梁国明 中国科学院上海应用物理研究所 研究员...

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梁国明中国科学院上海应用物理研究所 研究员上海斯纳普膜分离科技有限公司 总经理

浸没式平板膜及其在污水处理 MBR 中的应用

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什么是膜生物反应器（ MBR ）

MBR 和活性污泥法的区别

MBR 的主要特点

MBR 的应用领域

MBR 技术发展的影响因素

MBR 用膜及组件形式

平板膜的技术优势

MBR 系统的运行参数

平板膜 MBR 工程应用案例

国产平板膜的发展史

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膜生物反应器（膜生物反应器（ MBRMBR）是）是……

生化处理工艺和膜分离工艺的结合（集成技术）

利用膜分离功能将微生物和水分离，微生物浓度

提高，产出水清澈透明。

结论：两者的结合，效果 1+1 ＞ 2

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平板膜平板膜 ----生物反应器（生物反应器（ MBRMBR））平板膜平板膜 ----生物反应器（生物反应器（ MBRMBR））

活性污泥 气泡

膜出水

抽吸泵

风机

膜片 曝气管

进水

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MBRMBR与活性污泥法的区别与活性污泥法的区别

污水

出水或中水回用

污泥排放

污泥排放污泥回流

浸没式膜组件

沉淀池

沉淀池 出水传统活性污泥池

污水

MBR 工艺

传统活性污泥工艺

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MBRMBR的主要特点的主要特点

提高和稳定的处理出水水质

保证微生物活性污泥和细菌的可靠截留

通过提高好氧反应池的活性污泥浓度提高处理效率

优化和提高了传统工艺的处理能力

节约了二沉池

可为后续的深度处理工艺（如纳滤、反渗透）做预处理。

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MBRMBR的应用领域的应用领域

传统生物方法能够处理

的可生物降解的污水

传统污水处理后废水需

要深度处理的场合

企业扩产而污水处理场

地无法扩大的场合

中水回用

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MBR 技术发展的影响因素

关于城市污水处理和工业废水排放标准的更加严格的新立法；

地区性水资源短缺；

设置激励政策，鼓励污水处理技术，特别是污水回用技术的改进；

投资费用的降低；

对 MBR 技术信心的增强及接受度的提高。

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MBRMBR 用膜及组件形式用膜及组件形式

上海斯纳普膜分离科技有限公司上海斯纳普膜分离科技有限公司1A1A 10A10A 100A100A 1000A1000A 1μ1μ 10μ10μ 100μ100μ 1mm1mm

过滤过滤微滤微滤

MBR 用膜

MBR 用膜

超滤超滤

纳滤纳滤

反渗透反渗透

MBRMBR膜孔径膜孔径

膜的孔径与污染物颗粒直径相差越大，膜越不容易污染。膜的孔径与污染物颗粒直径相差越大，膜越不容易污染。

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膜的外置式与内置式膜的外置式与内置式 MBRMBR

外置式外置式 MBRMBR 通常采用管式膜元件，通常采用管式膜元件，

其优点是滤膜的维修更换方便，其优点是滤膜的维修更换方便，

缺点是为获得稳定的通量，循环缺点是为获得稳定的通量，循环

水需要高达水需要高达 55 米米 // 秒的流速，动秒的流速，动

力消耗大；力消耗大；

内置式内置式 MBRMBR 采用负压产水，而且采用负压产水，而且

不需要大量的循环水，所以动力不需要大量的循环水，所以动力

消耗低，节能明显。 消耗低，节能明显。

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内置式（浸没式）内置式（浸没式） MBRMBR 的组成要素的组成要素

滤膜，包括膜组件的设计和通量的维持；

进水，包括进水特性和预处理；

对膜和主体微生物的曝气；

污泥排放和污泥停留时间；

生物活性和微生物特性。

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内置式内置式 MBRMBR 对滤膜的要求对滤膜的要求

污泥存在的要求：良好的抗污染性

强大曝气的要求：良好的机械强度

负压产水的要求：较低的滤膜阻力

化学清洗的要求：良好的化学稳定性

产水水质的要求：良好的孔径一致性

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内置式的平板膜和中空纤维膜 内置式的平板膜和中空纤维膜

浸没式平板膜浸没式平板膜 中空纤维膜（帘式膜）中空纤维膜（帘式膜）

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在日本建成的在日本建成的 MBRMBR 系统中，平板膜与中空纤维膜的使用比系统中，平板膜与中空纤维膜的使用比

