全國服務(wù)熱線MBR國內(nèi)外技術(shù)比較及發(fā)展趨勢(shì)
20世紀(jì)60年代后期，Dorr-Oliver公司開發(fā)研制了第一個(gè)商用MBR，并將其應(yīng)用于船舶污水處理。在此期間，也陸續(xù)出現(xiàn)了一些與活性污泥工藝相結(jié)合的膜分離系統(tǒng)的小試研究報(bào)道。
20世紀(jì)80年代末到90年代初，MBR工藝的商業(yè)化進(jìn)程在各環(huán)保公司陸續(xù)展開。在美國，Thetford公司推出了另外一種分置式膜生物分離系統(tǒng)Cycle-Let工藝，用于污水回用。1980年澤能（Zenon）環(huán)境工程公司成立，并于90年代初期開發(fā)研制了Zeno-Gem iMBR工藝，1993年Zenon公司并購了Thetford。與此同時(shí)，在日本政府發(fā)起“水再生計(jì)劃”，促進(jìn)了農(nóng)業(yè)機(jī)械公司久保田（Kubota）平板式微濾膜組件iMBR技術(shù)的開發(fā)，隨后于1990年和1992年分別在Hiroshima和Sakai-Rinkai進(jìn)行了中試研究。
我國對(duì)MBR膜生物反應(yīng)器的研究雖然起步較晚，但發(fā)展速度很快。1991年，岑運(yùn)華對(duì)膜生物反應(yīng)器的應(yīng)用進(jìn)行了綜述，介紹了MBR在日本的研究狀況，這是我國學(xué)者對(duì)膜生物反應(yīng)器做的較早的報(bào)道。隨后，江成璋等人進(jìn)行了中空纖維膜在生物技術(shù)中的應(yīng)用研究。
從1985年以來，我國對(duì)膜生物反應(yīng)器污水處理技術(shù)的研究工作開始全面展開，多家科研院所進(jìn)行了此方面的研究，清華大學(xué)、哈爾濱工業(yè)大學(xué)、中國科學(xué)院生態(tài)環(huán)境研究中心、天津大學(xué)、同濟(jì)大學(xué)等對(duì)膜生物反應(yīng)器的運(yùn)行特性、膜通量的影響因素、膜污染的防止與清洗等方面做了大量細(xì)致的研究工作。
雖然我國在MBR技術(shù)的研究探討方面取得了顯著地成績，但是同日本、英國、美國等國家相比，我國的研究實(shí)驗(yàn)水平還比較落后，由于國產(chǎn)膜組件的種類較少，膜質(zhì)量較差，壽命通常較短，因此在應(yīng)用中存在一定得問題。
目前MBR技術(shù)主要應(yīng)用在城市污水處理及建筑中水回用、工業(yè)廢水處理、微污染飲用水凈化、糞便污水處理等領(lǐng)域。
根據(jù)實(shí)際應(yīng)用的需要，未來MBR技術(shù)的研究重點(diǎn)主要是：
1. MBR工藝流程形式及運(yùn)行條件的優(yōu)化；
2. MBR污泥產(chǎn)率與運(yùn)行條件的關(guān)系，以合理減少污泥產(chǎn)量，降低污泥處理費(fèi)用；
3. MBR生物反應(yīng)器內(nèi)微生物的代謝特性以及其對(duì)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及代謝條件；
4. MBR工藝經(jīng)濟(jì)性研究。在目前國內(nèi)經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平、膜產(chǎn)品供應(yīng)狀況和規(guī)范設(shè)計(jì)要求的條件下，MBR用于污水處理的最大經(jīng)濟(jì)流量的確定；
5. 以節(jié)能、處理特殊水質(zhì)對(duì)象、兼具脫氮除磷、操作維護(hù)簡(jiǎn)便、可以長期穩(wěn)定運(yùn)行等為目標(biāo)，開發(fā)新型的膜生物反應(yīng)器。
