膜生物反应器（MBR）工艺设计及应用.ppt

膜生物反应器（MBR）工艺设计及应用,提纲,1、MBR工艺简介6、膜污染控制2、膜组件7、附属设施设计3、水量与水质8、膜工艺应用4、预处理9、升级改造工程应用注意5、生化处理,1、MBR工艺简介,膜-生物反应器（Membrane-Bioreactor，简称MBR）是把膜技术与污水处理中的生化反应结合起来的一门新兴技术，也称作膜分离活性污泥法。最早出现在20世纪70年代，目前在世界范围内得到广泛应用。膜生物反应器（MBR）用膜对生化反应池内的含泥污水进行过滤，实现泥水分离。,1、MBR工艺简介,一方面，膜截留了反应池中的微生物，使池中的活性污泥浓度大大增加，达到很高的水平，使降解污水的生化反应进行得更迅速更彻底。另一方面，由于膜的高过滤精度，保证了出水清澈透明，得到高质量的产水。,1、MBR工艺简介,不管被处理的污水类型如何，也不管采用何种商业化的MBR工艺，对于所有的好氧MBR工艺而言，都能获得非常高质量的出水水质。所有MBR的共同特点是：去除有机物与营养物质的速度快、效率高，固体物质完全去除，消毒特性优良，占地面积小。,1、MBR工艺简介,MBR将曝气、沉淀（澄清）和过滤合并为单一的处理过程,工艺原理,气泡,水分子及小分子物质,活性污泥流动方向,平板膜MBR膜分离出水,处理出水,曝气对膜面形成一定的冲刷，同时水泵的间歇式运行有效控制了膜污染,膜,污水中的溶解性有机物依靠生物反应器内微生物进行吸附降解氧化,有机氮则被转化成氨氮，进而被硝化菌的硝化作用去除,供氧,1、MBR工艺简介,1、MBR工艺简介,出水水质优质稳定膜的高效分离作用，分离效果远好于传统沉淀池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耐冲击负荷，能够稳定获得优质的出水水质设备紧凑，占地少生物反应器内污泥浓度提高了25倍，容积负荷可大大提高用膜组件代替了二沉池和过滤设备剩余污泥产量少可以在高容积负荷、低污泥负荷下运行，剩余污泥产量低,1、MBR工艺简介,去除氨氮及难降解有机物能力强微生物被完全截流在生物反应器内，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可增长一些难降解的有机物在系统中的水力停留时间操作管理方便，易于实现自动控制实现了HRT与SRT的完全分离，运行控制更加灵活稳定。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。,1、MBR工艺简介,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；膜使用寿命有限：3-5年使用寿命，平均每年更换20%的膜片。能耗高。原因：MBR泥水分离过程必须保持一定的膜驱动压力MBR池中MLSS浓度非常高，要保持足够的传氧速率，必须加大曝气强度为了加大膜通量、减轻膜污染，必须增大流速，冲刷膜表面,1、MBR工艺简介,出水水质要求高，排放标准要求高，如现有污水处理厂的升级改造市政污水处理厂、自来水厂有中水回用需求的地区或场所，如社区景观循环水、电厂的循环冷却水等高浓度、有毒、难降解工业废水的处理，如制药废水、化工废水、泥处置场的污泥水处理、垃圾填埋场渗滤液无排水管网系统地区的污水处理，如旅游风景区、高速公路服务区、度假区等工程用地紧张，如小区废水、宾馆废水、写字楼废水等,1、MBR工艺简介,按工艺形式分类膜生物反应器（MBR）由膜的使用状况不同分为内置式和外置式两种。