例约为例约为 55 ：： 55 ；；

在韩国这一比例约为在韩国这一比例约为 33 ：： 77 ，并且呈逐年上升之势；，并且呈逐年上升之势；

在中国，由于在中国，由于 MBRMBR 的应用起步较晚，且平板膜相对价格较的应用起步较晚，且平板膜相对价格较

高，目前大量采用中空纤维式，平板膜的使用量还比较少高，目前大量采用中空纤维式，平板膜的使用量还比较少

，但是随着人们对平板膜认识的逐步加深，虽然一次投资，但是随着人们对平板膜认识的逐步加深，虽然一次投资

比较大，但从使用寿命，日常维护等综合指标考量，平板比较大，但从使用寿命，日常维护等综合指标考量，平板

膜的使用成本与中空纤维相当，平板膜在中国膜的使用成本与中空纤维相当，平板膜在中国 MBRMBR 系统中系统中

所占比例也将向发达国家一样达到一个相当高的水平。所占比例也将向发达国家一样达到一个相当高的水平。

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平板膜的技术优势平板膜的技术优势

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平板膜的结构平板膜的结构

膜材质：聚偏氟乙烯（ PVDF

）

膜性质：超微滤膜

过滤形式：负压抽吸

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平板膜组件的结构平板膜组件的结构

曝气系统 微生物供氧 冲刷膜表面 水利搅拌

膜箱系统 固定每一片平板膜 收集膜产水

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平板膜的技术优势平板膜的技术优势

更好的抗污染性能：更好的抗污染性能： 适应更高的活性污泥浓度；适应更高的活性污泥浓度；

不会出现泥坨；不会出现泥坨；

通过气水混合物在膜片表面通过气水混合物在膜片表面

的冲刷作用，很好的清除膜的冲刷作用，很好的清除膜

表面的附着物，保持膜通量表面的附着物，保持膜通量

。。

活性污泥颗粒气泡

膜片

中空纤维膜

平板膜

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平板膜的技术优势平板膜的技术优势

出水水质稳定：出水水质稳定：由于滤膜牢固地焊接在高由于滤膜牢固地焊接在高

强度支撑板上，不会出现强度支撑板上，不会出现

断丝现象，所以出水水质断丝现象，所以出水水质

稳定，这在有深度稳定，这在有深度 NFNF 或或

RORO 的处理的时候尤其重的处理的时候尤其重

要；要；

中空纤维膜的断丝

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平板膜的技术优势平板膜的技术优势

不需要离线清洗，维护方便不需要离线清洗，维护方便 平板膜不需要离线清洗，只需平板膜不需要离线清洗，只需

要在线化学清洗即可恢复通量要在线化学清洗即可恢复通量

，把调配好的药剂从抽吸口回，把调配好的药剂从抽吸口回

灌入膜片中，浸泡一段时间即灌入膜片中，浸泡一段时间即

可。而且可。而且

清洗周期长，生活污水清洗周期长，生活污水 33 个个

月以上。月以上。

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滤膜寿命长一般平板膜的实际使用寿命可以达到 5 年以上

，最长使用寿命已经到达 8 年以上。

平板膜的技术优势平板膜的技术优势

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平板膜的技术优势平板膜的技术优势

膜片更换过程简单膜片更换过程简单 由于平板膜组件独特的设计，使得在膜片损坏更换过程中，膜片可单张更由于平板膜组件独特的设计，使得在膜片损坏更换过程中，膜片可单张更

