MBR膜將常規(guī)生物處理（例如活性污泥）工藝與膜過濾相結(jié)合，可提供較高水平的有機物和懸浮物去除效果。如果進行相應(yīng)的設(shè)計，這些系統(tǒng)還可以提供更高水平的營養(yǎng)去除。在MBR膜系統(tǒng)中，將膜浸沒在曝氣生物反應(yīng)器中。膜的孔隙率范圍從0.035微米到0.4微米（取決于MBR膜廠家），被認(rèn)為在微濾和超濾之間。
這種過濾水平可將高質(zhì)量的廢水從膜中抽出，并消除了通常用于廢水處理的沉淀和過濾過程。因為消除了對沉淀的需要，所以生物過程可以在更高的混合液濃度下進行。這大大減少了所需的工藝槽，并允許許多現(xiàn)有工廠進行升級而無需添加新的槽。為了在膜周圍提供最佳的通氣和沖刷。
MBR膜工作原理概述：
在傳統(tǒng)的污水生物處理技術(shù)中，泥水分離是在二沉池中靠重力作用完成的，其分離效率依賴于活性污泥的沉降性能，沉降性越好，泥水分離效率越高。而污泥的沉降性取決于曝氣池的運行狀況，改善污泥沉降性必須嚴(yán)格控制曝氣池的操作條件，這限制了該方法的適用范圍。由于二沉池固液分離的要求，曝氣池的污泥不能維持較高濃度，一般在1.5~3.5gL左右，從而限制了生化反應(yīng)速率。水力停留時間（HRT）與污泥齡（SRT）相互依賴，提高容積負荷與降低污泥負荷往往形成矛盾。系統(tǒng)在運行過程中還產(chǎn)生了大量的剩余污泥，其處置費用占污水處理廠運行費用的25%~40%。傳統(tǒng)活性污泥處理系統(tǒng)還容易出現(xiàn)污泥膨脹現(xiàn)象，出水中含有懸浮固體，出水水質(zhì)惡化。
MBR工藝通過將分離工程中的膜分離技術(shù)與傳統(tǒng)廢水生物處理技術(shù)有機結(jié)合，不僅省去了二沉池的建設(shè)，而且大大提高了固液分離效率，并且由于曝氣池中活性污泥濃度的增大和污泥中特效菌（特別是優(yōu)勢菌群）的出現(xiàn)，提高了生化反應(yīng)速率。同時，通過降低F/M比減少剩余污泥產(chǎn)生量（甚至為零），從而基本解決了傳統(tǒng)活性污泥法存在的許多突出問題。
MBR膜組件工作原理：
像在任何其他反應(yīng)堆中一樣，MBR膜內(nèi)的流體動力學(xué)（或混合）在確定MBR內(nèi)的污染物去除和結(jié)垢控制中起著重要作用。它對MBR的能量使用和尺寸要求有重大影響，因此MBR的整個生命周期成本很高。
流體元素在MBR中停留的時間長度（即停留時間分布或RTD）極大地影響了污染物的去除。的停留時間分布是的描述流體力學(xué) /系統(tǒng)中的混合，并通過MBR的設(shè)計（例如MBR大小，入口/再循環(huán)流速，壁/擋板/混合器/曝氣機定位，混合能量輸入）被確定。混合效果的一個例子是，連續(xù)攪拌釜反應(yīng)器的單位體積反應(yīng)器污染物轉(zhuǎn)化率不會像活塞流反應(yīng)器那樣高。
如前所述，結(jié)垢的控制主要是使用粗氣泡曝氣進行的。氣泡在膜周圍的分布，在膜表面上用于去除濾餅的剪切力以及氣泡的大小受系統(tǒng)的混合/ 流體動力學(xué)的很大影響。系統(tǒng)內(nèi)的混合也會影響可能的污垢的產(chǎn)生。例如，未完全混合的容器（即活塞流反應(yīng)器）更容易受到?jīng)_擊載荷的影響，沖擊載荷可能導(dǎo)致細胞裂解和可溶性微生物產(chǎn)物的釋放。
許多因素影響廢水處理過程的流體動力學(xué)，從而影響MBR。這些范圍從物理性質(zhì)（例如混合物流變學(xué)和氣體/液體/固體密度等）到流體邊界條件（例如入口/出口/循環(huán)流量，擋板/混合器位置等）。但是，許多因素是MBR特有的，這些因素涵蓋了濾池的設(shè)計（例如，膜類型，歸因于膜的多個出口，膜的堆積密度，膜的方向等）及其操作（例如，膜松弛，膜反沖洗等）。
應(yīng)用于MBR的混合建模和設(shè)計技術(shù)與用于常規(guī)活性污泥系統(tǒng)的技術(shù)非常相似。它們包括相對快速，容易的分區(qū)建模技術(shù)，該技術(shù)僅會得出過程（例如MBR）或過程單元（例如膜過濾容器）的RTD，并依賴于每個子單元混合特性的廣泛假設(shè)。 計算流體動力學(xué)另一方面，建模（CFD）并不依賴于混合特性的廣泛假設(shè)，而是試圖從基本水平上預(yù)測流體動力學(xué)。它適用于所有規(guī)模的流體流動，并且可以揭示有關(guān)過程中混合的許多信息，范圍從RTD到膜表面的剪切曲線。
膜在MBR廢水處理過程中，通過微濾（MF）或超濾（UF）膜實現(xiàn)固液分離。膜只是一種二維材料，通常用于根據(jù)流體的相對大小或電荷將其分離。膜僅允許運輸特定化合物的能力稱為半滲透性（有時也具有滲透選擇性）。這是一個物理過程，其中分離的成分在化學(xué)上保持不變。通過膜孔的成分稱為滲透物，而被拒絕的成分形成濃縮物或截留物。
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