一、膜生物反应器简介

膜生物反应器（Membrane Bioreactor ）

，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。是一种由膜过滤取代传统生化处理技术中二次沉淀池和砂滤池的水处理技术。与传统的污水处理生物处理技术相比，MBR具有以下主要特点：

1. 出水水质好

由于膜的高效截留，出水中悬浮固体的浓度基本为零；对游离菌体和一些难降解的大分子颗粒状物质的截留作用，使得生化反应器中的活性污泥浓度可比传统工艺高出2~6倍左右,；膜出水不受生物反应器中污泥膨胀等因素的影响。因此，MBR的出水质量高，可满足回用水水质的要求。

2. 剩余污泥量少

对于传统的活性污泥法，过长的污泥龄将会导致出水中悬浮固体的增加，MBR中由于膜的截留作用使得长污泥龄运行并不影响出水水质。剩余污泥量的减少，可以降低污泥处理费用，简化污水处理工艺操作，特别对于小型污水处理厂和分散的污水处理设施，其优越性更为突出。

3. 设备紧凑，占地少

由于生物反应器内污泥浓度高，容积负荷可大大提高，而且用膜组件代替了二沉池和过滤设备，因此，与常规生物处理工艺相比，膜生物反应器的占地面积可大为减少。

膜生物反应器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。

二、设计指南

2.1 原水条件

在膜生物反应器使用过程中，膜对大颗粒污染物有一定的截留作用，但是为了对膜形成有效保护，中空纤维膜应主要起到分离水和污泥的作用，而不是对污染物直接截留。和传统的活性污泥处理法一样，进水中的污染物通过活性菌的吸附、分解完成，膜组件主要起到代替常规二沉池的作用。

在处理水质比较复杂、污染物浓度高或活性菌难以降解的废水时需要对进水进行有效的生物降解，如水解酸化、厌氧等前处理，确保膜组件在使用过程中只起到泥水分离作用。通常事先需要进行小型运转试验进行确认。

2.1.1 中空纤维膜使用环境对油脂的要求

当水中含有油脂时，随过滤的进行，油脂成份会覆盖膜表面，从而有可能堵塞微细孔，因此原水***好不要含有过多的油脂，在N-HEX 值（正已烷提取物）超过50mg/L 的情况下要进行气浮除油，降到50mg/L 以下。

在含有矿物质油的情况下，有可能对膜产生更恶劣的影响，因此在有矿物质油存在时，N-HEX值应降到3mg/L 以下后方可使用膜组件。

2.1.2 中空纤维膜使用环境对消泡剂的要求

在MBR运转初期，污泥起泡时，需加入消泡剂。此时请使用高级乙醇系列消泡剂，硅油系列消泡剂不能使用。这是因为硅油系列消泡剂被吸附到膜表面时，会加快膜间压差的上升，而且硅油引起的压差上升，属不可逆的膜污染，无法恢复，所以严格杜绝使用硅油系列消泡剂。

2.1.3 钙镁离子

当原水中含有较高浓度的钙镁离子时（工业废水），应根据实际情况适当增大生化停留时间，并将反应器设置为推流式，膜池一般置于推流池的***末端，以尽量减少其在膜表面结垢。并且膜池内废水pH 应维持在偏酸性，以减缓结垢。

2.1.4 污泥浓度MLSS

适用范围4000-12000mg/L（max：12000mg/L）

根据膜分离活性污泥法，使用膜来进行固液分离，与通常的沉淀法不同MLSS（混合液污泥浓度） 能够保持高浓度，通常MLSS浓度在3000-12000mg/L 的范围内运转。当污泥浓度超过上限时膜的压差会急剧上升。当污泥浓度低于一定值时使生物处理时间加长，有机物去除时间相应变长，未反应的有机物吸附在膜表面造成污染。确认接种污泥的MLSS 浓度低于3000mg/L 时，在正常运转之前，可用以下的操作来提高浓度：

1. 膜的通量设定，要比正常运行低一些[4L/(m²·h)]；

2.持续空曝养泥一些日子，时间视现场情况而定；

3.驯养污泥时定期排出上清液。

2.1.5 生物处理

（1） 温度

污泥进行生物处理顺利与否是膜稳定运转的必要条件，用一般活性污泥法进行生物处理时，为达到良好的处理效果，生物曝气池内的水温***好保持在15-35℃以内；温度对膜通量有一定影响，所以为使膜能良好稳定的运行，也应该保持水温不低于15度。

（2） 活性污泥的状态

活性污泥的状态恶劣或者MLSS 的值偏离***佳值时（驯化污泥时等），未处理的有机物等在过滤时附着到膜表面，并加快膜的压差上升，妨碍稳定运转。此时，请把膜过滤通量设定得比通常低[如4L/(m²·h) 左右]，或停机驯养污泥或者排泥，整顿生化状态。

