MBR 膜工艺（膜生物反应器）概述

核心原理

1. 生物降解：微生物在曝气池中降解有机物（BOD₅、COD）、氮（氨氮、总氮）、磷等污染物。

2. 膜分离：膜组件（孔径 0.02-1μm）截留微生物、悬浮物（SS）、胶体等，使出水浊度趋近于零，同时允许水分子和小分子物质通过。

3. 污泥龄控制：膜截留延长污泥龄（SRT 可达 20-100 天），促进世代周期长的硝化菌生长，强化脱氮效果。

MBR 膜工艺的分类

1. 分置式 MBR（外置式）

• 结构：膜组件独立于生物反应器，通过泵将混合液输送至膜池进行过滤。

• 特点：

• 膜组件易清洗、维护，适合高浓度废水（如工业废水）。

• 能耗较高（泵输送需能耗），膜通量较低（易污染）。

2. 浸没式 MBR（内置式）

• 结构：膜组件直接浸没在生物反应器中，通过抽吸泵负压抽吸出水。

• 特点：

• 能耗低（抽吸压力仅 0.01-0.05MPa），占地面积小。

• 膜污染控制要求高，需定期化学清洗（如在线清洗）。

• 主流形式：平板膜、中空纤维膜（应用最广）。

MBR 膜工艺的关键组成部件

1. 生物反应器：

• 容纳活性污泥，提供微生物降解污染物的场所，需曝气系统供氧。

2. 膜组件：

• 材质：聚偏氟乙烯（PVDF）、聚乙烯（PE）等，抗污染性强。

• 类型：中空纤维膜（帘式）、平板膜（板式），孔径 0.02-0.4μm。

3. 抽吸系统：

• 负压抽吸泵，控制膜通量（通常 10-25L/(m²・h)），避免膜过度污染。

4. 曝气系统：

• 穿孔管或曝气头，提供微生物需氧，同时通过气流冲刷膜表面，减缓膜污染。

5. 控制系统：

• 监测液位、膜压差（TMP）、抽吸压力等参数，自动启停清洗程序。

MBR 膜工艺的优势与局限性

优势

1. 出水水质优异：

• 出水 SS＜5mg/L，浊度＜1NTU，可直接回用或满足严苛排放标准（如地表水准 Ⅳ 类）。

• 对细菌、病毒截留率＞99%，适用于中水回用、饮用水预处理等场景。

2. 处理效率高：

• 污泥浓度高（MLSS 8000-15000mg/L），容积负荷大，同等处理量下池容仅为传统工艺的 1/3-1/2。

• 脱氮除磷效果显著，长污泥龄促进硝化反硝化，配合化学除磷可实现总磷＜0.5mg/L。

3. 占地面积小：

• 省去二沉池和深度处理构筑物，流程紧凑，适合用地紧张场景（如城市污水处理厂提标改造）。

4. 操作维护简便：

• 自动化程度高，可远程监控；膜组件寿命长（5-8 年），更换周期长。

局限性

1. 膜污染问题：

• 污泥浓度过高、微生物代谢产物（EPS）等易堵塞膜孔，需定期化学清洗（如次氯酸钠、柠檬酸），增加药剂成本。

2. 能耗与成本：

• 浸没式 MBR 能耗约 0.3-0.8kWh/m³，分置式更高（1-2kWh/m³）；膜组件投资占比约 30%-50%，初期成本较高。

3. 污泥处理压力大：

• 长污泥龄导致污泥产量低，但污泥黏度高，脱水难度大，需配合高效脱水设备（如板框压滤机）。

MBR 膜工艺的应用场景

MBR 膜工艺的流程与组合工艺

典型工艺流程

1. 预处理：

• 格栅（去除大颗粒杂质）→ 沉砂池（去除无机颗粒）→ 调节池（均质水质水量）。

2. 生物反应与膜分离：

• 曝气池（微生物降解污染物）→ 膜池（膜组件截留污泥，出水抽吸排放）。

3. 后处理（可选）：

• 消毒（紫外线、次氯酸钠）→ 回用或排放。

组合工艺示例

1. MBR + 厌氧 / 缺氧工艺（A²O-MBR）：

• 强化脱氮除磷，适用于市政污水深度处理。

2. MBR + 臭氧 / 活性炭（O₃-MBR/GAC-MBR）：

• 去除难降解有机物（如 CODcr、色度），适用于工业废水深度处理。

3. MBR + 化学除磷：

• 投加 PAC、PFS 等药剂，控制总磷＜0.3mg/L，满足一级 A 标准。

MBR 膜工艺的运行控制要点

1. 膜通量管理：

• 避免超过临界通量（通过小试确定），采用间歇抽吸（如运行 10 分钟，停 2 分钟）减少膜污染。

2. 膜清洗策略：

• 在线清洗：低浓度药剂（如 100-200ppm 次氯酸钠）短时浸泡，每周 1 次。

• 离线清洗：高浓度药剂（如 500-1000ppm 次氯酸钠）循环清洗，每 3-6 个月 1 次。

• 物理清洗：定期曝气冲刷（每日 1-2 次），去除膜表面松散污染物。

• 化学清洗：

3. 污泥浓度控制：

• 浸没式 MBR 最佳 MLSS 通常为 8000-12000mg/L，过高会增加膜负荷，过低影响处理效率。

4. 曝气强度：

• 曝气量需满足微生物需氧（DO 2-4mg/L）和膜表面冲刷（气水比 15:1-30:1）。

MBR 膜工艺的发展趋势

1. 低能耗膜组件：开发高通量、抗污染膜材料（如陶瓷膜、复合膜），降低抽吸压力。

2. 智能化控制：通过在线监测（如膜压差、污泥浓度）和 AI 算法，自动优化清洗周期和运行参数。

3. 污泥减量化：耦合厌氧消化、污泥水解等工艺，减少剩余污泥产量，降低处理成本。

4. 一体化设备：集成预处理、MBR、消毒于一体的集装箱式设备，适用于分散式污水处理（如农村污水、景区废水）。