如何選擇MBR膜，MBR膜的作用是什么？

什么是MBR？

MBR又稱膜生物反應器，是一種由活性污泥法與膜分離技術相結合的新型水處理技術。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“有機膜”，主要材質是PVDF（聚偏氟乙烯）這是現在市場上所有膜的主要材質。但是現在又新出了一個PTFE（聚四氟乙烯）材質的，據說更優于PVDF，拉膜的時候孔徑分布會更均勻，號稱“塑料王”。

陶瓷膜也是近些年新出來的，和有機平板膜一起稱為“平板膜”，陶瓷膜化學穩定性非常好，能耐酸、耐堿、耐有機溶劑，耐高溫；孔徑分布窄、分離效率高等優點。我接觸的陶瓷膜主要材質是氧化鋁、氧化鈦，好像還有氧化硅。

有機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，其優點是流道寬，料液在管內湍流流動，對料液的預處理精度要求低。管式膜易于清洗，除可用化學試劑清洗外，還可以用機械物理擦洗的方法。管式膜組件的壓力損失小，因此其流道長（長可串聯48米），過濾效率高。

平板膜就是一片板（一般是ABS）上面有導流道，雙面貼上襯布和PVDF材質的膜片，經過無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片之間可以整數形成組件，無論單片膜的大小。從理論上講，膜片破損，產水下降后，可以單片排查，單片更換，從而節省更換費用。

膜組件如何選型？

根據水質來進行選擇膜通量，10-26L/m2h，舉例：生活污水可以選擇18-22L/m2h，電鍍、醫藥等廢水可以選擇12.5-15L/m2h來進行計算。還要注意處理的水進入膜池的成分，是否有大量的油、鈣鎂離子、以及可以和膜相融的有機溶劑等等。

膜池計算公式：

膜片數量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,也會有2、1.6、1.0、0.9平米的）
因為選擇膜面積和建造的膜池有關系，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，池長決定放置的組件數量，池寬決定單個組件放置的膜片數量。

以1.5平米左右的平膜為例，長度大概在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100t/d的生活污水為例計算膜片數量：

根據公式：n=100÷400÷0.8x1000=312.5（片）非整數，這時候就要取整。因為400L/m2d已經取了小值，這里就可以直接取值300片。100片一個組件需要3個組件，150片一個組件需要2個組件。根據膜池大小進行選擇。

這兩種分別需要的膜池大?。?/strong>

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

膜池的寬度，考慮組件的寬度放置后，曝氣系統和集水系統的走管，以及工人的安裝后期維護是否方便，要給出較寬裕的空間。常見的組件寬度按照每片膜11-14毫米進行計算，兩端的架子各預留200毫米，集水和曝氣各預留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分鐘為一個工作周期，抽8分鐘停2分鐘）的作用下，透過高分子材料制成的微孔濾膜，利用其均一孔徑，來截留水中的微粒、細菌等，使其不能通過濾膜而被去除，對生化反應池內的含泥污水進行過濾，實現泥水分離。所以說，平板膜起著過濾的作用：

1、膜截留了反應池中的微生物，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進行得更迅速更*；

2、由于膜的高過濾精度，保證了出水清澈透明，得到高質量的產水。所以這里說明一下膜不是的，它有孔徑，能通過孔徑的都過濾不了，不要把提標的希望全部寄托于這個環節。過濾不了的就會在膜孔附近形成污堵，也就是我們說的膜堵了，產水不足，通量達不到。

說道堵膜，就要說一下膜組件的清洗，清洗主要分為：在線清洗和離線清洗。

這里主要說一下在線清洗，清洗一般使用在線化學清洗的方法，清洗周期視膜的污染情況而定，水質好些的比如生活污水可能3、4個月清洗一次，水質不好的比如垃圾滲濾液15天、20天就要清洗一次，具體是根據產水量和負壓來進行判斷。溶液的配制，常見的清洗是先堿洗后視情況進行酸洗，也會有先酸洗在堿洗的情況。

堿洗主要是次氯酸鈉和氫氧化鈉的混合水溶液。酸洗常用草酸或者檸檬酸。鈣離子多的話，盡量不要用草酸。這個不同的廠家會給出相應的參數，基本都是每片膜3-5L溶液，加起來計算需要多少就好了。加藥分為重力自流或者加藥泵搭進去。

