资源描述
Click to edit Master title style,Click to edit Master text styles,Second level,Third level,Fourth level,Fifth level,11/7/2009,#,单击此处,单击此处,MBR,工艺讲座,大纲,第一章,MBR,工艺简介,第二章,MBR,工艺用膜、膜组件,第三章,MBR,系统设计,第四章,MBR,案例介绍,第一章,.MBR,工艺简介,MBR,工艺分类,1.2,MBR,含义及其工作原理,1.1,MBR,工艺优越性,1.3,MBR,工艺的不足,1.4,MBR,发展历史,1.5,MBR,发展前瞻,1.6,第一章,.MBR,工艺简介,MBR,为膜生物反应器（,Membrane Bio-Reactor,）的简称,是一,种将膜分离技术与生物技术有机结合的新型水处理技术，它利用膜,分离设备将生化反应池中的活性污泥和大分子有机物截留住，省掉,二沉池。膜,-,生物反应器工艺通过膜的分离技术大大强化了生物反应,器的功能，使活性污泥浓度大大提高，其水力停留时间（,HRT,）,和污泥停留时间（,SRT,）可以分别控制。,1.1 MBR,含义及其工作原理,定义,第一章,.MBR,工艺简介,传统活性污 泥法流程,MBR,法流程,1.1 MBR,含义及其工作原理,第一章,.MBR,工艺简介,1.1 MBR,含义及其工作原理,在传统的污水生物处理技术中，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,1.53.5g/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。,第一章,.MBR,工艺简介,1.1 MBR,含义及其工作原理,MBR,工艺通过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，不仅省去了二沉池的建设，而且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。,第一章,.MBR,工艺简介,1.2 MBR,工艺分类,分类依据,种类,膜组件与生物反应器组合方式,分置式、一体式、（一体）复合式,膜组件,管式、板框式、中空纤维式等,膜材料,有机膜、无机膜,压力驱动形式,外压式、抽吸式,生物反应器,好氧、厌氧,曝气生物反应器、萃取膜生物反应器、膜分离生物反应器,第一章,.MBR,工艺简介,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。,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，再在负压作用下由膜过滤出水 。,分置式,一体式,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 。,1.2 MBR,工艺分类,第一章,.MBR,工艺简介,1,、高效的固液分离，出水水质优质稳定。,2,、剩余污泥产量少。,MBR,的优势,3,、占地面积小，无需二沉池，工艺设备集中。,4,、可去除氨氮及难降解有机物。,5,、,克服了传统活性污泥法易发生污泥膨胀的弊端。,6,、操作管理方便，易于实现自动控制。,1.3 MBR,工艺优越性,第一章,.MBR,工艺简介,1.4 MBR,工艺的不足,1,、投资大：膜组件的造价高，导致工程的投资,比常规处理方法增加约,30,50,。,MBR,的不足,2,、能耗高：泥水分离的膜驱动压力,;,高强度曝,气；为减轻膜污染需增大流速。,3,、膜污染清洗。,4,、膜的寿命及更换，导致运行成本高。膜组件,一般使用寿命在,5,年左右，到期需更换。,第一章,.MBR,工艺简介,1.5 MBR,发展历史,历史,第一阶段,(1966,年,1980,年,),1966,年，美国的,Dorr oliver,公司首先将,MBR,用于废水处理研究,1968,年，,Smith,等人在活性污泥法工艺中用超滤取代二次池。,20,世纪,70,年代，膜生物反应器工艺首次进入日本市场。,第二阶段,(1980,年,1995,年,),1989,年日本政府政府联合许多大公司共同投资研发。,90,年代,Kubota,公司研制了平板式浸没,MBR,。