MBR 工藝用膜
膜可以由很多種材料制備，可以是液相、固相甚至是氣相的。目前使用的分離膜絕大多數是固相膜。根據孔徑不同可分為：微濾膜、超濾膜、納濾膜和反滲透膜；根據材料不同，可分為無(wú)機膜和有機膜，無(wú)機膜主要是微濾級別膜。膜可以是均質(zhì)或非均質(zhì)的，可以是荷電的或電中性的。廣泛用于廢水處理的膜主要是由有機高分子材料制備的固相非對稱(chēng)膜。
一、 MBR 膜材質(zhì)
1、高分子有機膜材料： 聚烯烴類(lèi)、聚乙烯類(lèi)、聚丙烯腈、聚砜類(lèi)、芳香族聚酰胺、含氟聚合物等。
有機膜成本相對較低，造價(jià)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(guò)程易污染、強度低、使用壽命短。
2、無(wú)機膜 ：是固態(tài)膜的一種，是由無(wú)機材料，如金屬、金屬氧化物、陶瓷、多孔玻璃、沸石、無(wú)機高分子材料等制成的半透膜。
目前在 MBR 中使用的無(wú)機膜多為陶瓷膜，優(yōu)點(diǎn)是：它可以在 pH ＝ 0~14 、壓力 P<10MPa 、溫度 <350 ℃ 的環(huán)境中使用，其通量高、能耗相對較低，在高濃度工業(yè)廢水處理中具有很大競爭力；缺點(diǎn)是：造價(jià)昂貴、不耐堿、彈性小、膜的加工制備有一定困難。
二、 MBR 膜孔徑
MBR 工藝中用膜一般為微濾膜（ MF ）和超濾膜（ UF ），大都采用 0.1 ～ 0.4 μ m 膜孔徑，這對于固液分離型的膜反應器來(lái)說(shuō)已經(jīng)足夠。
微濾膜常用的聚合物材料有：聚碳酸酯、纖維素酯、聚偏二氟乙烯、聚砜、聚四氟乙烯、聚氯乙烯、聚醚酰亞胺、聚丙烯、聚醚醚酮、聚酰胺等。
超濾常用聚合物材料有：聚砜、聚醚砜、聚酰胺、聚丙烯腈（ PAN ）、聚偏氟乙烯、纖維素酯、聚醚醚酮、聚亞酰胺、聚醚酰胺等。
三、 MBR 膜組件
為了便于工業(yè)化生產(chǎn)和安裝，提高膜的工作效率，在單位體積內實(shí)現最大的膜面積，通常將膜以某種形式組裝在一個(gè)基本單元設備內，在一定的驅動(dòng)力下，完成混合液中各組分的分離，這類(lèi)裝置稱(chēng)為膜組件（ Module ）。
工業(yè)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> 。
MBR 工藝中常用的膜組件形式有：板框式、圓管式、中空纖維式。
板框式：
是 MBR 工藝最早應用的一種膜組件形式，外形類(lèi)似于普通的板框式壓濾機。優(yōu)點(diǎn)是：制造組裝簡(jiǎn)單，操作方便，易于維護、清洗、更換。缺點(diǎn)是：密封較復雜，壓力損失大，裝填密度小。
圓管式：
是由膜和膜的支撐體構成，有內壓型和外壓型兩種運行方式。實(shí)際中多采用內壓型，即進(jìn)水從管內流入，滲透液從管外流出。膜直徑在 6~24mm 之間。圓管式膜優(yōu)點(diǎn)是：料液可以控制湍流流動(dòng)，不易堵塞，易清洗，壓力損失小。缺點(diǎn)是：裝填密度小。
中空纖維式：
外徑一般為 40 ～ 250 μm ，內徑為 25 ～ 42μm 。優(yōu)點(diǎn)是：耐壓強度高，不易變形。在 MBR 中，常把組件直接放入反應器中，不需耐壓容器，構成浸沒(méi)式膜 - 生物反應器。一般為外壓式膜組件。優(yōu)點(diǎn)是：裝填密度高；造價(jià)相對較低；壽命較長(cháng)，可以采用物化性能穩定，透水率低的尼龍中空纖維膜；膜耐壓性能好，不需支撐材料。缺點(diǎn)是：對堵塞敏感，污染和濃差極化對膜的分離性能有很大影響。
MBR 膜組件設計的一般要求：
• 對膜提供足夠的機械支撐，流道通暢，沒(méi)有流動(dòng)死角和靜水區；
• 能耗較低，盡量減少濃差極化，提高分離效率，減輕膜污染；
• 盡可能高的裝填密度，安裝，清洗、更換方便；
• 具有足夠的機械強度、化學(xué)和熱穩定性。
膜組件的選用要綜合考慮其成本，裝填密度、應用場(chǎng)合、系統流程、膜污染及清洗、使用壽命等。
MBR 的應用領(lǐng)域
