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MBR膜技术应用及介绍

  • 更新时间:2021-03-18 11:04:57
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产品信息

2020年3月18日

前言

我国是一个严重缺水的国家,我国人均水资源量仅为世界人均拥有量的1/4。其中华北地区人均水资源量小于400m3,已属于严重缺水地区。我国是世界上严重缺水的十二个国家之一。

我国目前工业污水的再生回用率仅为6%,远远低于发达国家的水平,市政污水的回用率更低。

我国万元GDP用水量是世界平均水平的5倍,是美国的8倍,德国的11倍。

水资源的管理已经成为我国经济和社会协调发展的关键问题之一。中国目前水资源浪费及污染现象相当严重,据统计,工业废水在2000年的排放量为194亿立方米,生活污水2000年的排放量为221亿立方米,按照这种速度,中国的水资源将在73年后被用尽,而如果水资源利用不加强管理、污水又得不到很好的处理与管理,进而污染到地下水,那么这个时间将会更短。目前,我国的水环境污染已经到了“有河皆枯,有水皆污”的地步,其治理任务刻不容缓。

表1是对国内近年污水排放量的统计数据。

表1 全国废水排放量统计


据统计,2011 年全国废水排放量为  652.1  亿吨,其中化学需氧量排放量为2499.9 万吨,氨氮排放量为  260.4  万吨;我国的江河湖泊和水库中,已经受污染的约占 82.3%;全国设立有监测系统的  1200条河流中,已有  850条受到污染;七大水系中,一半以上受到不同程度的污染,达不到安全饮用水源的标准,已基本丧失直接使用得功能;沿海水体发生赤潮和富营养化现象增多。因此,水环境的保护和治理已成为我国实现可持续社会发展的重要任务。

因此,为了满足我国水环境保护的迫切需求,急需研发适合不同行业废水特点的高效、低成本、运行管理简便的废水处理技术。膜生物反应器(MBR)是膜技术和污水生物处理技术有机结合产生的废水处理新工艺。它适用范围广、综合运行成本低,系统性能稳定,占地面积小。在应用方面它既可用有工业污水方面也可用在生活污水方面的污水处理。工业污水方面,主要应用在包括制药废水、化工废水、食品污水等高浓度、难降解有机废水的处理;在生活污水方面,主要涉及城市污水、楼宇污水、公厕污水、污水厂升级改造以及其他有回用要求的污水处理场合。采用膜生物反应器(MBR)污水处理新工艺处理污水的最大优势是经处理后的排出水可以作为中水回用,与此同时,任何污水处理后的深度处理,也均需要通过膜生物反应器这一重要一环,从而实现污水资源化及污水处理的零排放。因此膜生物反应器技术的研究与推广应用,直接抓住了我国污染型缺水的主要矛盾,将对我国的污水处理和再生技术及产业的发展、水资源的可持续发展战略的实现,具有重大的意义。

1MBR工艺简介

1.1术语和定义

膜生物法:指把生物反应与膜分离相结合,以膜为分离介质替代常规重力沉淀固液分离获得出水,并能改变反应进程和提高反应效率的污水处理方法,简称MBR法。

膜组器:指由膜组件、供气装置、集水装置、框架等组装成的基本水处理单元,在膜生物法污水处理工程进行固液分离的膜装置。

高分子有机膜材料:聚烯烃类、聚乙烯类、聚丙烯腈、聚砜类、芳香族聚酰胺、含氟聚合物等。

无机膜:是固态膜的一种,是由无机材料,如金属、金属氧化物、陶瓷、多孔玻璃、沸石、无机高分子材料等制成的半透膜。

浸没式膜生物处理系统:指膜组器浸没在生物反应池中,污染物在生物反应池进行生化反应,利用膜进行固液分离的设备 或系统。可采用负压产水,也可利用静水压力自流产水。简称S-MBR。

外置式膜生物处理系统:指膜组器和生物反应池分开布置,生物反应池内的活性污泥混合液泵入膜组器进行固液分离的设 备或系统。产水排放或深度处理,浓缩的泥水混合物回流到循环浓缩池或生物反应池,形成循环。简 称R-MBR。

