MBR平板膜PKMBR簾式膜:應(yīng)該如何選擇?
更新時(shí)間:2022-04-02 點(diǎn)擊次數(shù):3349
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(guò)好氧曝氣和生物處理后的水,由泵通過(guò)濾膜過(guò)濾后抽出。它利用膜分離設(shè)備將生化反應(yīng)池中的活性污泥和大分子有機(jī)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(shí)間(HRT)和污泥停留時(shí)間(SRT)可以分別控制,難降解的物質(zhì)在反應(yīng)器中不斷反應(yīng)、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(fù)荷都得到大幅度提高,經(jīng)膜處理后的水,水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)高(超過(guò)國(guó)家YI級(jí)A標(biāo)準(zhǔn)),經(jīng)過(guò)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(guò)濾作用,微生物被*截留在MBR膜生物反應(yīng)器中,實(shí)現(xiàn)了水力停留時(shí)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(wèn)題。膜生物反應(yīng)器具有對(duì)污染物去除效率高、硝化能力強(qiáng),可同時(shí)進(jìn)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(shè)備緊湊、占地面積少(只有傳統(tǒng)工藝的1/3-1/2)、增量擴(kuò)容方便、自動(dòng)化程度高、操作簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)。
目前應(yīng)用的MBR膜有中空纖維膜、有機(jī)平板膜、陶瓷膜、軟片膜等,其中市場(chǎng)主流是中空纖維膜和有機(jī)平板膜。這兩類(lèi)膜各有優(yōu)缺點(diǎn),客戶如何就具體工程而選擇合適的膜呢?請(qǐng)看下文對(duì)比篇。
在我國(guó)西南地區(qū)某污水處理廠進(jìn)行,中試運(yùn)行過(guò)程中,污水處理廠A2/O曝氣池泥水混合物經(jīng)細(xì)格網(wǎng)過(guò)濾后,分別進(jìn)入有機(jī)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(fù)壓作用下,水從膜外側(cè)透過(guò)濾膜,污泥被隔離在膜外側(cè),實(shí)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(jìn)行膜擦洗。中試工藝流程見(jiàn)圖。
為了控制膜污染,膜分離單元在持續(xù)曝氣的同時(shí),通過(guò)定期暫停出水來(lái)減輕膜表面污泥的沉積。MBR工程中間歇出水的典型設(shè)置為每過(guò)濾8-15min,停止1-2min。這里將產(chǎn)水泵的抽吸時(shí)間與停吸時(shí)間的比值稱(chēng)為抽停比。
由圖2和圖3可見(jiàn),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(shí)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(rèn)為試驗(yàn)條件下兩膜的理論最佳抽停比均為9∶1。 MBR膜分離系統(tǒng)內(nèi)曝氣的主要作用是產(chǎn)生液流紊動(dòng)和瞬時(shí)剪切力,從而增強(qiáng)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(duì)應(yīng)的膜組件投影面積較大,需要在相對(duì)較大的面積上布?xì)?,因此其曝氣?qiáng)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(qiáng)度的增加而減小,而廠商推薦最DI曝氣強(qiáng)度為1.14 m3/(m2 .h),為保證裝置長(zhǎng)期運(yùn)行,將平板膜的曝氣強(qiáng)度設(shè)定為1.20m3/(m2 .h)。
中空纖維膜TMP幾乎不受曝氣強(qiáng)度變化的影響[曝氣強(qiáng)度為0.60-0.99m3/(m2 .h),為節(jié)約能耗,將中空纖維膜的曝氣強(qiáng)度設(shè)定為0.60m3/(m2 .h)。 研究表明,高強(qiáng)度曝氣對(duì)污泥絮體的剪切作用可促進(jìn)菌膠團(tuán)解體及胞外聚合物(EPS)釋放,導(dǎo)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(cè)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(duì)含量關(guān)系較為密切,而蛋白質(zhì)是SMP的主要成分之一,說(shuō)明平板膜內(nèi)高強(qiáng)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。 