内置式是将膜直接浸渍于生化反应池中，直接从膜元件中抽出净水，而外置式则是用泵将生物反应池的水通过膜组件进行错流过滤循环，得到洁净的透过水。内置式膜反应器由于操作压力低，使用的膜面积较大，而外置式膜生物反应器由于是在泵的压力下大流量循环错流过滤，膜的通量较大，使用的膜面积较小，但动力消耗较大。,1、MBR工艺简介,按工艺形式分类,外置式,内置式,1、MBR工艺简介及一般规定,按膜组件形式分类膜组件是MBR的核心部分，目前工程化应用中的膜构型主要是中空纤维膜组件和平板膜组件。膜组件好坏的评价标准要有比较大的比表面积，能在高污泥浓度的环境下避免膜表面产生过渡的淤积，又要能够长时间在曝气冲刷的环境下稳定工作。具有水力学条件易于控制、产水量大、抗污染能力强和清洗更换方便等特点，能够在更高污泥浓度条件下保持高通量稳定运行。设计一种膜，具有装填密度大、价格便宜等优点。,1、MBR工艺简介,2、膜组件,中空纤维膜,中空纤维,颗粒物,加固的结构,处理出水,真空(1to10psi),显微镜下的膜表面,中空纤维膜,2、膜组件,中空纤维膜,空气管,风机,渗透泵,膜箱,控制箱,出水管,中空纤维膜,2、膜组件,膜列,中空纤维膜,2、膜组器,中空纤维膜优缺点优点：填充密度大，造价低，适用于大型污水厂，不完全统计目前在国内有近40家1万吨规模以上的污水厂正在或即将应用MBR技术缺点：操作技术要求很高，管理复杂（7分钟一次反冲洗，1周一次化学清洗，半年一次体外清洗）。,中空纤维膜,2、膜组件,平板膜结构单片平板膜由滤板，膜垫，薄膜层，取水口组成滤板由外框架和内支撑组成膜垫是薄膜过滤层的物理支撑薄膜层均匀地附着在膜垫的表面取水口是最终处理后水的出口,平板膜,2、膜组件,平板膜组件结构组成由膜框架，膜支架（平板膜），散气框架，散气管，软管，集水管组成膜支架：就是上面介绍的平片膜膜框架：是用来支撑膜支架的散气框架：鼓风气泡的上升通道散气管软管和集水管每个膜框架的出水口与出水软管相连接，出水软管的水再汇集至集水管，最终流入集水池。,平板膜,2、膜组件,平板优缺点优点：平板膜抗污染性能强，只需要3-6个月在线化学清洗一次；平板膜寿命更长，可达5-10年；管理简便，无需反冲洗和体外清洗；目前世界上，68%的MBR采用的是平板膜组件；缺点填充密度小；运行能耗高，城镇污水高达0.8-1.2KWh/吨污水,平板膜,2、膜组件,平板膜安装演示,平板膜,3、水量与水质,设计流量：设计流量是确定污水处理厂设计最基本的问题，是污水厂处理系统设计、工艺设备选择的基础传统的生物处理工艺：污水处理厂规模Qd是指平均日污水流量，污水处理的生物处理系统多数也是按照设计。生物处理系统是利用微生物吸附、水解或氧化水中有机物的设施，具有很强的缓冲能力MBR工艺：膜分离系统替代了传统的二沉池，MBR系统的缓冲能力不仅取决于生物池的缓冲能力，还取决与膜分离系统的抗冲击负荷能力,3、设计水量与水质,MBR工艺：膜系统：通常情况下恒流量法设计，决定膜通量和膜数量的选择；污水处理厂的设计流量和运行流量一致和稳定；一般情况下：按照(1.21.3)Qd的水量考虑冲击负荷；如果出现长时间的污水量冲击负荷，对一定数量的膜而言，需以更大膜通量运行才能保证系统进、出水量的平衡；显然，这样高通量的运行势必会造成严重的膜污染，影响MBR系统的稳定运行。需采取一定的措施来分流超过设计流量的那部分峰值负荷，引向污水处理厂中的其他非MBR工艺的处理系列或其他市政污水处理厂。