超细格栅:指栅孔直径或栅间隙小于2mm的格栅。

膜生物反应池:用于安装膜组器,同时进行污水生物处理与膜分离的构筑物。

离线清洗:指将膜组器从膜池中取出,浸入化学溶液中进行清洗,除去膜污染物的过程。

在线清洗:指不将膜组器从膜池中取出,而通过向膜组件中加入化学药剂进行清洗,除去膜污染物的过程。

开停时间比:指膜组器一个运行周期中开启时间与停止时间的比值。

膜完整性检测:指用于判断膜泄漏的检测方法。

膜污染:指料液中的某些组分在膜表面或膜孔中沉积导致膜性能下降的过程。

膜泄漏:指由于膜组器接头泄漏或膜孔破裂、断裂,导致出水水质受影响的现象。

膜抗氧化性:指膜材料抗氧化剂氧化的能力。

膜通量 :指单位时间单位膜面积通过的水量。单位为 m3/m2·h 或 L/m2·h。

1.2 MBR的含义及其原理

MBR 为膜生物反应器(Membrane  Bio-Reactor)的简称,是一种将膜分离技术与生物技术有机结合的新型水处理技术,它利用膜分离设备将生化反应池中的活性污泥和大分子有机物截留住,省掉二沉池。膜 -生物反应器工艺通过膜的分离技术大大强化了生物反应器的功能,使活性污泥浓度大大提高,其水力停留时间(HRT)和污泥停留时间(SRT)可以分别控制。


图 1-1  普通活性污泥法工艺流程

在传统的污水生物处理技术中,泥水分离是在二沉池中靠重力作用完成的,其分离效率依赖于活性污泥的沉降性能,沉降性越好,泥水分离效率越高。而污泥的沉降性取决于曝气池的运行状况,改善污泥沉降性必须严格控制曝气池的操作条件,这限制了该方法的适用范围。由于二沉池固液分离的要求,曝气池的污泥不能维持较高浓度,一般在  1.5~3.5g/L  左右,从而限制了生化反应速率。水力停留时间( HRT)与污泥龄(SRT)相互依赖,提高容积负荷与降低污泥负荷往往形成矛盾。系统在运行过程中还产生了大量的剩余污泥,其处置费用占污水处理厂运行费用的   25%~40%  。传统活性污泥处理系统还容易出现污泥膨胀现象,出水中含有悬浮固体,出水水质恶化。



1-2  MBR工艺流程

MBR 工艺通过将分离工程中的膜分离技术与传统废水生物处理技术有机结合,不仅省去了二沉池的建设,而且大大提高了固液分离效率,并且由于曝气池中活性污泥浓度的增大和污泥中特效菌 ( 特别是优势菌群 ) 的出现,提高了生化反应速率。同时,通过降低 F/M 比减少剩余污泥产生量(甚至为零),从而基本解决了传统活性污泥法存在的许多突出问题。

1.3 MBR工艺分类

MBR根据不同的分类依据,有多种类型,见表 1-1

1-1 MBR的分类


1-3分置式 MBR

分置式 MBR:膜组件和生物反应器分开设置。生物反应器中的混合液经循环泵增压后打至膜组件的过滤端,在压力作用下混合液中的液体透过膜,成为系统处理水。

优点:

(1)膜组件与生物反应器之间的相互影响小。

(2)单位面积膜的水通量大。

(3)运行稳定可靠,操作管理容易。

(4)易于膜的清冼、更换和增设。

缺点:

(1)为减少污染物在膜表面的沉积,需要较高的膜面流速,因而配置的循环泵需要较高的流量,单位产水能耗很高,一般为 68Kw·h/m3

(2)循环泵内的高剪切力会引起生物絮体的破坏,导致生物活性的降低

1-4一体式 MBR

一体式 MBR:膜组件置于生物反应器内部,进水进入膜生物反应器,其中的大部分污染物被混合液中的活性污泥去除,再在负压作用下由膜过滤出水

优点:

(1)体积小,整体性强。膜组件直接置于生物反应器中,大大减少了占地面积。

(2)运行动力费用低。膜表面的错流是靠空气搅动产生的,混合液随气流向上流动,在膜表面产生剪切应力,在这种剪切应力的作用下,沉积在膜表面的颗粒容易脱离膜表面,因此不需要功率较大的循环泵。

缺点:

