MBR水处理工艺

实习报告

在学期末的这次实习里，我们参加了建水讲座，给水讲座，排水讲座，施工讲座，并且参观了北京四方如钢混凝土制品有限公司、北京市第三水厂、学校锅炉房、清河再生水厂，其中给我印象最深刻的是清河再生水厂。

清河再生水厂位于北京市海淀区清河镇，占地面积40公顷，日处理规模为55万立方米，是国内规模最大的高品质再生水厂。主要处理来自西郊风景区、高校文教区、中关村科技园区、清河以及回龙观地区的污水。同时将污水经过深度处理使水质达到回用要求，向海淀区季朝阳部分区域提供城市绿化、住宅区冲厕用水等用途的市政杂用水，以及河湖水系定期补水换水，尤其是作为奥运公园水面的景观主体的补充水。2014年，清河再水处理厂正常生产运行365天，监测达标生产365天。年累计处理进水水量21145.362万吨，年全年日均处理水量为57.9万吨。年生产耗电量为9065.196万度。污水厂进水水质执行《污水排入城市下水道水质标准》一二期设计进水指标 CODCr≤400mg/L，BOD5≤200mg/L，SS≤250mg/L，NH3-N≤55 mg/L，TN≤40mg/L，TP≤8 mg/L；出水排放标准为CODCr≤60mg/L，BOD5≤20mg/L，SS≤20mg/L，NH3-N≤8mg/L；清河三期设计进水指标为CODCr≤550mg/L，BOD5≤300mg/L，SS≤380mg/L，NH3-N≤55 mg/L，TN≤65mg/L，TP≤8 mg/L；出水排放标准为CODCr≤30mg/L，BOD5≤6mg/L，NH3-N≤1.5mg/L，TN≤10mg/L, TP≤0.3mg/L。

清河再生水厂处理工艺较为复杂多样,分多期建设，40万吨污水处理工程分两期建设，一期工程设计规模20万m3/d，采用倒置A2/O工艺，于2002年9月通水运行，占地11.63公顷；二期工程设计规模20万m3/d，采用A2/O工艺,于2004年12月通水运行，占地7.65公顷。40万吨再生水处理工程分两期建设，一期工程采用清河厂的二级出水作为水源，规模8万m3/d，2006年10月份建成通水，采用超滤膜+臭氧工艺，占地面积2.86公顷；二期工程采用清河厂的二级出水作为水源，规模32万m3/d，2010年3月份开始动工，2013年5月建成通水，采用反硝化滤池+超滤膜+臭氧工艺，占地7.56公顷。清河MBR工程处理能力15万m3/d，2012年4月开始通水运行，采用膜生物反应器工艺，占地面积10公顷。

清河再生水厂采用MBR水处理工艺，MBR最先用于微生物发酵工业, 在污水处理领域中的应用研究始于60年代的美国。进入21世纪, 国内外对膜生物反应器的研究有了较大的进展,并逐渐进入中试和生产性应用研究阶段。MBR 工艺具有常规污水生化处理无法比拟的优势 ,因此在城市污水处理与回用、中水回用、生活污水以及高浓度工业废水等处理中得到了广泛的应用。MBR水处理工艺是将生物处理与膜分离技术相结合而成的一种高效污水处理新工艺。具有固液分离效果好、占地小、管理方便等优点，在国内外多方实践表明其处理效果远好于传统沉淀池工艺。

膜分离使污水中的大分子难降解成分在体积有限的生物反应器内有足够的停留时间,从而达到较高的去除效果。高生物量浓度使MBR工艺能以紧凑的系统获得较高的有机物去除率。膜生物反应器(MBR)有效克服了与污泥沉降性能有关的限制 ,并起到了取代二沉池的作用,同时还能达到澄清和除菌的目的。对于已建成的污水处理厂,若改用MBR工艺,在不增加反应器容积的情况下,可使处理水量大大提高。MBR工艺具有出水水质优、占地少、易于实现自动控制等许多常规工艺无法比拟的优势 ,其在污水处理与回用事业中所起的作用也越来越大 ,并

具有非常广阔的应用前景。

何为MBR工艺？

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），是一种由膜分离单元与生物处理单元相结合的新型水处理技术。采用的膜结构型主要为平板膜和中空纤维膜，按膜孔径可划分为超滤技术。

1.MBR工艺组成

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）。

（1）曝气膜

曝气膜--生物反应器（AMBR）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。

（2）萃取膜

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。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，有机污染物可以通过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。

（3）固液分离型膜

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0），从而基本解决了传统活性污泥法存在的许多突出问题。

2.MBR工艺类型

MBR工艺类型分为分置式、一体式、复合式三种

（1）分置式

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）。

（2）一体式

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，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。

（3）复合式

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。

3.MBR工艺优点

MBR起源是用膜分离技术取代活性污泥法中的二沉池，进行固液分离。 这种工艺不仅有效地达到了泥水分离的目的，而且具有污水三级处理传统工艺不可比拟的优点：

（1)高效地进行固液分离，其分离效果远好于传统的沉淀池，出水水质良好，出水悬浮物和浊度接近于零，可直接回用，实现了污水资源化。

(2)膜的高效截留作用，使微生物完全截留在生物反应器内，实现反应器水力停留时间（HRT）和污泥龄（SRT）的完全分离，运行控制灵活稳定。

(3)由于MBR将传统污水处理的曝气池与二沉池合二为一，并取代了三级处理的全部工艺设施，因此可大幅减少占地面积，节省土建投资。

(4)利于硝化细菌的截留和繁殖，系统硝化效率高。通过运行方式的改变亦可有脱氨和除磷功能。

(5)由于泥龄可以非常长，从而大大提高难降解有机物的降解效率。

(6)反应器在高容积负荷、低污泥负荷、长泥龄下运行，剩余污泥产量极低，由于泥龄可无限长，理论上可实现零污泥排放。

(7)系统实现PLC控制，操作管理方便。

4.MBR技术在国外污水处理中的研究及应用

膜分离技术在污水处理中的应用开始于20世纪60年代末#1969年美国的Smith等人首次将活性污泥法与超滤膜组件相结合用于处理城市污水的工艺研究，该工艺大胆地提出了用膜分离技术取代常规活性污泥法中的二沉池，利用膜具有高效截留的物理特性，使生物反应器内维持较高的污泥浓度，在F/M低比值下工作，这样就可以使有机物尽可能地得到氧化降