,3、设计水量与水质,进水水质：MBR处理工艺对水质波动、即进水污染物浓度的冲击负荷有很强的抗击能力，因为反应池中的微生物浓度很高。出水水质标准：国家一级A，景观回用，地表四类水体。,4、预处理,传统的生物处理工艺：粗（中）格栅、细格栅、沉砂池粗格栅：2550mm，设在进水泵前中格栅：1020mm，设在进水泵前细格栅：1.510mm，设在沉砂池前，常为510mm沉砂池：去除密度2.65/粒径0.2mm砂粒，平流、曝气、旋流初沉池：一级处理MBR工艺：传统预处理工艺+保护膜的预处理设施,4、预处理,MBR工艺保护膜的预处理设施：超细格栅（0.22mm）,4、预处理,传统的生物处理工艺：粗（中）格栅、细格栅、沉砂池超细格栅（0.22mm）主要去除：头发及纤维状物质,4、预处理,MBR超细格栅的发展认识头发及纤维状物质是膜缠绕污染形成的主要因子中空纤维膜对预处理要求比平板膜高Mesh（网格）与Hole（圆孔）使用效果优于Slit（垂直），但反冲洗要求较高MBR选用的超细格栅间隙越来越小，前处理的重要性越来越明显超细格栅的选择原则设在沉砂池之后选用Mesh或Hole状转鼓格栅，0.51.5mm超细格栅前的细格栅采用转鼓格栅，栅距46mm,4、预处理,工业废水MBR的预处理以上常规MBR预处理均适用于工业废水，根据不同的水质水量特点还可能需要：水质调整pH调整：啤酒废水可生化性调整：水解酸化（石化废水）特殊污染物的去除：影响膜的运行,5、生化处理,MBR工艺流程之“DC流程”“DC+N流程”,5、生化处理,MBR工艺流程之“DC+N+DN流程”,5、生化处理,MBR工艺流程之“DC+N+DN+DP流程”,5、生化处理,MBR工艺流程之“DC+N+DN+DP流程”VIP+MBRUCT+MBROD+MBRAAO+MBR适用于：有脱氮除磷要求市政工业废水,5、生化处理,工况点：城镇市政污水污泥浓度：812g/L微生物：内源衰减期,5、生化处理,MBR之动力学参数：城镇市政污水,5、生化处理,MBR之动力学参数：城镇市政污水,5、生化处理,MBR之动力学参数：城镇市政污水,5、生化处理,MBR之动力学参数：城镇市政污水,6、膜污染控制的工程对策,一、滤饼层(cakelayer)。主要是水透过膜时,被截留下来的部分活性污泥和胶体物质,没来得及送走就在滤压差和透过水流的作用下堆积在膜表面,形成膜污染。二、溶解性有机物。有机物的来源主要是微生物的代谢产物,它可在膜表面形成凝胶层,也可在膜内微孔表面被吸附而堵塞孔道,使膜通量下降。三、微生物污染。膜面和膜内的微孔中有微生物所需的营养物质,因而不可避免的会有大量微生物滋生。,6、膜污染控制的工程对策,6、膜污染控制的工程对策,浸没式MBR(ImmersedMBR),6、膜污染控制的工程对策,外置式MBR(Side-StreamMBR),6、膜污染控制的工程对策,膜污染的工程控制措施每个膜供应商都有独自的控制方法每个工程商都有独自的工程经验每个工程都有自己的特点，需要独自的控制方法,7、附属设施设计,传统污水处理的检测需求（也是MBR系统需要的）水位仪表水质仪表电气设备检测仪表活性污泥特征仪表膜系统的特殊检测要求膜工况：膜通量Flux、反洗流量等等膜出水：浊度、颗粒计数膜完整性：完整性检测温度仪表：水温,7、附属设施设计,MBR自控系统的选择MBR处理规模和系统的特点，确定系统的控制方式对于中小处理量的系统，一般采用就地控制对于较大处理量的系统，一般采用集散式监控