(1) 需要定期将膜组件取出生物反应器进行化学清洗,因而管理方面上不及分置式。

(2)出水不连续。

(3)单位膜面积膜的产水量较低,一般仅为 5-10L/m2·h

1-5(一体)复合式 MBR

(一体)复合式 MBR:形式上也属于一体式膜生物反应器,所不同的是在生物反应器内加装填料,从而形成复合式膜生物反应器,改变了反应器的某些性状。

1.4 MBR工艺优越性

1出水水质优质稳定

MBR 中,降解时间较长的可溶性大分子化合物可以被膜截留下来并与污泥一起返回到生物反应器中,使这些化合物在生物反应器中的停留时间变长,从而有利于微生物对这些化合物的降解;同时较长的 SRT 可以使世代时间较长的硝化细菌能够在生物反应器中积累,提高了硝化效果。因此 MBR 出水有机含量较低,且总氮和总磷的含量也远远低于传统活性污泥法。同时,由于膜单元采用微滤膜或超滤膜,因而不仅对水中悬浮物截留率高,而且可以去除细菌。

2工艺参数易于控制

MBR 中,用膜组件代替二沉池,可以同时实现较短的 HRT 和很长的SRT。同时,MBR 中由于膜对污泥的截留,可以在很大程度上消除污泥膨胀现象。

3耐冲击负荷

MBR 中生物反应器中的微生物浓度比普通生物反应器高得多,装置处理容积负荷大,同时当进水中有机物浓度变化较大时,有机负荷率(单位质量的微生物在单位时间内承受的有机物质量)变化不大,系统去除有机物的效果变化不大。

4剩余污泥产量少

该工艺可以在高容积负荷、低污泥负荷下运行,剩余污泥产量低(理论上可以实现零污泥排放),降低了污泥处理费用。

5占地面积小,不受设置场合限制

生物反应器内能维持高浓度的微生物量,处理装置容积负荷高,占地面积大大节省;该工艺流程简单、结构紧凑、占地面积省,不受设置场所限制,适合于任何场合,可做成地面式、半地下式和地下式。

6可去除氨氮及难降解有机物

由于微生物被完全截流在生物反应器内,从而有利于增殖缓慢的微生物如硝化细菌的截留生长,系统硝化效率得以提高。同时,可增长一些难降解的有机物在系统中的水力停留时间,有利于难降解有机物降解效率的提高。

7操作管理方便,易于实现自动控制

该工艺实现了水力停留时间( HRT)与污泥停留时间( SRT)的完全分离,运行控制更加灵活稳定,是污水处理中容易实现装备化的新技术,可实现微机自动控制,从而使操作管理更为方便。

8易于从传统工艺进行改造

该工艺可以作为传统污水处理工艺的深度处理单元,在城市二级污水处理厂出水深度处理(从而实现城市污水的大量回用)等领域有着广阔的应用前景。

1.5 MBR工艺的不足

1、投资大:膜组件的造价高,导致工程的投资比常规处理方法增加约 3050%。

2、能耗高:首先 MBR 泥水分离过程必须保持一定的膜驱动压力,其次是MBR 池中 MLSS 浓度非常高,要保持足够的传氧速率,必须加大曝气强度,还有为了加大膜通量、减轻膜污染,必须增大流速,冲刷膜表面,造成 MBR的能耗要比传统的生物处理工艺高。

3、膜容易污染需要定期清洗:给操作管理带来不便,同时需要消耗部分化学药剂。

4、受到膜材料的限制:由于材料技术的原因,目前膜的寿命还比较短,膜组件一般使用寿命在 5年左右,到期需更换,导致运行成本进一步增加。

1.6 MBR的发展

1.6.1 MBR技术在国外污水处理中的研究及应用

膜分离技术在污水处理中的应用开始于 20世纪 60年代末,1969年美国的Smith 等人首次将活性污泥法与超滤膜组件相结合用于处理城市污水的工艺研究,该工艺大胆地提出了用膜分离技术取代常规活性污泥法中的二沉池 ,利用膜具有高效截留的物理特性,使生物反应器内维持较高的污泥浓度,在 F/M低比值下工作,这样就可以使有机物尽可能地得到氧化降解,提高了反应器的去除效率,这就是 MBR的最初雏形。

