物處理過(guò)程，污染物容易隨曝氣氣流揮發(fā)，發(fā)生氣tixianz象，不僅處理效果很不穩(wěn)定，還會(huì)造成大氣污染。為了解決這些技術(shù)難題，英國(guó)學(xué)者 Livingston 研究開發(fā)了EMB。

傳統(tǒng)活性污泥處理系統(tǒng)還容易出現(xiàn)污泥膨脹現(xiàn)象，出水中含有懸浮固體，出水水質(zhì)惡化。而污泥的沉降性取決于曝氣池的運(yùn)行狀況，改善污泥沉降性必須嚴(yán)格控制曝氣池的操作條件，這限制了該方法的適用范圍。由于二沉池固液分離的要求，曝氣池的污泥不能維持較高濃度，一般在1.5~3.5g/L 左右，從而限制了生化反應(yīng)速率。水力停留時(shí)間（HRT ）與污泥齡（SRT ）相互依賴，提高容積負(fù)荷與降低污泥負(fù)荷往往形成矛盾。系統(tǒng)在運(yùn)行過(guò)程中還產(chǎn)生了大量的剩余污泥，其處置費(fèi)用占污水處理廠運(yùn)行費(fèi)用的25% ～40% 。針對(duì)上述問(wèn)題，MBR 將分離工程中的膜分離技術(shù)與傳統(tǒng)廢水生物處理技術(shù)有機(jī)結(jié)合，大大提高了固液分離效率，并且由于曝氣池中活性污泥濃度的增大和污泥中*菌 ( 特別是優(yōu)勢(shì)菌群 ) 的出現(xiàn)，提高了生化反應(yīng)速率。同時(shí)，通過(guò)降低 F/M 比減少剩余污泥產(chǎn)生量（甚至為零），從而基本解決了傳統(tǒng)活性污泥法存在的許多突出問(wèn)題。

曝氣膜-生物反應(yīng)器

曝氣膜-生物反應(yīng)器zui早見于 Cote.P 等1988年報(bào)道，采用透氣性致密膜（如硅橡膠膜）或微孔膜（如疏水性聚合膜），以板式或中空纖維式組件，在保持氣體分壓低于泡點(diǎn)（ Bubble Point ）情況下，可實(shí)現(xiàn)向生物反應(yīng)器的無(wú)泡曝氣。該工藝的特點(diǎn)是提高了接觸時(shí)間和傳氧效率，有利于曝氣工藝的控制，不受傳統(tǒng)曝氣中氣泡大小和停留時(shí)間的因素的影響。 

分置式膜-生物反應(yīng)器

生物反應(yīng)器中的混合液經(jīng)循環(huán)泵增壓后打至膜組件的過(guò)濾端，在壓力作用下混合液中的液體透過(guò)膜，成為系統(tǒng)處理水；固形物、大分子物質(zhì)等則被膜截留，隨濃縮液回流到生物反應(yīng)器內(nèi)。

廢水與活性污泥被膜隔開來(lái)，廢水在膜內(nèi)流動(dòng)，而含某種專性細(xì)菌的活性污泥在膜外流動(dòng)，廢水與微生物不直接接觸，有機(jī)污染物可以選擇性透過(guò)膜被另一側(cè)的微生物降解。由于萃取膜兩側(cè)的生物反應(yīng)器單元和廢水循環(huán)單元是各自獨(dú)立，各單元水流相互影響不大，生物反應(yīng)器中營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)和微生物生存條件不受廢水水質(zhì)的影響，使水處理效果穩(wěn)定。系統(tǒng)的運(yùn)行條件如 HRT 和 SRT 可分別控制在*的范圍，維持zui大的污染物降解速率。 

復(fù)合式膜-生物反應(yīng)器 

復(fù)合式膜-生物反應(yīng)器在形式上也屬于一體式膜-生物反應(yīng)器，所不同的是在生物反應(yīng)器內(nèi)加裝填料，從而形成復(fù)合式膜-生物反應(yīng)器，改變了反應(yīng)器的某些性狀。

分置式膜-生物反應(yīng)器的特點(diǎn)是運(yùn)行穩(wěn)定可靠，易于膜的清洗、更換及增設(shè)；而且膜通量普遍較大。但一般條件下為減少污染物在膜表面的沉積，延長(zhǎng)膜的清洗周期，需要用循環(huán)泵提供較高的膜面錯(cuò)流流速，水流循環(huán)量大、動(dòng)力費(fèi)用高 (Yamamoto, 1989) ，并且泵的高速旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的剪切力會(huì)使某些微生物菌體產(chǎn)生失活現(xiàn)象 ( Brockmann and Seyfried,1997 ) 。 