（3） 恢复运行

整顿生化状态后再启动膜过滤出水时，请事先确认活性污泥的生物处理是否恢复到了良好稳定运行状态。同时应按照标准过滤通量的设定值再次运转。

2.1.6 其它

MBR在运行中，跨膜压差的上升主要是由于溶解在原水中的未处理有机物被吸附到膜表面引起的，有时会妨碍稳定运转。

在处理前级使用絮凝剂时，末凝聚的絮凝剂(如PAM)有时同样会妨碍稳定运转，应注意不要让未凝聚的絮凝剂流入膜生物反应池中。

对于一般工业排水中的物质，通常事先需要进行充分的小型运转实验进行确认，研究膜分离活性污泥法是否合适。需要确认的事项主要如下所示：

1.处理原水时，膜的压差上升是否急剧；

2.用药液清洗后是否能恢复原来的通量；

3.压差恢复后，能否再次进行稳定运转。

2.2 预处理

预处理的目的是除去可能给膜带来损伤的大的固态物，尤其是生活排水当中包含的大量细小纤维屑，毛发等微小纤维状物质和油脂类物质，通常在供给原水处设置一开孔小于1mm 以下（建议0.5mm）回转式机械格栅。

MBR污水处理工程进水应设置格栅，进入膜池前应设置超细格栅，城镇污水预处理还应设沉砂池。

进水中含有毛发、织物纤维较多时，应设置毛发收集器或超细格栅。

进水中动植物油含量大于50mg/L，矿物油大于3mg/L时，应设置除油装置。

进水的BOD₅/COD小于0.3时，宜采用水解酸化等预处理措施。

进水进入膜反应池之前，须去除尖锐颗粒等硬物。

进水的BOD₅ 含量大于1500mg/L 时，MBR 系统宜设置厌氧池或缺氧池。

根据原水的特性，有时需要进行中和处理和凝聚沉淀分离处理等的预处理，详细情况请咨询本公司有关人员。

2.3 MBR 生物反应池设计

2.3.1 膜池

反应池容量：按停留时间和BOD容积负荷分别计算，取***大值。一般处理生活污水时，停留时间5小时以上，BOD容积负荷：1kg/(m³·d) 。处理其他高浓度有机废水时，需经过实验确定各参数。 在要求脱氮、脱磷的工艺中，除了考虑BOD外，还要考虑脱氮、脱磷所需的停留时间。

在MBR膜的使用过程中可以将膜直接进入反应池中，但***好另建膜池，将膜组件置于膜池之中，这样便于清洗和维护。若膜组件直接放置在反应池中，则应该另设清洗池，且应该在反应池和膜池之间设立起吊装置。

当膜在运行过程中，应对膜组件安装处进行有效保护，避免利器、硬物、丝带等对膜丝有损伤的物品进入膜池。

2.3.2 回流系统

由于膜的抽吸产水导致膜组件附近的污泥浓度不断提高，为了使膜组件附近的污泥浓度能够保持稳定，应该设置回流系统。当回流系统停止工作时为对保护膜丝应该停止出水。

回流采用回流泵回流的方式，就是将膜池内的或反应池末端的混合液通过回流泵回流至前段生化池。当有多个膜池的时候，每个膜池独立设置一套手电动闸板阀来调节回流量，相互独立。MBR设备错流系统由循环泵、管道等组成。

为了保证不发生严重的膜污染情况，MBR设备采用了高回流的过滤方式，避免膜丝表面污染物沉积，回流流量由回流泵控制，控制系统的错流量为产水的300%以上。

回流系统的存在也在一定程度上提高了氨氮的去除率。

2.3.3排泥系统

由于微生物的生长和繁殖整个系统中的污泥浓度有可能整体的提高，当污泥浓度高于一定值的时候会对膜的使用造成一定影响，加速膜的污染。

配水渠内安装污泥浓度计，当污泥超过10000mg/L时，启动排泥泵进行排泥，将污泥输送至污泥储池或者污泥脱水系统进行处理。这样既有效保证整个MBR系统的污泥浓度，维持高的生化效果，也保证膜区的污泥不发生超负荷累计，减缓膜的污染速率，保证膜能够稳定工作。

2.4 膜组件的安装

2.4.1 松弛度

     膜组件在使用的过程中会吸附污泥，污泥的附着导致了膜通量的下降，若污泥长期附着则导致了纤维表面的重度污染，所以在使用过程中要求有曝气。在膜生物反应器使用过程中曝气一方面为活性污泥提供了溶解氧，供好氧菌呼吸，另一方面曝气产生的气泡对膜丝有冲洗作用，使膜丝表面的污泥不容易附着。

为了保证曝气有良好的冲刷作用，膜丝不应拉紧安装，而是应有一定的松弛程度，这样纤维中不会有夹泥的现象，而且在曝气的冲刷和曝气产生的抖动下会将污泥有效的吹脱。膜片在安装时应保持1cm-1.5cm的松弛程度。

2.4.2 膜片安装间距

     膜片在安装过程应该保持一定的距离，如果膜片于膜片之间的间距太小则膜丝摆动效果不好，不能形成有效的冲刷清洗，所以膜片与膜片之间应有一定的距离，在设计膜堆时应按照间距不小于7cm来设计。

2.5 膜装置的安装

2.5.1 旋回流

在膜分离活性污泥法中，利用生物处理所必需的供给微生物氧的曝气形成旋回流，同时进行膜清洗。在此过程中由曝气管中供给的空气均匀吹向纤维膜，使膜丝产生摆动，利用曝气形成的活性污泥流进行膜清洗