进入 20世纪 70年代,有关 MBR的研究进一步深入开展。1970年,Hardt等人使用完全混合生物反应器与超滤膜组合工艺处理生活污水,获得了 98%COD去除率和 100%去除细菌的结果。1971 年,Bemberis 等人在污水处理厂进行了 MBR 试验,取得了良好的试验结果。1978 年,Bhattacharyya 等人将超滤膜用于处理城市污水,获得了非饮用回用水。1978 年,Grethlein 利用厌氧消化池与膜分离进行了处理生活污水的研究, BOD TN 的去除率分别为 90%75%在这一时期,尽管各国学者对 MBR 工艺做了大量的研究工作、并获得了一定的研究成果,但是由于当时膜组件的种类很少,制膜工艺也不是十分成熟,膜的寿命通常很短,这就限制了 MBR 工艺长期稳定的运行,从而也就限制了MBR技术在实际工程中的推广应用。进入 20 世纪 80 年代以后,随着材料科学的发展与制膜水平的提高,推动了膜生物反应器技术的向前发展,MBR 工艺也随之得到迅速发展。日本研究者

根据本国国土狭小、地价高的特点对 MBR 技术进行了大力开发和研究,并在MBR技术的研究和开发上走在了前列,使 MBR技术开始走向实际应用。20 世纪 90 年代以后,MBR 技术得到了最为迅猛的发展,人们对 MBR 生活污水处理、工业废水处理、饮用水处理等方面的应用都进行了研究, MBR已经进入实际应用阶段,并得到了快速的推广。20 世纪的最后几年,人们围绕着膜生物反应器的关键问题进行了较多的研究,并取得了一些成果。有关膜生物反应器的研究从实验室小试、中试规模走向了生产性试验,应用 MBR 的中、小型污水处理厂也逐渐见诸报道。1998 初,欧洲第一座应用一体式膜生物反应器的生活污水处理厂在英国的 Porlock成运行,成为英国膜生物反应器技术的里程碑。本世纪初,人们对膜生物反应器的研究方兴未艾,使得该项技术正在逐渐趋于成熟。

1.6.2 MBR技术在国内污水处理中的研究及应用

我国对膜生物反应器污水处理技术的研究较晚,但发展迅速,近年来,MBR 工艺已有实际应用实例,并保持着良好的发展势头。 1991 年,《水处理技术》杂志首次报道了膜生物反应器在日本的应用情况。随后,一些大学和科研机构纷纷开展了关于膜生物反应器的研究。如清华大学、中科院生态环境研究中心、哈尔滨工业大学、天津大学、同济大学、华东理工大学等对膜生物反应器的运行特性、膜通量的影响因素、膜污染的防治与清洗等方面做了大量细致的研究工作,MBR 技术研究受到国家八五九五十五科技攻关项目基金支持,取得了很大进步。2002年,膜生物反应器的研发又被列为"863"重大科技项目,推进膜生物反应器在污水处理及回用中的应用。目前我国已有膜科学技术研究机构上百家,膜生产企业数百家,参与 MBR 的研究机构有数十家。2003年统计,关于 MBR研究的论文有 500余篇,MBR的研究方面取得了很快的进展。

我国近年来的 MBR 研究有了深入发展,在已有研究的基础上,MBR 被用于抗生素废水、中药废水、聚酯废水等难降解废水领域。处理规模已由实验室走向中试和实际应用,涌现出很多提供 MBR 产品的公司,如天津清华德人、北京碧水源、永新、诺卫、特里高、光华、天地人等公司、杭州凯宏、浙大凯华、天津膜天,上海 SINAP等公司。

由北京碧水源科技发展有限公司等企业于 2011年提出的《膜生物法污水处理工程技术规范》(HJ  2010-2011,经中国环境保护部批准,在 2012 11 日起施行。该规范适用于膜生物反应器处理污水和污水回用的设备设计、安装、应用及运行管理。

1.7 MBR的发展前瞻

1.7.1 MBR应用的重点领域和方向


现有城市污水处理厂的更新升级,特别是出水水质难以达标或处理流量剧增而占地面积无法扩大的水厂。

无排水管网系统的小区,如居民点、旅游度假区、风景区等。

有污水回用需求的地区或场所,如宾馆、洗车业、客机、流动厕所等充分发挥 MBR 地面积小、设备紧凑、自动控制、灵活方便的特点。

高浓度、有毒、难降解工业废水处理。如造纸、制糖、酒精、皮革、合成脂肪酸等行业,是一种普遍的点源污染。MBR 可以对这些常规处理工艺无法达标的废水进行有效的处理,并实现回用。