根據(jù)膜通量與TMP的關(guān)系研究?jī)煞N膜的適宜運(yùn)行通量。兩膜TMP隨通量變化規(guī)律相同,在通量為25 L/(㎡.h)時(shí)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(shí)TMP迅速上升。由以上規(guī)律可見(jiàn),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(guò)濾阻力的關(guān)系。由圖可見(jiàn),兩膜的透水率較為接近,隨著設(shè)計(jì)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(shì),說(shuō)明平板膜更適于在相對(duì)較低的通量下運(yùn)行,而中空纖維膜更適于在相對(duì)較高的通量下運(yùn)行。
污泥濃度變化對(duì)兩膜TMP的影響差異較大。對(duì)于平板膜而言,污泥濃度由12000mg/L增加至15000mg/L時(shí)TMP下降,由15000mg/L下降至8000mg/L時(shí)TMP上升;中空纖維膜的變化規(guī)律與此相反,當(dāng)污泥濃度由11000mg/L增加15000mg/L時(shí)TMP上升,由15000mg/L下降至10000mg/L時(shí)TMP下降??梢?jiàn)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(yùn)行、中空纖維膜宜以較低的污泥濃度運(yùn)行。此類(lèi)現(xiàn)象在其他研究中也有發(fā)現(xiàn),推測(cè)是由于平板膜上形成的二次動(dòng)態(tài)膜在高污泥濃度下具有更好的性狀,對(duì)膜污染的緩解作用更為明顯。
在同類(lèi)土建結(jié)構(gòu)的污水處理廠中,規(guī)模較小的項(xiàng)目單位投資額較高。由于項(xiàng)目建設(shè)及運(yùn)行條件各異,且平板膜應(yīng)用項(xiàng)目較少,因此無(wú)法通過(guò)現(xiàn)有項(xiàng)目直接比較兩類(lèi)膜的經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。為研究相同條件下兩類(lèi)膜組件在經(jīng)濟(jì)指標(biāo)方面的差異。 以處理規(guī)模為1萬(wàn)m3/d的市政污水A2/O-MBR項(xiàng)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(shè)計(jì)運(yùn)行參數(shù),計(jì)算得到項(xiàng)目的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。A2/O-有機(jī)平板膜的項(xiàng)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(jì)算得到有機(jī)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(shè)計(jì)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(gòu)費(fèi)用高于中空纖維膜,此處按照單位膜面積采購(gòu)費(fèi)用高25%-35%計(jì)算。 平板膜分離系統(tǒng)的運(yùn)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(qiáng)度較大、鼓風(fēng)機(jī)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(xué)清洗頻率遠(yuǎn)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(jiàn),平板膜項(xiàng)目比中空纖維膜的項(xiàng)目占地面積略大些,前者的投資和運(yùn)行費(fèi)用略高于后者。由于平板膜對(duì)污水水質(zhì)適應(yīng)性較強(qiáng)、設(shè)備運(yùn)行管理相對(duì)簡(jiǎn)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(xiàng)目,中空纖維膜投資運(yùn)行費(fèi)用相對(duì)較低,設(shè)備運(yùn)行管理要求較高,因此更適用于大中型市政污水處理項(xiàng)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(yùn)行特性對(duì)比研究》
過(guò)對(duì)平板膜和中空纖維膜的運(yùn)行特性進(jìn)行了研究,結(jié)合實(shí)際工程經(jīng)驗(yàn)我們從膜的裝填密度、抗污染性、清洗售后、運(yùn)行壽命及運(yùn)行費(fèi)用等進(jìn)行比較:
鑒于這兩種膜在前期投入、中期運(yùn)營(yíng)及后期售后等綜合評(píng)估,我們建議:每天水量小于1000噸的項(xiàng)目使用平板膜,大于1000噸每天的項(xiàng)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)