清洗的簡單操作：

膜運行輕微污染時可采用在線清洗的方法，操作簡單、費用較低、效果明顯；一般行堿洗，再進行酸洗，可采用重力自流或計量泵加藥。

堿洗：配制2000～5000mg/L次氯酸鈉和1000mg/L氫氧化鈉混合水溶液，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。

注意：以上藥劑都是按純度98%計算的，當選擇的藥劑含有雜質時，按相應純度計算出相應的藥劑量。采用藥液重力自流的方式把藥液通過膜抽吸管路上預留的加藥口注入到膜片內清洗膜片的方式。

離線清洗又稱之為維護下清洗，一般一年或者在線清洗無法恢復膜通量的時候進行離線清晰。設置一個離線清洗池或者膜池內清洗，也就是整池加藥整體浸泡，通過曝氣沖刷來恢復通量。

MBR水處理技術

MBR工藝的組成與分類 

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

萃取膜-生物反應器

萃取膜-生物反應器又稱為 EMBR（ Extractive Membrane Bioreactor ）。因為高酸堿度或對生物有毒物質的存在，某些工業廢水不宜采用與微生物直接接觸的方法處理；當廢水中含揮發性有毒物質時，若采用傳統的好氧生物處理過程，污染物容易隨曝氣氣流揮發，發生氣tixianz象，不僅處理效果很不穩定，還會造成大氣污染。為了解決這些技術難題，英國學者 Livingston 研究開發了EMB。

傳統活性污泥處理系統還容易出現污泥膨脹現象，出水中含有懸浮固體，出水水質惡化。而污泥的沉降性取決于曝氣池的運行狀況，改善污泥沉降性必須嚴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速率。水力停留時間（HRT ）與污泥齡（SRT ）相互依賴，提高容積負荷與降低污泥負荷往往形成矛盾。系統在運行過程中還產生了大量的剩余污泥，其處置費用占污水處理廠運行費用的25% ～40% 。針對上述問題，MBR 將分離工程中的膜分離技術與傳統廢水生物處理技術有機結合，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 ( 特別是優勢菌群 ) 的出現，提高了生化反應速率。同時，通過降低 F/M 比減少剩余污泥產生量（甚至為零），從而基本解決了傳統活性污泥法存在的許多突出問題。

曝氣膜-生物反應器

曝氣膜-生物反應器zui早見于 Cote.P 等1988年報道，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（ Bubble Point ）情況下，可實現向生物反應器的無泡曝氣。該工藝的特點是提高了接觸時間和傳氧效率，有利于曝氣工藝的控制，不受傳統曝氣中氣泡大小和停留時間的因素的影響。 

分置式膜-生物反應器

生物反應器中的混合液經循環泵增壓后打至膜組件的過濾端，在壓力作用下混合液中的液體透過膜，成為系統處理水；固形物、大分子物質等則被膜截留，隨濃縮液回流到生物反應器內。

廢水與活性污泥被膜隔開來，廢水在膜內流動，而含某種專性細菌的活性污泥在膜外流動，廢水與微生物不直接接觸，有機污染物可以選擇性透過膜被另一側的微生物降解。由于萃取膜兩側的生物反應器單元和廢水循環單元是各自獨立，各單元水流相互影響不大，生物反應器中營養物質和微生物生存條件不受廢水水質的影響，使水處理效果穩定。系統的運行條件如 HRT 和 SRT 可分別控制在*的范圍，維持zui大的污染物降解速率。 

復合式膜-生物反應器 

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

分置式膜-生物反應器的特點是運行穩定可靠，易于膜的清洗、更換及增設；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，延長膜的清洗周期，需要用循環泵提供較高的膜面錯流流速，水流循環量大、動力費用高 (Yamamoto, 1989) ，并且泵的高速旋轉產生的剪切力會使某些微生物菌體產生失活現象 ( Brockmann and Seyfried,1997 ) 。 

一體式膜-生物反應器 

進水進入膜-生物反應器，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濾出水。這種形式的膜-生物反應器由于省去了混合液循環系統，并且靠抽吸出水，能耗相對較低；占地較分置式更為緊湊，近年來在水處理領域受到了特別關注。但是一般膜通量相對較低，容易發生膜污染，膜污染后不容易清洗和更換。