進(jìn)入 90 年代中后期，膜 - 生物反應器在國外已進(jìn)入了實(shí)際應用階段。加拿大 Zenon 公司首先推出了超濾管式膜 - 生物反應器，并將其應用于城市污水處理。為了節約能耗，該公司又開(kāi)發(fā)了浸入式中空纖維膜組件，其開(kāi)發(fā)出的膜 - 生物反應器已應用于美國、德國、法國和埃及等十多個(gè)地方，規模從 380m 3 /d 至 7600m 3 /d 。日本三菱人造絲公司也是世界上浸入式中空纖維膜的知名提供商，其在 MBR 的應用方面也積累了多年的經(jīng)驗，在日本以及其他國家建有多項實(shí)際 MBR 工程。日本 Kubota 公司是另一個(gè)在膜 - 生物反應器實(shí)際應用中具有競爭力的公司，它所生產(chǎn)的板式膜具有流通量大、耐污染和工藝簡(jiǎn)單等特點(diǎn)。國內一些研究者及企業(yè)也在 MBR 實(shí)用化方面進(jìn)行著(zhù)嘗試。同時(shí)可以查看中國污水處理工程網(wǎng)更多技術(shù)文檔。
現在，膜 - 生物反應器已應用于以下領(lǐng)域：
一、 城市污水處理及建筑中水回用
1967 年第一個(gè)采用 MBR 工藝的廢水處理廠(chǎng)由美國的 Dorr-Oliver 公司建成，這個(gè)處理廠(chǎng)處理 14m 3 /d 廢水。 1977 年，一套污水回用系統在日本的一幢高層建筑中得到實(shí)際應用。 1980 年，日本建成了兩座處理能力分別為 10m 3 /d 和 50m 3 /d 的 MBR 處理廠(chǎng)。 90 年代中期，日本就有 39 座這樣的廠(chǎng)在運行，最大處理能力可達 500m 3 /d ，并且有 100 多處的高樓采用 MBR 將污水處理后回用于中水道。 1997 年，英國 Wessex 公司在英國 Porlock 建立了當時(shí)世界上最大的 MBR 系統，日處理量達 2 ， 000 ｍ 3 ， 1999 年又在 Dorset 的 Swanage 建成了 13 ， 000m 3 /d 的 MBR 工廠(chǎng) [14] 。
1998 年 5 月，清華大學(xué)進(jìn)行的一體式膜 - 生物反應器中試系統通過(guò)了國家鑒定。 2000 年初，清華大學(xué)在北京市海淀鄉醫院建起了一套實(shí)用的 MBR 系統，用以處理醫院廢水，該工程于 2000 年 6 月建成并投入使用，目前運轉正常。 2000 年 9 月，天津大學(xué)楊造燕教授及其領(lǐng)導的科研小組在天津新技術(shù)產(chǎn)業(yè)園區普辰大廈建成了一個(gè) MBR 示范工程
二、. 工業(yè)廢水處理
90 年代以來(lái)， MBR 的處理對象不斷拓寬，除中水回用、糞便污水處理以外， MBR 在工業(yè)廢水處理中的應用也得到了廣泛關(guān)注，如處理食品工業(yè)廢水、水產(chǎn)加工廢水、養殖廢水、化妝品生產(chǎn)廢水、染料廢水、石油化工廢水，均獲得了良好的處理效果。 90 年代初，美國在 Ohio 建造了一套用于處理某汽車(chē)制造廠(chǎng)的工業(yè)廢水的 MBR 系統，處理規模為 151m 3 /d ，該系統的有機負荷達 6.3kgCOD/m 3 · d ， COD 去除率為 94% ，絕大部分的油與油脂被降解。在荷蘭，一脂肪提取加工廠(chǎng)采用傳統的氧化溝污水處理技術(shù)處理其生產(chǎn)廢水，由于生產(chǎn)規模的擴大，結果導致污泥膨脹，污泥難以分離，最后采用 Zenon 的膜組件代替沉淀池，運行效果良好。
三、. 微污染飲用水凈化
隨著(zhù)氮肥與殺蟲(chóng)劑在農業(yè)中的廣泛應用，飲用水也不同程度受到污染。 LyonnaisedesEaux 公司在 90 年代中期開(kāi)發(fā)出同時(shí)具有生物脫氮、吸附殺蟲(chóng)劑、去除濁度功能的 MBR 工藝， 1995 年該公司在法國的 Douchy 建成了日產(chǎn)飲用水 400m 3 的工廠(chǎng)。出水中氮濃度低于 0.1mgNO 2 /L ，殺蟲(chóng)劑濃度低于 0.02 μ g/L 。
