MBR膜组件的构造及其与生化反应器的组合方式

MBR膜组件的构造及其与生化反应器的组合方式   

上一节我们讲到了MBR膜组件的构造及其与生化反应器的组合方式，具体几种方式本节跟大家讲清楚。

    据MBR膜组件与生化反应器的组合方式,可将 MBR分为以下三种类型:分置式MBR,一体式MBR 和复合式MBR。

    (1)分置式MBR 分置式 MBR是指膜组件与生化反应器分开设置，相对立，膜组件与生化反应器通过泵与管路相连接。生化反应器内的混合液经工艺泵增压后进)膜组件，在压力作用下混合液中的水透过膜成为处理水，其余物质被膜截留并随浓缩液回

    分置式MBR 是最早研究的类型，其特点为:运行稳定可靠，操作管理容易，易于鹏到反应器内。清洗、更换及增设。为了减轻悬浮物在膜表面的沉积，需采取错流措施，但错流产生的过大剪切力会造成活性污泥的菌胶团解体，影响其生化处理效果。

    (2)一体式 MBR

    1989 年，日本学者 Yamamoto 等首先开发了一体式 MBR，又称为淹没式MBR，是将膜组件直接安置在生化反应器内部，依靠重力或水泵抽吸产生的负压或真空泵作为出水动力。曝气装置设在膜组件下方，除具有充氧功能外，上升的空气错流还产生强烈的混合搅拌作用，并在膜表面产生冲刷作用，减轻了膜的污染。

    与分置式 MBR 相比，一体式 MBR 具有工艺简单、能耗小、结构紧凑、体积小、运行费用低的优点，但一体式 MBR 在运行稳定性、操作管理和膜的清更换方面不及分置式。

    一体式 MBR 在城市污水处理厂具有较强的竞争力。

    (3) 复合式MBR

    复合式MBR是在一体式MBR基础上改造而成的，将膜组件置于生化反应器之中，通过重力或负压出水，同时在生化反应器中安装填料，形成复合式处理系统。由于填料上附着生长着大量微生物，能够保证系统具有较高的处理效果，提高系统的抗冲击负荷能力，同时可以降低反应器内悬浮固体浓度，减少膜污染，提高膜通量。

    拓展：根据MBR膜组件构型，常见的有以下五种类型。

    (1)平片式 (Plate and frame module) 膜组件由三部分组成:平片膜、膜片支撑材料、膜元件的膜板和起导流作用的组件框，部件以适当的方式组合堆叠在一起，构成平片膜组件。其最大特点是构造比较简单，而且可以单独更换膜片。平片膜制造过程中，通常采用纺织品、无纺布或多孔高分子材料作为膜的支撑材料，实验室一般用玻璃刮刀或不锈钢刮刀在玻璃板上制备，工业化生产都是用刮膜机连续生产。

    (2) 中空纤维式 (Hollow fiber module) 中空纤维膜是一种极细的空心膜管，外径800~1000um，内径400~600um。中空纤维膜组件是把多达几十万根或更多的中空纤维膜排列成束，装入耐压容器内而制成，纤维束的开口端用环氧树脂浇铸成管板。

    (3)管式 (多管) (Multi-tube module) 管式膜组件最早应用于 1961 年，其结构是把管状形式的膜置于几层耐压管的内侧，管状膜的直径为 6~24mm; 或者直接将膜刮制在支撑管内 (或管外)，再将一定数量的这种膜管以一定方式联成一体而成。它比毛细管式膜组件更为耐压。

    (4)毛细管式(Capillarytube) 是直径为05~1.5mm的大量毛细管膜组成，内层为分离层，原料液通过毛细管中心，透过液沿毛细管壁下降;为自支撑结构，成本较低，比管

    式膜装填密度更大，但承压能力较差;毛细管膜的内径很小时，容易堵塞。

    (5)卷式(Spiralwound module) 是由中间为多孔支撑材料，两边是膜的“双层结构装配组成的，然后将其按螺旋形式围绕透过液收集管卷绕。目前广泛用于超滤和气体分亲过程。