MBR工藝的特點

與許多傳統的生物水處理工藝相比，MBR具有以下主要特點：

1、出水水質優質穩定

由于膜的高效分離作用，分離效果遠好于傳統沉淀池，處理出水極其清澈，懸浮物和濁度接近于零，細菌和病毒被大幅去除，出水水質優于建設部頒發的生活雜用水水質標準（ CJ25.1-89），可以直接作為非飲用市政雜用水進行回用。

2、占地面積小，不受設置場合限制

生物反應器內能維持高濃度的微生物量，處理裝置容積負荷高，占地面積大大節??； 該工藝流程簡單、結構緊湊、占地面積省，不受設置場所限制，適合于任何場合，可做成地面式、半地下式和地下式。

3、剩余污泥產量少 

該工藝可以在高容積負荷、低污泥負荷下運行，剩余污泥產量低（理論上可以實現零污泥排放），降低了污泥處理費用。

4、可去除氨氮及難降解有機物

由于微生物被*截流在生物反應器內，從而有利于增殖緩慢的微生物如硝化細菌的截留生長，系統硝化效率得以提高。同時，可增長一些難降解的有機物在系統中的水力停留時間，有利于難降解有機物降解效率的提高。

5、操作管理方便，易于實現自動控制

該工藝實現了水力停留時間（ HRT ）與污泥停留時間（ SRT ）的*分離，運行控制更加靈活穩定，是污水處理中容易實現裝備化的新技術，可實現微機自動控制，從而使操作管理更為方便。

6、易于從傳統工藝進行改造

該工藝可以作為傳統污水處理工藝的深度處理單元，在城市二級污水處理廠出水深度處理（從而實現城市污水的大量回用）等領域有著廣闊的應用前景。

7、膜-生物反應器的不足

膜-生物反應器也存在一些不足。主要表現在以下幾個方面：

1、膜造價高，使膜 - 生物反應器的基建投資高于傳統污水處理工藝；

2、膜污染容易出現，給操作管理帶來不便；

3、能耗高：首先MBR泥水分離過程必須保持一定的膜驅動壓力，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的能耗要比傳統的生物處理工藝高。

影響MBR應用的關鍵因素研究 

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

膜的選擇

現有膜可分為有機膜和無機膜兩種。

（1）高分子有機膜材料： 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。

有機膜成本相對較低，造價便宜，膜的制造工藝較為成熟，膜孔徑和形式也較為多樣，應用廣泛，但運行過程易污染、強度低、使用壽命短。

（2）無機膜 ：是固態膜的一種，是由無機材料，如金屬、金屬氧化物、陶瓷、多孔玻璃、沸石、無機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機膜生物反應器在我國的廣泛應用，國內MBR系統普遍采用有機膜。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。截留分子量越大，初始膜通量越大，但運行膜通量未必越大。在該試驗條件下，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，化學清洗恢復率愈低。

目前在 MBR 中使用的無機膜多為陶瓷膜，優點是：它可以在pH ＝ 0~14 、壓力 P<10MPa 、溫度 <350 ℃ 的環境中使用，其通量高、能耗相對較低，在高濃度工業廢水處理中具有很大競爭力；缺點是：造價昂貴、不耐堿、彈性小、膜的加工制備有一定困難。

對于淹沒式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濾作用，在處理生活污水時，微濾膜與超濾膜的出水水質沒有明顯差別，因此淹沒式MBR多采用0.1～0.4 μm微濾膜。

為了便于工業化生產和安裝，提高膜的工作效率，在單位體積內實現zui大的膜面積，通常將膜以某種形式組裝在一個基本單元設備內，在一定的驅動力下，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; 毛細管式－ 0.5~10.0mm ；中空纖維式 <0.5mm> 。

操作方式的優化

當膜材料選定后，其物化性質也就基本確定了，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穩定運行的重要操作，使分離式MBR的膜通量達到60 L/(m2?h)。針對抽吸淹沒式MBR，山本提出間歇式抽吸方式可有效減緩膜污染。桂萍通過研究進一步指出：縮短抽吸時間或延長停吸時間和增加曝氣量均有利于減緩膜污染，抽吸時間對膜阻力的上升影響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，減少了膜堵塞的機會。但絮凝劑的過量加入會使污泥活性受到抑制，影響反應器的處理能力和處理效果。