系统为便于运行人员集中精力处理运行中的主要问题，可根据系统的复杂程度采取分级控制的方式即有关全局性的重要操作集中在控制室内进行具有独立性的辅助工艺系统或设备，则宜采用程序控制或就地操作，但要将其运行及事故状态传给中控室,7、附属设施设计,膜组器安装及维护用的起重机起重量：35t配置：电动、双轨、双速形式：龙门式、悬挂式、桥式污泥脱水设备MBR污泥：颗粒细，比表面积大：0.098m2/gMLVSS/MLSS:比传统活性污泥法低药剂选择：复合性高分子脱水设备选择：带式浓缩脱水压滤一体机/离心机,8、膜工艺的应用,北京北小河污水处理厂规模：年月投入运行，设计处理能力万，主要处理奥运村及北苑地区的生活污水工艺：原水先经过的细格栅后，由进水泵提升到曝气沉砂池，其出水经的细格栅过滤后进入生物反应池，生物反应池采用工艺，循环泵将生物池内的混合液提升至膜池进行固液分离，膜过滤出水经消毒后配送到再生水管网，处理系统设有化学除磷设施出水指标：满足城市污水再生利用城市杂用水水质（）中车辆冲洗回用水标准,8、膜工艺的应用,北京北小河污水处理厂工艺流程图,8、膜工艺的应用,北京北小河污水处理厂总体鸟瞰,8、膜工艺的应用,现场照片,MBR膜组件安装,MBR膜组件吊装,8、膜工艺的应用,现场照片,反渗透膜组件安装,鼓风机房,8、膜工艺的应用,合肥塘西河再生水厂规模：处理水量万工艺：合肥塘西河再生水厂采用倒置工艺处理城市生活污水；采用半地下全覆盖封闭式公园设计，尾水经景观湿地处理后排放。出水标准：出水水质按城镇污水处理厂污染物排放标准（）的一级标准和城市污水再生利用景观环境用水水质（）标准执行,8、膜工艺的应用,合肥塘西河再生水厂MBR系统参数,8、膜工艺的应用,合肥塘西河再生水厂MBR系统参数,8、膜工艺的应用,合肥塘西河再生水厂,8、膜工艺的应用,合肥塘西河再生水厂总体鸟瞰,8、膜工艺的应用,合肥塘西河再生水厂,进水泵房及粗格栅,超细格栅（1mm）,8、膜工艺的应用,合肥塘西河再生水厂,好氧池,MBR池,8、膜工艺的应用,合肥塘西河再生水厂,出水口,湿地,8、膜工艺的应用,日本和韩国：小型分散式污水处理中，MBR逐渐成为主流技术；欧洲：已经开始推广应用；北京：MBR用于新农村建设，截止2008年50吨以下的MBR共有380多套，执行一级A标准排放。,图北京某采用MBR技术的新农村示范点,8、膜工艺的应用,工艺流程,8、膜工艺的应用,污水处理原理调节池：用于调节水量水质；高峰期也无溢流。缺氧-好氧MBR：MBR中硝化菌不会流失，即使冬天出水氨氮也在1mg/L以下；TN指标夏天稳定在一级A标准，全年稳定达到一级B标准。化学除磷：利用化学法，加聚铁盐除磷，全年稳定。,8、膜工艺的应用,污水处理原理悬浮物由于膜的截留作用，出水清澈透明，浊度1NTU。大肠菌群膜的截留作用明显，出水中约3103个/L,优于一级B标准。除臭专利技术简便可靠，保证对环境无污染。占地面积小0.6-1.0平米/吨水，户均0.2-0.3平米。出水指标夏天稳定达到一级A标准；全年稳定达到一级B标准。,8、膜工艺的应用,常规工艺难以处理的餐饮类废水,包括鱼类、肉类加工废水，熟食加工废水，餐饮店废水等,含油量大，污染物浓度是常规污水的10倍以上，处理难度特别高,8、膜工艺的应用,餐饮废水难以处理污染物浓度特别高，COD达到30005000mg/L，峰值超过10000mg/L；含油量特别大，堵塞排水管道；传统的生物接触氧化工艺，油脂容易集聚在填料表面，使生物膜流失；以上海地区为例，很多餐饮类、超市类企业，没有污水处理设备或者设备不能正常运转餐饮废水远远超过纳管水质标准，既造成管道堵塞，又加重了污水处理设施的负担。