國外主要MBR技術(shù)
根據(jù)膜結(jié)構(gòu)的不同，目前用于污水處理中的商業(yè)化MBR污水處理技術(shù)可分為3種：平板式（FS）、中空纖維式（HF）和多管式（MT）。
1. 浸沒式FS技術(shù)
1.1 久保田
20世紀(jì)80年代末，日本久保田（Kubota）公司開發(fā)了久保田膜組件。1990年，第一個(gè)久寶田中試設(shè)施建成，不久即進(jìn)入商業(yè)化應(yīng)用階段。目前全球共建成2200余座久保田MBR，其中約有10%的工程位于歐洲。
最早的FS微濾膜型號(hào)為510，由一塊0.5mX1m的膜板組成，厚6mm，有效膜面積為0.8㎡，膜材料為親水性氯化聚乙烯膜，目前仍被廣泛使用。
2002年，雙層EK設(shè)計(jì)的引入使膜過濾效率大大提高。在該設(shè)計(jì)中，單位占地面積的有效膜面積加倍，所需擴(kuò)散室數(shù)量減半，且膜組件的成本大大降低，運(yùn)行費(fèi)用減少。截至2005年6月，全球共有40余座雙層膜裝置運(yùn)行或在建，總處理量超過250000m3/d。
單塊加長膜板的氣流路徑更長、膜面積更大，因此成為雙層膜組件的合理替代品，
1.2 琥珀技術(shù)
琥珀技術(shù)公司（Hubert Technology）的Huber真空旋轉(zhuǎn)膜產(chǎn)品與其他iMBR系統(tǒng)的不同之處在于其膜組件是可以活動(dòng)的，該組件以1-2r/min的頻率旋轉(zhuǎn)。旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的剪切力以及中央大氣泡曝氣產(chǎn)生的氣體對(duì)膜表面的沖刷作用可使組件任何部分都不聚集污泥，因此無需清洗。
1.3 工業(yè)技術(shù)研究院——基于無紡布的MBR
無紡布MBR是最近的研究成果，并未進(jìn)行商業(yè)化，但其基于以PP無紡布或無紡氈布為材料的低截留率FS膜組件，已達(dá)到一定的技術(shù)規(guī)模。臺(tái)灣工業(yè)技術(shù)研究院率先進(jìn)行了中試規(guī)模的NWF MBR試驗(yàn)。該研究采用由臺(tái)灣KNH有限責(zé)任公司提供的FS膜組件進(jìn)行，膜組件基于厚0.6mm、孔徑20μm的網(wǎng)狀物。與MF/UF膜組件相比，無紡布膜材料成本很低且十分堅(jiān)固耐用，但膜孔徑較大使得膜在短短幾天內(nèi)就會(huì)發(fā)生由有機(jī)物引起的嚴(yán)重膜孔內(nèi)部污染，導(dǎo)致透水率下降至很低。但在沒有消毒要求的情況下，無紡布膜材料的低價(jià)優(yōu)勢(shì)仍使其具有一定的競(jìng)爭(zhēng)力。
1.4 東麗工業(yè)公司
東麗工業(yè)公司是日本的膜制造商，已有25年的歷史，主要研究用于出水生產(chǎn)的RO膜。2004年該公司推出了自己的FS MBR MF膜產(chǎn)品，膜材料為PVDF，額定孔徑0.08μm，標(biāo)準(zhǔn)偏差0.03μm。TPS-50150型膜元件的尺寸為515mmX1608mm，膜面積為1.4㎡，厚13.5mm。截至2005年12月，全世界共有25座該類裝置運(yùn)行，除了3座處理能力較大外，其他均低于500m3/d。
2. 浸沒式HF技術(shù)
2.1 澤能環(huán)境