垃圾填埋厂渗滤液的处理及回用。

小规模污水厂(站)的应用。膜技术的特点十分适合处理小规模污水。

1.7.2 MBR未来的研究重点

膜污染的机理及防治。

MBR工艺流程形式及运行条件的优化。

MBR 污泥产率与运行条件的关系,以合理减少污泥产量,降低污泥处理费用。

MBR 生物反应器内微生物的代谢特性及其对出水水质、污泥活性等的影响,从而确定适宜的微生物生长及代谢条件。

MBR 工艺经济性研究。在目前国内经济发展水平、膜产品供应状况和规范设计要求的条件下, MBR用于污水处理的最大经济流量的确定。

2 MBR工艺用膜和膜组件

2.1膜的定义

膜可以看做是一种材料,这种材料能让某种物质比其他物质更容易通过。膜的这种性质奠定了膜分离的基础。当选择或者设计膜分离系统来完成污水中的组分分离任务时,我们最关心的也正是膜的这种性质,而目前这类任务也正越来越多。膜在很多流程中被用来去除水中的固体或溶解性污染物,而允纯净 的水通过它。在一些流程中膜被用来从污水中萃取污染物质,如萃取膜生物反应器EMBR)。膜在一些流程中还可以被用来传输气体,如无泡供氧膜生物反应器MABR)。


2.2膜的结构和材料

2.2.1膜结构和分类

膜制造的主要目标是生产这样一种材料:具有足够的机械强度,能维持高的膜通量,还要具有高的选择度。后两个特性的要求足互为矛盾的,因为具有高选择度的膜通常只能具有较小的孔径,这种膜本身水力阻力就大(或者说膜通量低)。膜孔的密度增大,膜通量也增大,表明材料的孔隙率越高越好。膜的整体阻力与其厚度成正比。还有膜孔径尺寸分布越宽,膜的选择度越差。因此任何膜的最佳物理结构都应当是:膜材料的厚度要薄,孔径尺寸分布要窄,表面孔隙率要高。可用作膜的材料种类繁多。它们在化学成分和物理结构上均变化较大,但是最重要的特性是它们如何实现物质分离的。从这个基础出发可以把膜分为致密膜和有孔膜两类(见表 2-1)。致密膜的分离在某种程度是通过透过组分与膜的膜材料之间的物理-化学反应实现的,它的选择度最高(见图 2-1)。因此反渗透、电粒的实际大小。微滤只能去除悬浮物质,通常最小颗粒的尺寸在 0.05μm左右。MBR 中的多孔膜截留的悬浮固体物质(主要是微生物),被保留于反应器中并产生澄清的出水。

2-1 水处理中的致密膜和有孔膜


2-1过滤组分与滤料空隙

根据膜材料的组成对膜进行分类则更加方便实用,通常将膜分为有机膜(聚合物)和无机膜(陶瓷和金属)两类。

无机膜目前主要是指陶瓷膜,是由 A12O3ZrO2TiO2SiO2等无机材料制备的多孔膜,其孔径为 0.150μm。陶瓷膜与同类的有机高分子膜相比具有许多优点:对具有化学侵害性液体和高温清洁液有更强的抵抗能力,可以在 pH = 0~14、压P<10MPa 、温度 <350的环境中使用,其通量高、能耗相对较低,在高浓度工业废水处理中具有很大竞争力,其主要缺点就是弹性小、价格昂贵,此外膜的加工制备有一定困难。


2-2和表 2-3列出了膜材料的实例。膜制造厂商主要生产多孔膜的。膜的价格不仅与膜的原材料有关,而且与膜孔径尺寸与孔径分布的制造难易程度有关。根据膜材料的不同和膜孔径分布的精度的不同,膜的价格变化相当大。

这些材料构成的膜的物理结构根据材料的固有性质和处理工艺的不同而不同。通常,压力驱动工艺的膜材料趋向于各向异性,它们只在某一个方向上具有对称性,所以随着膜深度的增加,其孔径也随之变化。也只有膜的最表层具有实际意义的渗透选择性,其余部分只是起机械支撑作用。

2-2 膜材料的类型


2-3 不同名称的膜材料

许多多聚物微孔膜是采用相转换法生产的。多聚物溶液被浇注成一片薄层介质,多聚物在水中沉淀而产生膜的多孔面,这一过程常常被称为凝胶化作用。膜的选择渗透性的一面则由于高聚物溶剂的蒸发而产生,生成的表层的渗透率很低,从而形成各向异性的膜结构。