,在,80,年代末到,90,年代初，,Zenon,环境公司研制成功了两个注册产品。,Zenon,环境公司商业化的产品系统,ZenonGem,在,1982,年进入市场。,第三阶段,(1995,年至今,),20,世纪,90,年代中后期。越来越多的欧洲国家将,MBR,用于生活污水和工业废水的处理。,目前主要有四家大公司经营,MBR,，它们分别是加拿大,Zenon,公司，,13,本,Mitsubishi Rayon,公司，法国,Suez,LDE/IDI,公司和日本,Kubota,公司。,第一章,.MBR,工艺简介,1.6 MBR,发展前瞻,应用领域,1.,现有城市污水处理厂的更新升级 。,2.,无排水管网系统地区的污水处理，如居民点、旅游度假区、风景区等。,3.,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 。,4.,高浓度、有毒、难降解工业废水处理。如造纸、制糖、皮革等行业,5.,垃圾填埋厂渗滤液的处理及回用,6.,小规模污水厂（站）的应用。,第一章,.MBR,工艺简介,1.6 MBR,发展前瞻,研究重点,1,、膜污染的机理及防治 。,2,、,MBR,工艺流程形式及运行条件的优化,.,3,、,MBR,工艺经济性研究 。,4,、以节能、处理特殊水质对象开发新型的膜生物反应器 。,5,、成熟、系统,MBR,的工艺设计方法 。,6,、形形色色的生物反应器,MBR,膜组件,2.2,MBR,用膜介绍,2.1,常见,MBR,膜组件介绍,2.3,第二章,.MBR,工艺用膜、膜组件,不足：运行过程易污染、强度低、使用寿命短,优点：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,.,材质：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,高分子有机膜材料,2.1 MBR,用膜介绍,不足：造价昂贵、不耐碱、弹性小、膜的加工制备有一定困难,优点（陶瓷膜为例）：耐酸,、抗压、抗温，其通量高、能耗相对较低,材质：金属、金属氧化物、陶瓷、多孔玻璃、沸石、无机高分子材料等,无机膜,第二章,.MBR,工艺用膜、膜组件,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 m,膜孔径,第二章,.MBR,工艺用膜、膜组件,微滤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,(PS),、聚醚砜,(PES),、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,.,2.1 MBR,用膜介绍,目前,MBR,膜组件中使用量较大的只有聚偏二氟乙烯（,PVDF,）、聚乙烯（,PE,）和聚丙稀（,PP,）。其中聚偏二氟乙烯（,PVDF,）由于其优良的物理和化学性能（强度和耐腐蚀性）在国内和国外用量均最大。,第二章,.MBR,工艺用膜、膜组件,海绵状,支撑层,致密表皮层,PVDF(,聚偏氟乙烯,),材质中空纤维膜,，,PVDF,是一种氟化聚合物，具有,300,万,400,万的分子量，有很强的物理强度和化学稳定性,.,膜表面放大照片,膜横断面放大照片,2.1 MBR,用膜介绍,第二章,.MBR,工艺用膜、膜组件,2.1 MBR,用膜介绍,陶瓷膜,主要是,A12O3,，,Zr02,，,Ti02,和,Si02,等无机材料制备的多孔膜，其孔径为,0.1,50,m,。具有化学稳定性好，能耐酸、耐碱、耐有机溶剂,:,机械强度大，可反向冲洗,:,抗微生物能力强,:,耐高温,:,孔径分布窄，分离效率高等特点 。陶瓷膜与同类的有机高分子膜相比具有许多优点：它坚硬、承受力强、耐用、不易阻寨，对具有化学侵害性液体和高温清洁液有更强的抵抗能力，其主要缺点就是价格昂贵目，制造过程复杂。,2.2 MBR,膜组件,第二章,.MBR,工艺用膜、膜组件,中空纤维具有高压下不变形的强度，勿需支撑材料。把大量,(,多达几十万根,),中空纤维膜装入圆筒型耐压容器内。纤维束的开口端用环氧树脂铸成管板。 外径一般为,40,250 m,，内径为,25,42m,。