,8、膜工艺的应用,餐饮废水处理工艺流程,8、膜工艺的应用,工程技术参数以70m3/d规模，处理超市生鲜污水的气浮平板膜-生物反应器工程为例；处理出水达到再生水回用标准，可以直接排放水体，也可回用做杂用水或景观用水；不用初沉池和二沉池，膜-生物反应器HRT仅9小时，为常规工艺的1/2;占地100平米;设备投资70万元；,8、膜工艺的应用,MBR出水指标,8、膜工艺的应用,MBR出水指标,进水MBR出水自来水,水样对比,某超市MBR近景图,8、膜工艺的应用,唐模日处理50吨污水处理案例唐模七天井位于黄山市，而黄山市为国际旅游城市，同时也为国家节水型城市，本工程的实施对探索安徽省农村污水、景区污水处理具有重要的意义本工程浸没式分离膜工艺处理后的水可以直接回用于七天井内部的道路广场冲洗用水、绿化灌溉用水。这不仅节省自来水用水量，节约环保，也是非常经济的(以每天50吨中水回用计算，节省了自来水的用量，徽州区的自来水水价为1.8元/吨（服务业），则每天可节约90元)。,8、膜工艺的应用,唐模日处理50吨污水处理案例沉砂池去除污水中大的颗粒状杂质，对后续的膜起到保护作用调节池主要用于调节水质水量，使系统能稳定运行缺氧池主要起到脱氮的作用，通过MBR反应池里面硝化液的回流和反硝化作用，去除污水中多余的氮在MBR池中进行泥水的分离，同时为了出水满足脱氮的要求，把硝化液回流到缺氧池；在MBR池末端投加除磷药剂，强化除磷效果，药剂投加量大大减少,8、膜工艺的应用,唐模日处理50吨污水处理案例,8、膜工艺的应用,唐模日处理50吨污水处理案例,8、膜工艺的应用,唐模日处理50吨污水处理案例,8、膜工艺的应用,唐模日处理50吨污水处理案例工艺占地面积最小安装尺寸为0.08亩(54m2)。本工程为地埋式设计，地面设置一个设备机电房，置放鼓风机，自吸泵等设备吨水处理费用1.8元/吨计污水处理设备总投资约为45万元,9、升级改造工程需注意的问题,升级改造分类已建污水处理厂提标改造已建污水处理厂扩容改造升级改造注意问题各功能段池容的重新分配：厌氧池、缺氧池、好氧池，需要考虑动力学参数改变引起的变化膜供应商的选择：各有特点，那种膜系统最适合，考虑工程特点。膜池：新建还是在原池中设置，尽可能取后者,9、升级改造工程需注意的问题,升级改造注意问题鼓风机的重新核算：考虑a系数改变带来的影响膜池设备间与膜池间的衔接：有利于膜的工作预处理设施及位置的选择：针对原水的特点自控系统与原来的衔接设备变化后，电力容量供应的重新分配，变压器负荷的变化膜组器的安装及维护吊车的选择：土建参与,9、升级改造工程需注意的问题,普曝池改造为MBR,9、升级改造工程需注意的问题,普曝池改造为MBR为防止MBR堵塞，需要在进水前增加1-3mm的细格栅。一般普曝池的水力停留时间为5-6小时，改造时需要将原普曝池分为缺氧池和曝气池，其中缺氧池的停留时间根据进水总氮的浓度可设定为1.5-3小时，普曝池剩余部分为曝气池。曝气池中有时需要少量增加曝气器的密度，缺氧池中需要增加潜水搅拌机。原来的二沉池改造为MBR池，可以利用原池，为节省用地，亦可重建。MBR池中安装膜反应器，增加膜曝气鼓风机，增加膜出水抽吸泵。MBR工艺的回流比一般为200300%，回流泵一般需要更换。其它辅助工作包括，增加电力供应能力，增加仪表，增加一套（或多套）膜清洗设备