澤能環(huán)境（Zenon Environmental）是目前全球最大的MBR工藝技術(shù)公司，工程分布于45個(gè)國家，員工達(dá)1470人。1989年，該公司開發(fā)了首個(gè)HF膜組件——Mousic膜組件。繼Moustic試驗(yàn)之后，1991-1992年，Zenon公司又開發(fā)了一種加強(qiáng)型HF膜，其膜面積為145ft2，因此被命名為ZeeWeed 145。在是使用過程中，人們發(fā)現(xiàn)環(huán)繞在PVC框架上的纖維束容易導(dǎo)致固體物質(zhì)的堆積，且膜束頂部容易磨損。之后設(shè)計(jì)的ZW系列產(chǎn)品很大程度上解決了這些問題。1995年起，ZeeWeed膜組件開始用于飲用水和工業(yè)出水處理。根據(jù)早期使用連續(xù)曝氣的經(jīng)驗(yàn)，1998-1999年，對(duì)其曝氣裝置進(jìn)行了該改進(jìn)，即采用兩階段裝置進(jìn)行沖洗，防止曝氣裝置的堵塞。
1997年Zenon引入了用于污水處理的ZeeWeed 500a以及用于飲用水處理的ZeeWeed 500b膜組件。與ZeeWeed 150相比，新膜組件單位占地的膜面積大幅度增加，其中用于廢水處理的ZeeWeed 500a組件膜面積為500ft2，即46.5㎡，用于飲用水處理的ZeeWeed 500b膜面積為60.4㎡。膜材料的選擇性也更高，公稱孔徑降低至0.04μm。ZeeWeed 500d于2002年開始商業(yè)化使用，適用于更大規(guī)模的飲用水和污水處理裝置。世界最大MBR工程中采用的正是這一產(chǎn)品，目前仍在設(shè)計(jì)或建設(shè)階段。
Zenon 系統(tǒng)的另一個(gè)創(chuàng)新之處在于循環(huán)曝氣的使用,在這種曝氣模式下，鼓風(fēng)機(jī)以固定速率連續(xù)運(yùn)行，通過氣體轉(zhuǎn)化閥使氣流在不同管路間循環(huán)，從而實(shí)現(xiàn)循環(huán)曝氣。這種循環(huán)曝氣方式在工藝上合經(jīng)濟(jì)上均優(yōu)于連續(xù)曝氣。
2.2 三菱麗陽工程
三菱麗陽工程（Mitsubishi Royon Engineering）公司是安裝容量僅次于Zenon和Kubota公司的世界第三大MBR膜廠商。目前共有兩種Mitsubishi Rayon膜元件。一種基于該公司已有的Sterapore PE中控纖維膜，由水平放置的膜絲組成，膜絲外徑0.54mm，壁厚60-70μm，公稱膜孔徑為0.4μm，其上的裂縫型孔是通過拉伸形成的，以使膜材料各項(xiàng)同性。
迄今為止，幾乎所有已安裝的MBR設(shè)施均基于SUR膜架，
2.3 Memcor
Memcor 公司自1982年開始生產(chǎn)膜產(chǎn)品，是著名的膜廠商，目前屬于西門子集團(tuán)。2002年Memcor公司推出了MemJet MBR系統(tǒng)。該系統(tǒng)由垂直安裝的膜組件構(gòu)成，其組件基于0.04μm孔徑的PVDF HF膜。進(jìn)入混合液的氣泡有一個(gè)兩相混合系統(tǒng)引入膜組件內(nèi)，產(chǎn)生強(qiáng)剪切力條件，從而最大程度地減輕了噴射口處膜表面固體物的濃差計(jì)劃現(xiàn)象。同時(shí)SADm值低于0.3Nm3/（㎡·h）。平均膜通量要求在20-50LMH之間，單位體積出水的平均曝氣需求量低于15m3/m3，膜可承受的壓力高達(dá)300kPa。
2.4 科氏膜系統(tǒng)——PURON
2001年底，PURON作為亞?。ˋachen）大學(xué)的附屬公司成立，之后于2004年被科氏（koch）公司收購。其膜元件類型為浸沒式ＨＦ，與其他大多數(shù)浸沒式ＨＦ MBR膜組件不同，其膜材料為PES。ＰＵＲＯＮ系統(tǒng)的獨(dú)特之處在于其膜纖維僅在底部固定，而膜絲頂部采用單獨(dú)封口，沖刷氣流通過組件底部的中央噴氣管從膜絲中間間歇注入，以減輕組件底部的堵塞。頂部膜絲的自由移動(dòng)，可使粗大固體流走，避免了該區(qū)域的堵塞。膜絲側(cè)向運(yùn)動(dòng)使其承受了一定得機(jī)械壓力，因此膜纖維內(nèi)部采用織物加固。在正常運(yùn)行模式下，曝氣時(shí)間應(yīng)占運(yùn)行時(shí)間的２５％－５０％，SADｍ值為０.１５－０.３５Ｎm3／（m3·ｈ）。