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,：,装填密度高，一般可达,16000,30000 m2/m3,；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 ，不需要支撑材料。,缺点,：,对堵塞敏感，污染和浓差极化对膜的分离性能有很大影响,压力降较大；再生清洗困难；原料的前处理成本高。,2.2 MBR,膜组件,第二章,.MBR,工艺用膜、膜组件,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,：,优点是：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。,第二章,.MBR,工艺用膜、膜组件,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,624mm,之间。管状膜被放在一个多孔的不锈钢、陶瓷或塑料管内，每个膜器中膜管数目一般为,4,18,根。管状膜目前主要有烧结聚乙烯微孔滤膜、陶瓷膜、多孔石墨管等，价格较高，但耐污染且易清洗。尤其对高温介质适用。,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 ，一般低于,300m2/m3,。,2.2 MBR,膜组件,第二章,.MBR,工艺用膜、膜组件,主要部件为多孔支撑材料，两侧是膜，三边密封，开放边与一根多孔的中心产品水收集管密封连接，在膜袋外部的原水侧垫一层网眼型间隔材料，把膜袋隔网依次迭合，绕中心集水管紧密地卷起来，形成一个膜卷，装进圆柱形压力容器内，就制成了一个螺旋卷式膜组件。,优点,：,膜的装填密度高；膜支撑结构简单；浓差极化小；容易调整膜面流态。,缺点,：,中心管处易泄漏；膜与支撑材料的粘结处膜易破裂而泄漏；膜的安装和更换困难。,2.2 MBR,膜组件,第二章,.MBR,工艺用膜、膜组件,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,）,40150,150800,250800,8002500,4001500,充填密度,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,2.2 MBR,膜组件,各种膜组件特性表,第二章,.MBR,工艺用膜、膜组件,2.2 MBR,膜组件,中空纤维膜组件,板式膜组件,中空纤维膜膜丝柔性,可反冲洗,支撑板式平板膜,:,膜片为刚性,不可反冲洗,独立的清洗,独立的清洗,填充密度,160m/m,填充密度,80m/m,典型膜通量：,15L,/mh,典型膜通量：,20L,/mh,缠绕式纤维物质，污泥堵塞,卡在纤维间，无法通过反冲去除。,沟槽式,低填充密度，堆积在板间，始于板固定处，没有反冲洗,化学清洗。,化学及机械清洗。,中空纤维膜组件和板式膜组件的比较,第二章,.MBR,工艺用膜、膜组件,以,MitsubishiRayon(Japan),公司为代表，它具有膜面积大，易于安装，清洗方便等特点,2.3,三种常见的,MBR,膜组件,A.,中空纤维帘状浸入式膜组件,第二章,.MBR,工艺用膜、膜组件,以,GE,的,Zenon,公司为代表，它具有膜面积大，占地面积小等特点 。,2.3,三种常见的,MBR,膜组件,B.,中空纤维柱状浸入式膜组件,第二章,.MBR,工艺用膜、膜组件,以,Kubota,公司为代表，具有膜通量大，易于组装，清洗方便等特点。,2.3,三种常见的,MBR,膜组件,C.,平板型帘状浸入式膜组件,第三章,.MBR,系统设计,MBR,工艺组成,3.2,MBR,设计需求信息,3.1,MBR,工艺路线选择,3.3,膜池的设计,3.4,膜元件的选择与安装,3.5,MBR,产水系统,3.6,MBR,反洗系统,3.8,MBR,曝气系统,3.7,MBR,化学清洗系统,3.9,MBR,自动控制系统,3.10,其他系统,3.11,第三章,.MBR,系统设计,3.1 MBR,设计需求信息,废水水质,最少的水质条件包括：,BOD,、,COD,；,TSS,、,VSS,；,N,、,P,、,Alk,；,T,。,现场条件,包括：咨询报告、场地限制、特殊地貌；如果是改造项目，则还需要工厂平面图、池子和渠道的尺寸，运行历史数据等。