一體式膜-生物反應(yīng)器 

進(jìn)水進(jìn)入膜-生物反應(yīng)器，其中的大部分污染物被混合液中的活性污泥去除，再在外壓作用下由膜過(guò)濾出水。這種形式的膜-生物反應(yīng)器由于省去了混合液循環(huán)系統(tǒng)，并且靠抽吸出水，能耗相對(duì)較低；占地較分置式更為緊湊，近年來(lái)在水處理領(lǐng)域受到了特別關(guān)注。但是一般膜通量相對(duì)較低，容易發(fā)生膜污染，膜污染后不容易清洗和更換。

MBR工藝的特點(diǎn)

與許多傳統(tǒng)的生物水處理工藝相比，MBR具有以下主要特點(diǎn)：

1、出水水質(zhì)穩(wěn)定

由于膜的高效分離作用，分離效果遠(yuǎn)好于傳統(tǒng)沉淀池，處理出水極其清澈，懸浮物和濁度接近于零，細(xì)菌和病毒被大幅去除，出水水質(zhì)優(yōu)于建設(shè)部頒發(fā)的生活雜用水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)（ CJ25.1-89），可以直接作為非飲用市政雜用水進(jìn)行回用。

2、占地面積小，不受設(shè)置場(chǎng)合限制

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(fù)荷高，占地面積大大節(jié)省； 該工藝流程簡(jiǎn)單、結(jié)構(gòu)緊湊、占地面積省，不受設(shè)置場(chǎng)所限制，適合于任何場(chǎng)合，可做成地面式、半地下式和地下式。

3、剩余污泥產(chǎn)量少 

該工藝可以在高容積負(fù)荷、低污泥負(fù)荷下運(yùn)行，剩余污泥產(chǎn)量低（理論上可以實(shí)現(xiàn)零污泥排放），降低了污泥處理費(fèi)用。

4、可去除氨氮及難降解有機(jī)物

由于微生物被*截流在生物反應(yīng)器內(nèi)，從而有利于增殖緩慢的微生物如硝化細(xì)菌的截留生長(zhǎng)，系統(tǒng)硝化效率得以提高。同時(shí)，可增長(zhǎng)一些難降解的有機(jī)物在系統(tǒng)中的水力停留時(shí)間，有利于難降解有機(jī)物降解效率的提高。

5、操作管理方便，易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制

該工藝實(shí)現(xiàn)了水力停留時(shí)間（ HRT ）與污泥停留時(shí)間（ SRT ）的*分離，運(yùn)行控制更加靈活穩(wěn)定，是污水處理中容易實(shí)現(xiàn)裝備化的新技術(shù)，可實(shí)現(xiàn)微機(jī)自動(dòng)控制，從而使操作管理更為方便。

6、易于從傳統(tǒng)工藝進(jìn)行改造

該工藝可以作為傳統(tǒng)污水處理工藝的深度處理單元，在城市二級(jí)污水處理廠出水深度處理（從而實(shí)現(xiàn)城市污水的大量回用）等領(lǐng)域有著廣闊的應(yīng)用前景。

7、膜-生物反應(yīng)器的不足

膜-生物反應(yīng)器也存在一些不足。主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

1、膜造價(jià)高，使膜 - 生物反應(yīng)器的基建投資高于傳統(tǒng)污水處理工藝；

2、膜污染容易出現(xiàn)，給操作管理帶來(lái)不便；

3、能耗高：首先MBR泥水分離過(guò)程必須保持一定的膜驅(qū)動(dòng)壓力，其次是MBR池中MLSS濃度非常高，要保持足夠的傳氧速率，必須加大曝氣強(qiáng)度，還有為了加大膜通量、減輕膜污染，必須增大流速，沖刷膜表面，造成MBR的能耗要比傳統(tǒng)的生物處理工藝高。

影響MBR應(yīng)用的關(guān)鍵因素研究 

由于膜通量的提高、膜壽命的延長(zhǎng)會(huì)大幅度降低MBR的運(yùn)行費(fèi)用，因此，在保證出水水質(zhì)的前提下，膜通量應(yīng)盡可能大，這樣可減少膜的使用面積，降低基建費(fèi)用與運(yùn)行費(fèi)用。因此控制膜污染，保持較高的膜通量，是MBR研究的重要內(nèi)容。而膜通量與膜材料、操作方式、水力條件等因素密切相關(guān)。