四、. 糞便污水處理
糞便污水中有機物含量很高，傳統的反硝化處理方法要求有很高污泥濃度，固液分離不穩定，影響了三級處理效果。 MBR 的出現很好地解決了這一問(wèn)題，并且使糞便污水不經(jīng)稀釋而直接處理成為可能。
日本已開(kāi)發(fā)出被稱(chēng)之為 NS 系統的屎尿處理技術(shù)，最核心部分是平板膜裝置與好氧高濃度活性污泥生物反應器組合的系統。 NS 系統于 1985 年在日本琦玉縣越谷市建成，生產(chǎn)規模為 10kL/d ， 1989 年又先后在長(cháng)崎縣、熊本縣建成新的屎尿處理設施。 NS 系統中的平板膜每組約 0.4m 2 共幾十組并列安裝，做成能自動(dòng)打開(kāi)的框架裝置，并能自動(dòng)沖洗。膜材料為截流分子量 20000 的聚砜超濾膜。反應器內污泥濃度保持在 15000~18000mg/L 范圍內。到 1994 年，日本已有 1200 多套 MBR 系統用于處理 4000 多萬(wàn)人的糞便污水。
五、土地填埋場(chǎng) / 堆肥滲濾液處理
土地填埋場(chǎng) / 堆肥滲濾液含有高濃度的污染物，其水質(zhì)和水量隨氣候條件與操作運行條件的變化而變化。 MBR 技術(shù)在 1994 年前就被多家污水處理廠(chǎng)用于該種污水的處理。通過(guò) MBR 與 RO 技術(shù)的結合，不僅能去除 SS 、有機物和氮，而且能有效去除鹽類(lèi)與重金屬。最近美國 Envirogen 公司開(kāi)發(fā)出一種 MBR 用于土地填埋場(chǎng)滲濾液的處理，并在新澤西建成一個(gè)日處理能力為 40 萬(wàn)加侖 ( 約 1500m 3 /d) 的裝置，在 2000 年底投入運行。該種 MBR 使用一種自然存在的混合菌來(lái)分解滲濾液中的烴和氯代化合物，其處理污染物的濃度為常規廢水處理裝置的 50 ～ 100 倍。能達到這一處理效果的原因是， MBR 能夠保留高效細菌并使細菌濃度達到 50 ， 000g/L 。在現場(chǎng)中試中，進(jìn)液 COD 為幾百至 40 ， 000mg/L ，污染物的去除率達 90% 以上。
MBR 發(fā)展前瞻
一、MBR 應用的重點(diǎn)領(lǐng)域和方向
•現有城市污水處理廠(chǎng)的更新升級，特別是出水水質(zhì)難以達標或處理流量劇增而占地面積無(wú)法擴大的水廠(chǎng)。
• 無(wú)排水管網(wǎng)系統的小區，如居民點(diǎn)、旅游度假區、風(fēng)景區等。
• 有污水回用需求的地區或場(chǎng)所，如賓館、洗車(chē)業(yè)、客機、流動(dòng)廁所等充分發(fā)揮 MBR 占地面積小、設備緊湊、自動(dòng)控制、靈活方便的特點(diǎn)。
• 高濃度、有毒、難降解工業(yè)廢水處理。如造紙、制糖、酒精、皮革、合成脂肪酸等行業(yè)，是一種普遍的點(diǎn)源污染。 MBR 可以對這些常規處理工藝無(wú)法達標的廢水進(jìn)行有效的處理，并實(shí)現回用。
• 垃圾填埋廠(chǎng)滲濾液的處理及回用。
• 小規模污水廠(chǎng)（站）的應用。膜技術(shù)的特點(diǎn)十分適合處理小規模污水。
二、MBR 未來(lái)的研究重點(diǎn)如下
• 膜污染的機理及防治。
• MBR 工藝流程形式及運行條件的優(yōu)化。
• MBR 污泥產(chǎn)率與運行條件的關(guān)系，以合理減少污泥產(chǎn)量，降低污泥處理費用。
• MBR 生物反應器內微生物的代謝特性及其對出水水質(zhì)、污泥活性等的影響，從而確定適宜的微生物生長(cháng)及代謝條件。
• MBR 工藝經(jīng)濟性研究。在目前國內經(jīng)濟發(fā)展水平、膜產(chǎn)品供應狀況和規范設計要求的條件下， MBR 用于污水處理的最大經(jīng)濟流量的確定。
• 以節能、處理特殊水質(zhì)對象、兼具脫氮除磷、操作維護簡(jiǎn)便、可以長(cháng)期穩定運行等為目標，開(kāi)發(fā)新型的膜 生物反應器。來(lái)源：谷騰水網(wǎng)