    上述五种类型的膜组件，只有前三种适用于 MBR，原因是这三种膜组件能促进湍流有助于透过液通过，并且相对容易清洗。

    目前，在 MBR 中平片膜和中空纤维膜应用最多。与各种膜组件相比，中空纤维膜组件装填密度较大，操作压力和跨膜压差大，膜成本低，膜丝易断裂，膜易堵塞，有曝气死区平片膜膜通量大，水力阻力和跨膜压差小，水力条件易控制，不易污染，清洗方便，填装密度较小。

    膜组件工作方式分为内压和外压两种，即根据流体透过膜的方向不同而进行的分类外压方式中，膜的外侧与壳体之间的空隙为原料液或浓缩液，膜的中心孔为透过液的通道即透过液的流动方向由膜外向膜内。外压式的特点是跨膜压差小，平片膜和中空纤维膜均为外压式膜。

    内压方式则正好相反，膜的中心孔为原料液或浓缩液，膜的外侧与壳体之间的空隙为透过液的通道，即透过液的流动方向由膜内向膜外。纳滤膜和反渗透膜为内压式膜。

    在水处理中应用的膜分离过程主要有微滤、超滤、纳滤、反渗透和电渗析等。

    (1)微滤 (MF) 微滤即微孔过滤，主要是筛分原理，是以压力差作为推动力的膜分离过程，能有效截留部分微细颗粒和超大分子物质。微滤技术广泛用于水处理过程，去除水中悬浮物、微小粒子和细菌，也用于酒、饮料中酵母和霉菌的去除、果汁的澄清过滤及各种滤液的澄清。

    (2)超滤 (UF) 超滤也是以压力差为推动力的膜分离过程，能有效地去除颗粒物质和大分子物质，如直径大于20nm的细菌、病毒和蛋白质等。

    超滤技术在近 30 年得到迅速的发展，被广泛应用于饮用水制备、食品工业、制药工业工业废水处理、金属加工涂料、生化产品加工、石油加工等领域。

    (3)纳滤(NF)纳滤是20世纪80年代末问世的分离技术，借助外界压力的推动，利用一种具有半透性能的膜实现处理液中某些组分选择性透过的分离技术。纳滤膜具有纳米级孔径，截留分子量介于反渗透膜和超滤膜之间，主要适用于将小分子物质从溶液中分离。纳滤的一个重要特点是膜的表面常带正或负电荷，可对多糖和氨基酸进行分离，还用于果汁的高浓度浓缩、抗生素的浓缩和纯化、农产品的综合利用等领域。

    (4)反渗透 (RO) 反渗透是近 20 年来发展起来的膜技术，其原理为:一块半透性膜的左右两边分别为水和水溶液，水趋向于向水溶液渗透，直至水溶液的液面比水面高出一定的高度，即水溶液一侧的压力比水一侧的压力高出一定的数值后，水的渗透才停止。其高出的压力称为渗透压。若在溶液一侧施加一个比渗透压还大的压力，渗透过程便逆转，即水从水溶液一侧向水一侧渗透，称为反渗透。利用反渗透的分离特性可以有效地除去水中的溶解盐、胶体、有机物、细菌等杂质，现已被广泛地用于水质除盐和污水处理等方面。

   (5) 电渗析 (ED) 利用离子交换和直流电场的作用，溶液中带电的溶质粒子 (如离子) 通过膜而迁移的电化学分离过程。电渗析用的是离子交换膜，这一膜分离过程主要用于含有中性组分的溶液的脱盐及脱酸。

    离子交换膜电渗析技术在我国早在 1958 年开始开发研究，起步早、发展快。电渗析技术曾在海水淡化、苦咸水脱盐、锅炉给水软化、初级纯水设备、生产工艺用水和工业废水处理方面发挥重要作用，遍及化工、电子、电力、轻工、纺织、医药、饮料和饮用水处理等许多领域。

    根据生化反应器中微生物生长需氧情况的不同分为好氧和厌氧两大类。好氧 MBR 一般用于生活污水的处理，使出水达到回用要求。厌氧 MBR 一般用于高浓度或难降解有机废水的处理，厌氧过程可初步降解难降解有机物，提高有机废水的可生化性，利于后续好氧处理，显著提高有机物去除率。