,处理量和水力负荷,该信息对工艺配置和处理工艺的选择具有决定意义。,出水水质要求,或出水用途，该要求影响处理工艺流程的选择。,MBR,设计信息需求表,第三章,.MBR,系统设计,3.2 MBR,工艺组成,1,、预处理,细格栅，要求,2mm,，推荐,1mm,。圆孔和网格型,2,、,生化工艺部分,3,、,膜过滤部分,4,、剩余,污泥处理部分,。,以,ZW-MBR,为例,预处理,格栅,GE,要求，初沉池、沉砂池,设计方决定,生化工艺部分,由,GE,或设计方决定,膜过滤部分,膜工艺（或产品）由,GE,决定,剩余,污泥处理部分,污泥脱水,GE,决定是否加聚合物，消化处理机,设计方决定，污泥处置方式,设计方决定,设计职责,第三章,.MBR,系统设计,3.2 MBR,工艺组成,第三章,.MBR,系统设计,3.3 MBR,工艺路线选择,针对生活污水的,MBR,工艺流程,第三章,.MBR,系统设计,3.3 MBR,工艺路线选择,针对工业废水的,MBR,工艺流程,第三章,.MBR,系统设计,3.3 MBR,工艺路线选择,以氨氮去除为主的,MBR,工艺流程,第三章,.MBR,系统设计,3.4,膜池的设计,缺氧池设计,设计原则：氮容积负荷定位,0.2kg/,（,m3.d,）以下。,流入缺氧池水的含氮量：,Q2*C,氨氮,需要缺氧池容积为：,Q1*C,氨氮,/0.2,以上,膜池,设计,设计原则：,BOD,容积负荷在,2.0 kg-BOD/(m3.d),以下,设计缺氧池对进水,BOD,的去除率为,(20%,50%),，则流入膜生物反应池的,BOD,浓度为,CBOD(1-20%),；,需要的膜生物反应池的容积为,CBOD(1-20%)2,以上。,第三章,.MBR,系统设计,3.5,膜元件的选择和安装,选择核实的膜通量,确定所需要的膜面积,根据单支元件的膜面积确定膜元件的数量,MBR膜在运行过程中涉及反洗等操作，因此必须综合,考虑水的利用率以及元件的停歇时间,膜元件的选择,第三章,.MBR,系统设计,3.5,膜元件的选择和安装,膜元件的安装,以欧美,-FLEXELL,膜元件为例，,W1,不小于,100mm,，,W2,不小于,150mm,，,W3,不小于,150mm,，,W4,不小于,400mm,。,第三章,.MBR,系统设计,3.6 MBR,产水系统,产水系统可采用连续运行或间歇运行两种不同的运行方式；,对于微污染源水或MBR池MLSS浓度低的系统可连续产水,；,对于高MLSS的系统，可选用抽吸与停抽相结合的运行方式,。,第三章,.MBR,系统设计,3.7 MBR,曝气系统,需氧量,曝气系统主要为膜生物反应池的微生物生长代谢提供氧气，主要有三个方面：,1.,微生物氧化分解有机物的需氧量,2.,微生物自身细胞物质的氧化分解的需氧量,3.,对污水中氨氮进行氧化所需氧量。,10/30,曝气,通过改进采取循环曝气可以降低能耗。以前为,10S,开,10S,关现在,10S,开,30S,关，该曝气方式要求膜组件为偶数列。两列膜同时工作，可以降低,75%,能耗，在低流速和低污垢的情况下可降低,50%,能耗；该曝气方式降低了微生物的剪切力，提高了絮体结构及去除性。,单列膜；峰值情况；高结垢情况下不能采取,10/30,曝气。,第三章,.MBR,系统设计,3.8 MBR,反洗系统,结合有机物污染通过碱洗效果明显、盐结垢通过酸洗效果明显的原理，将化学加强反洗程序引入到,MBR,膜的运行过程中。通过类似于低强度的化学清洗的操作，将,MBR,膜的污染消除在刚形成的阶段，阻止膜污染得不到及时恢复形成协同恶化的效应。,第三章,.MBR,系统设计,3.8 MBR,反洗系统,加药种类,化学药剂,加药浓度,酸,盐酸、柠檬酸、草酸,控制,PH,在,2.53.5,之间,碱,氢氧化钠,0.02%0.05%,氧化剂,次氯酸钠,0.05%0.1%,第三章,.MBR,系统设计,3.9 MBR,加药系统,污染物,化学药剂,浓度,清洗时间,有机物,10%,次氯酸钠,10005000mg/L,12h,有机物,氢氧化钠,PH12,1h,无机物,盐酸,0.1mol/L,12h,化学清洗的频率和操作的条件与进水的水质有关。通常情况下运行,1,3,个月或在相同的运行条件下透过膜的压差比初期上升的,0.5bar,以上时就应该进行化学清洗。