2.2.2MBR膜材料

由于较高的投资成本限制了无机膜生物反应器在我国的广泛应用,国内MBR 系统普遍采用有机膜。常用的膜材料为聚乙烯、聚丙烯等。分离式 MBR通常采用超滤膜组件,截留分子量一般在 230 万。截留分子量越大,初始膜通量越大,但长期运行膜通量未必越大。膜长期运行的通量衰减主要是由于膜污染引起,膜截留分子量愈大,通量衰减幅度愈大,化学清洗恢复率愈低。


2-2 MBR膜孔径

微滤常用的聚合物材料有:聚碳酸酯、纤维素酯、聚偏二氟乙烯、聚砜、聚四氟乙烯、聚氯乙烯、聚醚酰亚胺、聚丙烯、聚醚醚酮、聚酰胺等。超滤常用聚合物材料有:聚砜( PS)、聚醚砜(PES)、聚酰胺、聚丙烯腈PAN)、聚偏氟乙烯、纤维素酯、聚醚醚酮、聚亚酰胺、聚醚酰胺等。其中使用量较大的有聚偏二氟乙烯( PVDF)、聚乙烯(PE)和聚丙稀PP)。其中聚偏二氟乙烯(PVDF)由于其优良的物理和化学性能(强度和耐腐蚀性,见图 2-3)在国内和国外用量均最大。

对于淹没式MBR,既可用超滤膜,也可使用微滤膜。由于膜表面的凝胶层也起到了过滤作用,在处理生活污水时,微滤膜与超滤膜的出水水质没有明显差别,因此淹没式 MBR多采用 0.10.4 μm孔径的微滤膜(见图 2-2)。



2-3各种有机膜材料的化学性质

2.3膜组件

2.3.1膜组件分类

膜的几何形状是决定整个工艺性能的关键。另外需要实际考虑的是单片膜本身组成膜组件的方式。单片膜的最佳几何形状,或者说是其构型,应具有以下特点:


膜面积与膜组件的容积比高;

进料侧具有高的湍流度以促进传质效果;

单位产水量能耗低;

单位膜面积价格低;

方便清洗的设计;

设计上允许模块组装。

这些特点中有些是互相矛盾的。例如提高湍流度就会引起能耗增加。还有只有在相对膜面积低的情况下直接对膜的机械清洗才有可能,因为单元容积内的膜能够接近到才行。生产一种狭窄流道的组件从而得到高的膜面积与膜组件的容积比是可能的,但是这样也会影响清洗方式和湍流度的提高。目前在膜工艺中主要有以下几种各具优缺点的膜组件形式(见表 2-4),构型或采用平板形式,或者采用圆柱形式。它们包括:

板框式膜组件;板框式是 MBR 工艺最早应用的一种膜组件形式,外形类似于普通的板框式压滤机。

优点是:制造组装简单,操作方便,易于维护、清洗、更换。

缺点:密封较复杂,压力损失大,装填密度小。

中空纤维式膜组件:中空纤维具有高压下不变形的强度,勿需支撑材料。把大量(多达几十万根)中空纤维膜装入圆筒型耐压容器内。纤维束的开口端用环氧树脂铸成管板。 外径一般为 40 250  μm ,内径为25 42μm 。在MBR 中,常把组件直接放入反应器中,不需耐压容器,构成浸没式膜- 生物反应器。一般为外压式膜组件。


2-4中空纤维膜组件

优点:装填密度高,一般可达 1600030000  m2/m3 ;造价相对较低;寿命较长;可以采用物化性能稳定,透水率低的尼龙中空纤维膜;膜耐压性能好 不需要支撑材料。

缺点:对堵塞敏感,污染和浓差极化对膜的分离性能有很大影响 ,压力降较大;再生清洗困难;原料的前处理成本高。

管式膜组件;由膜和膜的支撑体构成,有内压型和外压型两种运行方式。实际中多采用内压型,即进水从管内流入,渗透液从管外流出。膜直径在6~24mm 之间。管状膜被放在一个多孔的不锈钢、陶瓷或塑料管内,每个膜器中膜管数目一般为 418 根。管状膜目前主要有烧结聚乙烯微孔滤膜、陶瓷膜、多孔石墨管等,价格较高,但耐污染且易清洗。尤其对高温介质适用。