２.５ 旭化成化學(xué)公司
旭化成（Asahi Kasei）化學(xué)公司隸屬于日本旭化成集團(tuán)，自20世紀(jì)70年代開始制造各種工業(yè)用途的UF/MF中空纖維膜及膜組件，1998年開發(fā)了用于污水處理的Microza PVDF MF膜。目前，該公司每年生產(chǎn)100萬㎡的MF膜，主要用于飲用水處理。Microza膜組件被Pallet公司作為標(biāo)準(zhǔn)的加壓膜組件用于其工業(yè)和城市污水處理系統(tǒng)中，截至2005年5月，僅在美國就有50余座膜過濾裝置，提供約500000m3/d的飲用水處理能力。外徑1.3mm的Microz膜纖維特征是膜孔徑分布范圍?。~定孔徑0.1μm），對(duì)氧化劑也有很高的耐受力。
1999年，該公司開始開發(fā)MBR組件，并與2004年6月投放市場(chǎng)。膜支架由安裝在鋼架上的一系列垂直膜元件組成，每個(gè)元件的膜面積為25㎡，直徑150mm，長2m。膜纖維兩端封口，在膜元件頂部集結(jié)成束，以便使懸浮物流走。采用獨(dú)立的抱起裝置，氣體通過裝在膜元件底部的擴(kuò)散板進(jìn)入。
旭化成化學(xué)公司與位于Mooka的日本下水道工程廳合作，對(duì)該膜組件進(jìn)行了中試研究。反應(yīng)器容積為9m3，平分為兩部分，分別用于反硝化和硝化，實(shí)驗(yàn)用水為城市污水，流量為36m3/d，總水力停留時(shí)間為6h。最大池深4.5m，膜組件安裝在硝化池中。當(dāng)MLSS為8-12g/L時(shí)，膜組件可以在凈通量為30LMH、TMP為20-30kPa（即平均透水率為1.2LMH/kPa）的條件下運(yùn)行。試驗(yàn)中的總SADp需求量為13.3m3（空氣）/m3（出水），其中僅一半由膜曝氣產(chǎn)生（雖然膜直接放置在曝氣池中）。膜組件的推薦過濾周期為540-580s+20-60s松弛，每3個(gè)月進(jìn)行一次NaClO化學(xué)強(qiáng)化反沖洗，每年進(jìn)行一次CIP浸泡。由于有機(jī)負(fù)荷較高，需要每月進(jìn)行一次化學(xué)強(qiáng)化反沖洗。要完全恢復(fù)膜的透水率，則需用強(qiáng)堿（1%的NaOH）和NaClO（5g/L）浸泡5h，然后再用2%的HNO3浸泡1h。
3．分置式MBR技術(shù)
諾芮特（Norit）X-Flow公司為多管式（MT）和毛細(xì)管式（CT）膜組件的主要供應(yīng)商，其中CT膜組件目前主要用于飲用水過濾。目前，在Norit X-Flow公司的產(chǎn)品中，只有MT膜組件用于sMBR。其中最成熟的技術(shù)為基于水平安裝的泵提錯(cuò)流膜組件，最近安裝的一些設(shè)施則采用垂直安裝的膜組件及氣提與液泵（低流量時(shí)使用）相結(jié)合的操作方式運(yùn)行。該產(chǎn)品被許多設(shè)計(jì)者用于其MBR工藝中。基于Norit X-Flow膜組件的MBR設(shè)施大多用于工業(yè)廢水處理，但也有一些用于小規(guī)模城市和家庭污水處理，盡管系統(tǒng)比能耗較高，但其穩(wěn)定性好、操作簡(jiǎn)單且易于控制。在進(jìn)水COD濃度較低（<1g/L），流量較高（>250m3/h）時(shí)，推薦使用氣提系統(tǒng)；而COD濃度較高（>5g/L）、流量較低（<100m3/h）時(shí)，推薦使用泵體系統(tǒng)。這樣就出現(xiàn)了對(duì)兩個(gè)系統(tǒng)均適合的COD和流量范圍，在該范圍內(nèi)COD負(fù)荷率一般為100-10000kg（COD）/h。