膜的選擇

現(xiàn)有膜可分為有機(jī)膜和無(wú)機(jī)膜兩種。

（1）高分子有機(jī)膜材料： 聚烯烴類、聚乙烯類、聚丙烯腈、聚砜類、芳香族聚酰胺、含氟聚合物等。

有機(jī)膜成本相對(duì)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，應(yīng)用廣泛，但運(yùn)行過(guò)程易污染、強(qiáng)度低、使用壽命短。

（2）無(wú)機(jī)膜 ：是固態(tài)膜的一種，是由無(wú)機(jī)材料，如金屬、金屬氧化物、陶瓷、多孔玻璃、沸石、無(wú)機(jī)高分子材料等制成的半透膜。

由于較高的投資成本限制了無(wú)機(jī)膜生物反應(yīng)器在我國(guó)的廣泛應(yīng)用，國(guó)內(nèi)MBR系統(tǒng)普遍采用有機(jī)膜。常用的膜材料為聚乙烯、聚丙烯等。分離式MBR通常采用超濾膜組件，截留分子量一般在2～30萬(wàn)。截留分子量越大，初始膜通量越大，但運(yùn)行膜通量未必越大。在該試驗(yàn)條件下，膜初始通量衰減主要是由于濃差極化引起，膜截留分子量愈小，通量衰減率愈大；膜運(yùn)行的通量衰減主要是由于膜污染引起，膜截留分子量愈大，通量衰減幅度愈大，化學(xué)清洗恢復(fù)率愈低。

目前在 MBR 中使用的無(wú)機(jī)膜多為陶瓷膜，優(yōu)點(diǎn)是：它可以在pH ＝ 0~14 、壓力 P<10MPa 、溫度 <350 ℃ 的環(huán)境中使用，其通量高、能耗相對(duì)較低，在高濃度工業(yè)廢水處理中具有很大競(jìng)爭(zhēng)力；缺點(diǎn)是：造價(jià)昂貴、不耐堿、彈性小、膜的加工制備有一定困難。

對(duì)于淹沒式MBR，既可用超濾膜，也可使用微濾膜。由于膜表面的凝膠層也起到了過(guò)濾作用，在處理生活污水時(shí)，微濾膜與超濾膜的出水水質(zhì)沒有明顯差別，因此淹沒式MBR多采用0.1～0.4 μm微濾膜。

為了便于工業(yè)化生產(chǎn)和安裝，提高膜的工作效率，在單位體積內(nèi)實(shí)現(xiàn)zui大的膜面積，通常將膜以某種形式組裝在一個(gè)基本單元設(shè)備內(nèi)，在一定的驅(qū)動(dòng)力下，完成混合液中各組分的分離，這類裝置稱為膜組件（ Module ）。工業(yè)上常用的膜組件形式有五種：板框式（ Plate and Frame Module ）、螺旋卷式 (Spiral Wound Module) 、圓管式 (Tubular Module) 、中空纖維式 (Hollow Fiber Module) 和毛細(xì)管式 (Capillary Module) 。前兩種使用平板膜，后三者使用管式膜。圓管式膜直徑 >10mm; 毛細(xì)管式－ 0.5~10.0mm ；中空纖維式 <0.5mm> 。

操作方式的優(yōu)化

當(dāng)膜材料選定后，其物化性質(zhì)也就基本確定了，操作方式就成為影響膜污染的主要因素。為了減緩膜污染，反沖洗是維持分離式MBR穩(wěn)定運(yùn)行的重要操作，使分離式MBR的膜通量達(dá)到60 L/(m2?h)。針對(duì)抽吸淹沒式MBR，山本提出間歇式抽吸方式可有效減緩膜污染。桂萍通過(guò)研究進(jìn)一步指出：縮短抽吸時(shí)間或延長(zhǎng)停吸時(shí)間和增加曝氣量均有利于減緩膜污染，抽吸時(shí)間對(duì)膜阻力的上升影響zui大，曝氣量其次。

不僅污泥濃度、混合液粘度等影響膜通量，混合液本身的過(guò)濾性能，如活性污泥性狀，生物相也影響膜通量的衰減。有研究表明：粉末活性炭與絮凝劑的加入有助于改善泥水分離性能，形成體積更大、粘性更小的污泥絮體，減少了膜堵塞的機(jī)會(huì)。但絮凝劑的過(guò)量加入會(huì)使污泥活性受到抑制，影響反應(yīng)器的處理能力和處理效果。