◤ 一、MBR工艺简介
1.1 MBR含义及其工作原理
定义：
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。
传统活性污泥法流程
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 1.5~3.5g/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。
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。
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 | |
1.3 MBR工艺优越性
MBR的优势
1、高效的固液分离，出水水质优质稳定。
2、剩余污泥产量少。
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。
1.4 MBR工艺的不足
MBR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％。
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。
1.5 MBR发展历史
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。 |
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。 |
| 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 |
◤ 二、MBR工艺用膜、膜组件
2.1 MBR用膜介绍
| MBR用膜介绍 | |||
| 高 分 子 有 机 膜 材 料 | 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 。 | 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。 | 不足：运行过程易污染、强度低、使用寿命短 。 |
| 无 机 膜 | 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 。 | 优点（陶瓷膜为例）：耐酸 、抗压、抗温，其通量高、能耗相对较低 。 | 不足：造价昂贵、不耐碱、弹性小、膜的加工制备有一定困难 。 |
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。
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 μ m 膜孔径 。
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 。
2.2 MBR膜组件
| 各种膜组件特性表 | |||||
| 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） | 40~150 | 150~800 | 250~800 | 800~2500 | 400~1500 |
| 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 |
| 中空纤维膜组件和板式膜组件的比较 | |
| 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 160m²/m³ | 填充密度 80m²/m³ |
| 典型膜通量：15L/m²h | 典型膜通量：20L/m²h |
| 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。 |
2.3 三种常见的MBR膜组件
◤ 三、MBR系统设计
| MBR设计信息需求表 | |
| 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。 |
3.2 MBR工艺组成
3.3 MBR工艺路线选择
3.4 膜池的设计
3.5 膜元件的选择和安装
3.6 MBR产水系统
3.7 MBR曝气系统
3.8 MBR反洗系统
3.9 MBR加药系统
3.10 MBR自动控制系统
3.11 其他系统
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