换，无需更换支架。换，无需更换支架。

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MBRMBR 系统运行参数系统运行参数

液体抽吸：对于浸没式 MBR ，维持运行所需的总压力损失

很小，可以忽略。在此类装置中压力损失主要由跨膜压差引起，所以通过观察抽吸压力的变化可以判断滤膜是否已经污染。

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MBRMBR 系统运行参数系统运行参数

膜的维护膜的物理清洗和化学清洗液是影响运行成本的重

要因素；

是否需要物理和化学清洗有膜和工艺构型，进水水质决定。普通运行工艺的清洗方法一般有膜制造公司提供，但对特殊污水会根据具体应用情况进行调整。

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曝气曝气量首先与生物反应器所需的空气量有关，主要

起到搅拌和提供溶解氧以维持一定的微生物量。

MBR 系统中曝气非常重要，它可以将固体物质从膜表面冲刷下来。

MBR 系统的能耗主要是曝气能耗。

MBR 系统运行参数

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平板膜平板膜 MBRMBR 工程应用工程应用

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处理工艺组合处理工艺组合

水处理要求 处理工艺

去除有机物（ BOD ） 好氧池（膜池）

去除有机物（ BOD ） +脱氮 缺氧池 + 好氧池（膜池）

去除有机物（ BOD ） +除磷 好氧池（膜池） + 化学除磷

去除有机物（ BOD ） +脱氮除磷

厌氧池 + 缺氧池 + 好氧池（膜池）

高浓度有机物（ BOD ） 厌氧工艺 +MBR

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生活污水案例生活污水案例

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MBRMBR处理生活污水的效果处理生活污水的效果

膜的临界过滤通量： 400-450升／米 2日 容积负荷： BOD原液 171.1mg ／ L ，出水 3.5mg ／ L ，日处理

69M3 ， 污泥混合液体积 8M3 ： 容积负荷： 1.45kgBOD ／ m3d

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0

100

200

300

400

500

600

700

日期

CODmg/L

COD进COD出

MBR MBR 系统进、出水系统进、出水 CODCOD 浓度变化情况浓度变化情况

MBRMBR处理生活污水的效果处理生活污水的效果

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020406080100120140160180200

日期

BOD5mg/l

BOD进BOD出

MBR 系统进、出水 BOD 浓度变化情况

MBRMBR处理生活污水的效果处理生活污水的效果

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0100200300400500600700800

6-6

6-10

6-12

6-17

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6-23

6-25

6-30 7-2

7-4

7-8

7-10

7-14

7-16

7-18

7-22

8-14

8-21

8-25

8-27 9-1

9-8

9-12

9-18

9-25

9-27

10-8

日期

SSmg/L SS进

SS出

MBR 系统进出水 SS 变化情况

MBRMBR处理生活污水的效果处理生活污水的效果

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MBRMBR处理生活污水处理生活污水 (( 中试中试 ))的的基本数据基本数据

项目 原液 出水 去除率 (%)

COD （ mg/L)

384.4 17.8 95.4

BOD （ mg/L)

171.1 3.4 98

　浊度 0.6NTU >99.9

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上海崇明东滩国际湿地公园（上海崇明东滩国际湿地公园（ 200T/d200T/d ））

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昆明机场工地生活污水处理（昆明机场工地生活污水处理（ 100T/d100T/d ））

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冷轧废水冷轧废水

宝钢集团冷轧废水站改造项目对冷轧碱性含油废水进行处理，前处理采用催化氧化＋生化 MBR工艺， MBR工艺出水需进行除盐，使电导率小于 1500μS/cm后，达到二类串接水标准满足生产回用。

该工程于 2009年 5 月顺利完成，进入运行阶段。该工程的成功实施是我国在冷轧废水回用处理领域的一大突破。

设计水源：冷轧碱性含油废水

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冷轧废水冷轧废水

MBR 出水结果 CODCr≤70mg/l ；电导率≤ 4000μS/cm悬浮物≤ 5mg/l ；浊度≤ 5NTU ；油≤ 3mg/L ；氯离子≤ 800mg/l ；pH ： 6~9 ；温度 5~40 ℃

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宝钢冷轧碱性含油废水：宝钢冷轧碱性含油废水：处理能力：处理能力： 160M160M33/h/h使用平板膜使用平板膜 89608960 片，膜面积片，膜面积 13440M13440M22

投运时间：投运时间： 20092009 年年 55月月

宝钢冷轧碱性含油废水：宝钢冷轧碱性含油废水：处理能力：处理能力： 160M160M33/h/h使用平板膜使用平板膜 89608960 片，膜面积片，膜面积 13440M13440M22

投运时间：投运时间： 20092009 年年 55月月

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中国平板膜的发展历程中国平板膜的发展历程

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中国平板膜的发展历程中国平板膜的发展历程 ------ 研发研发