图 2-5管式膜组件

优点:料液可以控制湍流流动,不易堵塞,易清洗,压力损失小。
缺点:装填密度小,一般低于  300m2/m3 。
螺旋卷式膜组件:主要部件为多孔支撑材料,两侧是膜,三边密封,开放边与一根多孔的中心产品水收集管密封连接,在膜袋外部的原水侧垫一层网眼型间隔材料,把膜袋-隔网依次迭合,绕中心集水管紧密地卷起来,形成一个膜卷,装进圆柱形压力容器内,就制成了一个螺旋卷式膜组件。



图 2-6卷式膜组件



优点:膜的装填密度高;膜支撑结构简单;浓差极化小;容易调整膜面流态。

缺点:中心管处易泄漏;膜与支撑材料的粘结处膜易破裂而泄漏;膜的安装和更换困难。

2-4各种膜组件比较


2.3.2MBR膜组件

目前 MBR一般采用的是平板式和中空纤维式两种膜组件,其各种特点如下:

表 2-5 平板膜和中空纤维膜组件比较


图 2-7 中空纤维帘状膜组件

图 2-8 中空纤维膜膜丝


图 2-8  浸没式平板膜组件

截止 2006 年,据不完全统计在世界范围内运行的  MBR 达  2259 套,其中平板膜生物反应器的比例占到了  68%。然而,在中国平板膜生物反应器的工程化应用程度还很低,明显滞后于中空纤维膜生物反应器。

平板 MBR 与中空纤维 MBR 相比又具有以下明显优势:

(1)更好的抗污染性能

相比中空纤维膜生物反应器,平板膜生物反应器可以在更高的活性污泥浓度下保持高通量(通量即膜的产水量)的稳定运行。在实际使用的过程中,尽管预处理设施中会有格栅,除毛机等设备,但曝气池中还难免进入一些诸如毛发之类的物体。而我们知道在曝气的状态下膜丝始终处于一个抖动的状态,于是这些毛发很容易使膜丝缠绕在一起,当污泥浓度达到一定程度,就会出现泥坨,使越来越多的膜丝缠绕在一起,大大减少了中空纤维丝的有效膜面积,引起膜通量的急剧下降,而且此类问题也很难修复,通常只能更换。平板膜生物反应器的适用活性污泥浓度(MLSS)范围在 10000-15000mg/L,远远高于中空纤维膜生反应器,平板膜的结构,可以实现膜片之间间隙可控,便于气液混流对膜面进行在线清洗,抗污染性能优越。此外,平板膜生物反应器可以通过调节组件底部的曝气强度,通过气水混合物在膜片表面的冲刷作用,很好的清除膜表面的附着物,即便是由于某种不可知因素在膜表面产生了淤积的情况,也可以将膜片取出,通过低压水枪冲洗的方法去除,使得膜能长期有效的运行,而中空纤维则不可能通过这种方法清洗。

(2)良好的机械稳定性、无断丝现象

在实际使用过程中,中空纤维膜组件不可避免的会发生断丝现象,其中包括两种原因,一是由于纺丝过程中的缺陷导致的壁厚不均匀,当然这种情况比较少发生,且可以通过购买优质产品等手段进一步避免;二是纺丝材料疲劳引起的根部断裂。我们知道中空纤维丝在两端连接组件的地方需要用环氧树脂进行密封,由于纤维丝本身的毛细现象,肯定会在根部吸上一小段。由于曝气的原因,中空纤维在工作状态下始终会处于幅度较大的振动现象,长此以往会在其根部引起材料的疲劳,而环氧树脂本身是一种脆性材料,这种材料疲劳所导致的断丝一旦发生,往往是规模性的,而这对于膜生物反应器来说,伤害是致命的,不但会严重影响出水水质,还会导致整个组件的报废。与此不同的是平板膜的内部有无纺布作为支撑层,因此强度比中空纤维高出许多,根本不会出现类似的现象,能完全保证优质的出水水质。