解，提高了反应器的去除效率，这就是MBR的最初雏形。

进入20世纪70年代，有关MBR的研究进一步深入开展#1970年，Hardt等人使用完全混合生物反应器与超滤膜组合工艺处理生活污水，获得了98%的COD去除率和100%去除细菌的结果。1971年，Bemberis等人在污水处理厂进行了MBR试验，取得了良好的试验结果。1978年，Bhattacharyya等人将超滤膜用于处理城市污水，获得了非饮用回用水。1978年，Grethlein利用厌氧消化池与膜分离进行了处理生活污水的研究，BOD和TN的去除率分别为90%和75%.

在这一时期，尽管各国学者对MBR工艺做了大量的研究工作，并获得了一定的研究成果，但是由于当时膜组件的种类很少，制膜工艺也不是十分成熟，膜的寿命通常很短，这就限制了MBR工艺长期稳定的运行，从而也就限制了MBR技术在实际工程中的推广应用。

进入20世纪80年代以后，随着材料科学的发展与制膜水平的提高，推动了膜生物反应器技术的向前发展，MBR工艺也随之得到迅速发展。日本研究者根据本国国土狭小！地价高的特点对MBR技术进行了大力开发和研究，并在MBR技术的研究和开发上走在了前列，使MBR技术开始走向实际应用。

20世纪90年代以后，MBR技术得到了最为迅猛的发展，人们对MBR在生活污水处理！工业废水处理！饮用水处理等方面的应用都进行了研究，MBR已经进入实际应用阶段，并得到了快速的推广。

20世纪的最后几年，人们围绕着膜生物反应器的关键问题进行了较多的研究，并取得了一些成果。有关膜生物反应器的研究从实验室小试！中试规模走向了生产性试验，应用MBR的中、小型污水处理厂也逐渐见诸报道。1998年初，欧洲第一座应用一体式膜生物反应器的生活污水处理厂在英国的Porlock建成运行，成为英国膜生物反应器技术的里程碑。本世纪初，人们对膜生物反应器的研究方兴未艾，使得该项技术正在逐渐趋于成熟。

5.MBR技术在国内污水处理中的研究及应用

我国对膜生物反应器的研究虽然起步较晚，但发展速度很快。1991年，芩运华对膜生物反应器的应用进行了综述，介绍了MBR在日本的研究状况，这是我国学者对膜生物反应器做的较早的报道。随后，江成璋等人进行了中空纤维超滤膜在生物技术中的应用研究。1995年，樊耀波将MBR用于石油化工污水净化的研究，研制出一套实验室规模的好氧分离式MBR。

从1995年以来，我国对膜生物反应器污水处理技术的研究工作开始全面展开，多家科研院所进行了此方面的研究，清华大学、哈尔滨工业大学、中国科学院生态环境研究中心、天津大学、同济大学等对膜生物反应器的运行特性、膜通量的影响因素、膜污染的防止与清洗等方面做了大量细致的研究工作。2000年，顾平采用国产中空纤维膜对生活污水做了中试规模的MBR研究，结果表明：MBR工艺出水悬浮物为零，细菌总数优于饮用水标准，COD和氨氮的去除率都高于95%，出水可直接回用。2001年，张立秋等对一体式MBR处理生活污水的主要设计参数HRT、SRT等进行了理论推导，为实际工程设计提供了参考，并对膜堵塞机理进行了深入研究探讨，提出了膜内部生物堵塞的存在。

虽然，我国在MBR技术的研究探讨方面取得了显著的成绩，但是同日本、英国、美国等国家相比，我国的研究试验水平还比较落后，由于国产膜组件的种类较少，膜质量较差，寿命通常较短，因此在实际应用中存在一定的问题。虽然在我国膜生物反应器用于处理生活污水已有应用，但到目前为止，设计完善、运行良好的应用膜生物反应器的生活污水处理厂还未见报道。

6.MBR膜推广面临的问题

历经多年的研发和努力，中国已经拥有了完全自主知识产权的MBR技术，它采用集成式、

集约化设计的理念，减排效果远超传统工艺。但同时，MBR技术的推广目前还面临几大难题亟待解决。

首先是膜材料问题，MBR要在污水系统下工作，对膜丝的要求是非常高的。MBR长时间在恶劣条件下工作，如何保证其使用寿命尤为关键。

其次是对污水预处理要求非常高，污水中的棉絮、毛发等许多创伤性污染物对膜会产生极大损伤。

第三是工艺路线，如何极致地发挥MBR脱氮除磷的功效，而不仅仅是过滤的作用。 第四是MBR没有国家统一的标准规范。

7.总结

MBR虽然具有高效固液分离效果和节流作用，占地小，管理方便等优点，但由于其膜组件寿命所以较不经济，严重影响其推广。急迫需求对膜组件进行完善，从而改善MBR目前的尴尬境地。

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