2002 年中国科学院上海应用

物理研究所（ SINAP ）在中

国第一家研制出沉浸式平板膜

。 膜材质： PVDF

膜孔径： 0.1微米

膜孔结构：不对称膜

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平板膜的发展历程平板膜的发展历程 ------ 研发研发

2003年上海嘉定污水处理厂建立了日处理能力为 60M3 的平板膜生物反应器中试装置。

处理生活污水的稳定产量达到 500L/M2d 。

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与此同时，清华大学 、天津大学、浙江大学、同济大学以及中科院北京生态中心等共同承担的国家 863项目也将平板膜作为研究内容之一，主要由同济大学承担平板膜生物反应器的研究；

中科院上海应用物理研究所为同济大学提供了滤膜和平板膜元件。

中国平板膜的发展历程中国平板膜的发展历程 ------ 研发研发

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20032003 年：国产平板膜首次商业使用年：国产平板膜首次商业使用

2003 年，采用平板膜生物反应器技术处理洗衣废水的一体化设备在上海城市酒店建成投入使用。

中国平板膜的发展历程 ---商业应用

中国平板膜的发展历程 ---商业应用

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上海松江垃圾填埋场渗滤液处理（上海松江垃圾填埋场渗滤液处理（ 150M150M33/d/d ））

20042004 年：第一个采用国产平板膜处理垃圾渗滤液项目年：第一个采用国产平板膜处理垃圾渗滤液项目

中国平板膜的发展历程中国平板膜的发展历程

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20082008 年：国产平板膜生产首次采用焊接技术年：国产平板膜生产首次采用焊接技术

2008 年第一块采用超声

波焊接技术生产的平板膜

（通常说的第三代）在上

海斯纳普膜分离科技有限

公司投入批量生产，标志

着中国平板膜生产技术水

平达到国际先进水平。

中国平板膜发展历程中国平板膜发展历程

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20092009 年：年：

平板膜用于南极科考队中山站的平板膜用于南极科考队中山站的 MBRMBR 系统（系统（ 30M30M33/d/d ））

20092009 年：年：

平板膜用于南极科考队中山站的平板膜用于南极科考队中山站的 MBRMBR 系统（系统（ 30M30M33/d/d ））

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20092009 年：国产平板膜单项工程膜面积首次超万年：国产平板膜单项工程膜面积首次超万

2009 年 5月，由上海斯纳普公司提供平板膜的宝山钢铁厂冷轧废水处理项目投入运行，使用的滤膜面积达到 13440M2 ，是中国已经投入正常运行的最大的平板 MBR ，标志着中国平板膜的生产和应用技术登上了一个新的台阶。

中国平板膜的发展历程中国平板膜的发展历程

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20102010 年：中国产平板膜批量出口年：中国产平板膜批量出口

2010 年 3 月，随着整集装箱平板膜出口到韩国，标志着中国平板膜已经走出国门，批量出口国际市场；

2010 年 5 月，平板膜整集装箱出口俄罗斯；

2011 年，中国平板膜已出口到近二十个国家和地区。

中国平板膜的发展历程中国平板膜的发展历程

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中国平板膜发展的里程碑中国平板膜发展的里程碑

20012001 年，开始研制（中科院上海应用物理研究所）；年，开始研制（中科院上海应用物理研究所）；

20022002 年，第一张平板膜面世（应用物理所）；年，第一张平板膜面世（应用物理所）；

20032003 年，首次商业使用（上海城市酒店洗衣废水）；年，首次商业使用（上海城市酒店洗衣废水）；

20082008 年前，日处理百吨级项目；年前，日处理百吨级项目；

20092009 年，日处理数千吨级项目相继建成投入使用（上海宝钢等）；年，日处理数千吨级项目相继建成投入使用（上海宝钢等）；

20102010 年，开始批量出口；年，开始批量出口；

20112011 年，大量出口。年，大量出口。

20122012 年，中国出口海外的单项最大的平板膜工程年，中国出口海外的单项最大的平板膜工程 TOYOTATOYOTA 泰国工厂泰国工厂MBRMBR 工程使用平板膜面积达到工程使用平板膜面积达到 90009000 平方米（斯纳普）。平方米（斯纳普）。

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谢谢大家！谢谢大家！