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MBR平板膜PKMBR簾式膜:應該如何選擇?

更新時間:2022-04-02      點擊次數(shù):3084

       MBR是一種將高效膜分離技術(shù)與傳統(tǒng)活性污泥法相結(jié)合的新型高效污水處理工藝,它用具有*結(jié)構(gòu)的MBR膜組件置于曝氣池中,經(jīng)過好氧曝氣和生物處理后的水,由泵通過濾膜過濾后抽出。它利用膜分離設備將生化反應池中的活性污泥和大分子有機物質(zhì)截留住,省掉二沉池。活性污泥濃度因此大大提高,水力停留時間(HRT)和污泥停留時間(SRT)可以分別控制,難降解的物質(zhì)在反應器中不斷反應、降解。由于MBR膜的存在大大提高了系統(tǒng)固液分離的能力,從而使系統(tǒng)出水水質(zhì)和容積負荷都得到大幅度提高,經(jīng)膜處理后的水,水質(zhì)標準高(超過國家YI級A標準),經(jīng)過消毒,最后形成水質(zhì)和生物安全性高的優(yōu)質(zhì)再生水,可直接作為新生水源。

       由于膜的過濾作用,微生物被*截留在MBR膜生物反應器中,實現(xiàn)了水力停留時間與活性污泥泥齡的*分離,消除了傳統(tǒng)活性污泥法中污泥膨脹問題。膜生物反應器具有對污染物去除效率高、硝化能力強,可同時進行硝化、反硝化、脫氮效果好、出水水質(zhì)穩(wěn)定、剩余污泥產(chǎn)量低、設備緊湊、占地面積少(只有傳統(tǒng)工藝的1/3-1/2)、增量擴容方便、自動化程度高、操作簡單等優(yōu)點。

       目前應用的MBR膜有中空纖維膜、有機平板膜、陶瓷膜、軟片膜等,其中市場主流是中空纖維膜和有機平板膜。這兩類膜各有優(yōu)缺點,客戶如何就具體工程而選擇合適的膜呢?請看下文對比篇。

實驗內(nèi)容

       在我國西南地區(qū)某污水處理廠進行,中試運行過程中,污水處理廠A2/O曝氣池泥水混合物經(jīng)細格網(wǎng)過濾后,分別進入有機平板膜分離系統(tǒng)和中空纖維膜分離系統(tǒng),在產(chǎn)水泵負壓作用下,水從膜外側(cè)透過濾膜,污泥被隔離在膜外側(cè),實現(xiàn)泥水分離。混合物依靠重力回流至二沉池,在膜組件底部曝氣進行膜擦洗。中試工藝流程見圖。

結(jié)果與討論 

1、間歇出水時間
      為了控制膜污染,膜分離單元在持續(xù)曝氣的同時,通過定期暫停出水來減輕膜表面污泥的沉積。MBR工程中間歇出水的典型設置為每過濾8-15min,停止1-2min。這里將產(chǎn)水泵的抽吸時間與停吸時間的比值稱為抽停比。


圖1.png


       由圖2和圖3可見,兩膜的跨膜壓差(TMP)上升速率均隨抽停比的增加而增大,平板膜TMP變化更為明顯。雖然在抽停比為5∶1時兩膜TMP上升速率最小,但統(tǒng)籌考慮TMP上升速率和產(chǎn)水量,可認為試驗條件下兩膜的理論最佳抽停比均為9∶1。

2、曝氣強度

       MBR膜分離系統(tǒng)內(nèi)曝氣的主要作用是產(chǎn)生液流紊動和瞬時剪切力,從而增強膜的滲透性。一般情況下,由于平板膜的堆積密度較小,即單位膜面積所對應的膜組件投影面積較大,需要在相對較大的面積上布氣,因此其曝氣強度(單位膜面積的曝氣量)高于中空纖維膜。
       如圖4所示,平板膜TMP上升速率隨曝氣強度的增加而減小,而廠商推薦最DI曝氣強度為1.14 m3/(m2 .h),為保證裝置長期運行,將平板膜的曝氣強度設定為1.20m3/(m2 .h)。


圖2.png


       中空纖維膜TMP幾乎不受曝氣強度變化的影響[曝氣強度為0.60-0.99m3/(m2 .h),為節(jié)約能耗,將中空纖維膜的曝氣強度設定為0.60m3/(m2 .h)。
       研究表明,高強度曝氣對污泥絮體的剪切作用可促進菌膠團解體及胞外聚合物(EPS)釋放,導致污泥絮體粒徑下降、溶解性微生物產(chǎn)物(SMP)濃度和混合液粘度增加,從而加劇膜污染。根據(jù)UV254測定結(jié)果,平板膜內(nèi)的泥水混合物、混合物上清液及出水的UV254均高于中空膜。UV254與蛋白質(zhì)的相對含量關(guān)系較為密切,而蛋白質(zhì)是SMP的主要成分之一,說明平板膜內(nèi)高強度曝氣引發(fā)SMP升高是平板膜TMP上升速率較大的原因之一。