,第三章,.MBR,系统设计,3.10 MBR,自动控制系统,状态,运行,停机,步骤,序号,1,2,3,4,5,6,7,步序,运行,汽水反洗,停抽,加药,浸泡,冲洗,停机,泵,阀,状,况,表,抽吸泵,反洗水泵,加药泵,产水泵,反洗泵,进气阀,时间,1530min,3060min,28min,3060min,510min,6090s,1,、当不进行分散化学清洗时，程序运行按,1-2-7,或,1-2-3-7,。,2,、进行程序转换时所需考虑的缓冲时间应在实际编程时进行考虑。,第三章,.MBR,系统设计,3.11,其他系统,污泥回流系统,从膜生物反应池到缺氧池的硝化液循环量根据要求氨氮的去除率来决定。从膜生物反应池到缺氧池的循环比如果为,R,，硝化液循环量则为,RQ,，从缺氧池到膜生物反应池的混合液量则为,(R+1)Q.,氮磷营养药剂投加系统,微生物生产繁殖代谢所需要的营养比为,BOD:T-N:T-P,100:5:1,。,添加氮磷营养药剂以补充原水中氮磷不足部分的量。,有机营养药剂投加系统,使,BOD/N,成为,3,以上而添加不足部分的,BOD,，一般投加的有机营养物为甲醇。,碱度补充系统,若进水中碱度不能保证保证硝化的进行和氨氮的设计去除率，必须补充外加碱度。一般采用投加,Na2CO3,或,NaHCO3,。,1mg Na2CO3,相当于,0.94mgCaCO3,碱度；,1mg NaHCO3,相当于,1.19 mgCaCO3,碱度；,渗滤液处理应用项目,4.2,GE-MBR,中国项目,4.1,第四章,.MBR,案例介绍,4.1 GE-MBR,中国项目,第四章,.MBR,案例介绍,设计参数,运行周期,过滤：,1215min,；反冲洗：,1530s,一小时内产水,57min,，停机（冲洗）,3min,。,透膜压差,汽蚀余量,流量,小时峰值流量（,PHF,）、日平均流量（,ADF,）,余量要求,采取,N-1,设计。两种方法：增加膜组件列数，减少膜数量；增加膜面积，不增加膜组件列数。,预留空间,GE,设计时一般为,20%,曝气,10/30,曝气,膜池设计,膜丝必须浸没在液面,0.51m,以下,气水分离,MBR,不需要连续的气水分离，最好采用水射器,工程名称,日处理量（吨,/,天）,项目所处阶段,内蒙古金桥电厂,MBR,项目,30000,运行,无锡梅村市政污水,MBR,项目（改善太湖水质的要求）,30000,设计完成,长安福特污水回用项目（,2007,年，电镀废水）,1200,运行,惠氏（苏州）,MBR,污水处理回用,1800,设计阶段,中石油长庆石化炼油污水回用,4800,调试完毕,巨石玻纤污水,MBR,回用,4800,调试中,中国项目,4.1 GE-MBR,中国项目,第四章,.MBR,案例介绍,4.2,渗滤液处理应用项目,郑州市垃圾卫生填埋场,第四章,.MBR,案例介绍,4.2,渗滤液处理应用项目,郑州市垃圾卫生填埋场,郑州垃圾综合处理厂渗滤液处理工艺流程图,A,2,/O,池,渗滤液,回流,调节池,厌氧池,缺氧池,好氧池,MBR,池,出水,浓缩液回灌,震动纳滤,超滤,第四章,.MBR,案例介绍,4.2,渗滤液处理应用项目,郑州市垃圾卫生填埋场,第四章,.MBR,案例介绍,4.2,渗滤液处理应用项目,郑州市垃圾卫生填埋场,第四章,.MBR,案例介绍,内容总结,MBR工艺讲座。种将膜分离技术与生物技术有机结合的新型水处理技术，它利用膜。(1966 年1980年)。第二阶段(1980年 1995年)。在80年代末到90年代初，Zenon环境公司研制成功了两个注册产品。Zenon环境公司商业化的产品系统ZenonGem在1982年进入市场。目前MBR膜组件中使用量较大的只有聚偏二氟乙烯（PVDF）、聚乙烯（PE）和聚丙稀（PP）。其中聚偏二氟乙烯（PVDF）由于其优良的物理和化学性能（强度和耐腐蚀性）在国内和国外用量均最大。由膜和膜的支撑体构成，有内压型和外压型两种运行方式。中空纤维膜膜丝柔性, 可反冲洗。格栅GE要求，初沉池、沉砂池设计方决定。设计原则：BOD容积负荷在2.0 kg-BOD/(m3.d)以下。需要的膜生物反应池的容积为CBOD(1-20%)2以上。产水系统可采用连续运行或间歇运行两种不同的运行方式。添加氮磷营养药剂以补充原水中氮磷不足部分的量,
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