3、膜通量

       根據(jù)膜通量與TMP的關(guān)系研究兩種膜的適宜運行通量。兩膜TMP隨通量變化規(guī)律相同,在通量為25 L/(㎡.h)時TMP逐漸上升,通量下降至20L/(㎡.h)后TMP保持穩(wěn)定,在通量為30L/(㎡.h)時TMP迅速上升。由以上規(guī)律可見,兩膜的臨界通量均在20-25L/(㎡.h);


       通量與TMP的比值)可以更直觀地反映膜通量與過濾阻力的關(guān)系。由圖可見,兩膜的透水率較為接近,隨著設計通量的增加,平板膜和中空纖維膜的透水率分別呈下降和上升趨勢,說明平板膜更適于在相對較低的通量下運行,而中空纖維膜更適于在相對較高的通量下運行。

圖4.png

4、污泥濃度


       污泥濃度變化對兩膜TMP的影響差異較大。對于平板膜而言,污泥濃度由12000mg/L增加至15000mg/L時TMP下降,由15000mg/L下降至8000mg/L時TMP上升;中空纖維膜的變化規(guī)律與此相反,當污泥濃度由11000mg/L增加15000mg/L時TMP上升,由15000mg/L下降至10000mg/L時TMP下降。可見在8000-15000mg/L的污泥濃度范圍內(nèi),平板膜宜以較高的污泥濃度運行、中空纖維膜宜以較低的污泥濃度運行。此類現(xiàn)象在其他研究中也有發(fā)現(xiàn),推測是由于平板膜上形成的二次動態(tài)膜在高污泥濃度下具有更好的性狀,對膜污染的緩解作用更為明顯。


圖5.png

5、經(jīng)濟指標


       在同類土建結(jié)構(gòu)的污水處理廠中,規(guī)模較小的項目單位投資額較高。由于項目建設及運行條件各異,且平板膜應用項目較少,因此無法通過現(xiàn)有項目直接比較兩類膜的經(jīng)濟指標。為研究相同條件下兩類膜組件在經(jīng)濟指標方面的差異。
       以處理規(guī)模為1萬m3/d的市政污水A2/O-MBR項目為例,根據(jù)中試結(jié)果和污水處理工程的一般情況選擇設計運行參數(shù),計算得到項目的技術(shù)經(jīng)濟指標。A2/O-有機平板膜的項目總投資比A2/O-中空膜高7.7%。
       平板膜的堆積密度較小,因此根據(jù)膜組件安裝尺寸計算得到有機平板膜的膜池容積為中空纖維膜的2-2.5倍,平板膜分離系統(tǒng)的的設計污泥濃度高50%,故平板膜的生物池容積是中空纖維膜的3/2。平板膜采購費用高于中空纖維膜,此處按照單位膜面積采購費用高25%-35%計算。
       平板膜分離系統(tǒng)的運行成本和總成本分別比中空纖維膜分離系統(tǒng)高14.3%和12.7%。分析其原因:
       能耗:由于平板膜組件的曝氣強度較大、鼓風機電耗較高,故平板膜組件的電耗高于中空纖維膜組件;
       藥劑:由于平板膜的化學清洗頻率遠低于中空纖維膜,故平板膜組件的藥耗低于中空纖維膜組件。
       由以上分析可見,平板膜項目比中空纖維膜的項目占地面積略大些,前者的投資和運行費用略高于后者。由于平板膜對污水水質(zhì)適應性較強、設備運行管理相對簡單,因此更適用于難降解工業(yè)廢水和中小規(guī)模生活污水處理項目,中空纖維膜投資運行費用相對較低,設備運行管理要求較高,因此更適用于大中型市政污水處理項目。
       摘自北京市市政研究總院有限公司,關(guān)春雨、杭世珺等人《平板膜和中空纖維膜在MBR工藝中的運行特性對比研究》

實驗結(jié)論


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       過對平板膜和中空纖維膜的運行特性進行了研究,結(jié)合實際工程經(jīng)驗我們從膜的裝填密度、抗污染性、清洗售后、運行壽命及運行費用等進行比較:


       鑒于這兩種膜在前期投入、中期運營及后期售后等綜合評估,我們建議:每天水量小于1000噸的項目使用平板膜,大于1000噸每天的項目使用中空膜,綜合成本最佳。(北美的工程商建議使用中空膜的規(guī)模為3785噸/天)


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