(3)清洗方法更加便捷,清洗周期更长。

平板膜生物反应器可通过控制组件底部的曝气系统的曝气量,对膜片表面进行有效的水力冲刷,防止在抽吸过程中污泥在膜表面过度淤积,在运行过程中就对膜表面的污染起到控制作用。而平板膜组件的化学清洗(在线清洗)也更加简单,只需要把调配好的药剂从抽吸口回灌入膜片中,浸泡一段时间即可,不像中空纤维膜组件,需频繁地将膜组件取出进行反冲洗。同时,相对于中空纤维-膜生物反应器,平板膜生物反应器的清洗周期更长,清洗周期可达  3 个月以上,且如果工作压力始终处于比较低的状态,甚至可以不清洗。平板膜组件还可以通过物理清洗的方法使膜通量得到恢复,而这对于中空__纤维膜几乎是不可能的。

(4)寿命长,运行费用低

据不完全统计,现在市场上的中空纤维膜平均寿命为 2 年左右,意味着  2 年就会有很大的膜更换率。而市场上平板膜的平均寿命都在  5~7 年,不需频繁的更换膜片,相对来说运行费用大大降低,且保证了良好的运行状况。平板膜具有高强度的支撑体,膜损伤程度低,更换率低;同时平板膜可以实现单张更换,更换成本也相对降低。

(5)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,膜片可单张更换,无需更换支架。而中间纤维膜丝断丝达到一定数量,整个组件就报废,需更换整个膜组件,费用就将大大增加。

关于浸没式平板膜组件的使用运行介绍,请详见第 4章。

2.4MBR膜组件厂家

目前 MBR膜组件的代表厂家有:

平板膜:

代表性制造商:日本久保田、日本东丽、上海&nbsp; SINAP

中空纤维

代表制造商:美国  GE、日本三菱、日本旭化成、德国西门子、北京碧水源、天津膜天

无机膜

代表制造商:江苏久吾、法国 Orelis、美国  poll

3 MBR的设计与运行管理

3.1进水要求

膜生物反应池进水宜符合下列限值:

化学需氧量(COD)小于 500mg/L;

五日生化需氧量(BOD5)小于 300mg/L;

悬浮物(TSS)小于 150mg/L;

氨氮小于 50mg/L;

动植物油(n-Hex)小于 30mg/L且矿物油(n-Hex)小于  3mg/L;pH 6~9。

对不符合以上水质要求的污水,应进行预处理。

3.2总体要求

膜生物法污水处理工程应遵循以下规定:

a)厂址选择和总体布置应符合 《室外排水设计规范》(GB50014-2011)的有关规定。总图设计应符合 《工业企业总平面设计设计规范》(GB50187-2012)的有关规定。

b)防洪标准不应低于城镇防洪标准,且有良好的排水条件。

c)建筑物的防火设计应符合《建筑设计防火规范》(GB50016-2010)的规定。

d)污泥堆放场的设计应符合《一般工业固体废物贮存、处置场污染控制标准》(GB18599-2001)的规定。

e)运行过程中产生的废气、恶臭、废水、废渣及其它污染物的治理与排放,应执行国家环境保护法规和标准的有关规定,防止二次污染。

f)噪声和振动控制设计应符合 《工业企业噪声控制设计规范》(&nbsp; GBJ87-85)和《动力机器基础设计规范》(&nbsp;  GB50040-96)的规定,机房噪声应符合《声环境质量标准》( GB3096-2008)的规定,厂界噪声应符合《工业企业厂界环境噪声排放标准》(GB12348-2008)的规定。

g)建设、运行过程中应重视职业卫生和劳动安全,严格执行《工业企业卫生设计标准》(GBZ1-2010)、《工作场所有害因素职业接触限值 第  1&nbsp; 部分:化学有害因素》(GBZ&nbsp; 2.1-2007)、《工作场所有害因素职业接触限值 第 2  部分:物理因素》(GBZ  2.2-2007)和《生产过程安全卫生要求总则》(GB12801-2008)的规定。污水处理工程建成运行的同时,安全和卫生设施应同时建成运行,并制定相应的操作规程。

膜生物法污水处理工程应按照《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB18918-2002)的相关规定安装在线监测系统。在线监测系统的安装、验收和运行应符合《水污染源在线监测系统安装技术规范》( HJ/T353-2007)、《水污染源在线监测系统验收技术规范》(  HJ/T354-2007)和《水污染源在线监测系统运行与考核技术规范》(HJ/T355 -2007)的相关规定。

3.3工艺设计

3.3.1一般规定

膜生物法污水处理工程出水水质应符合国家和地方的排放标准及回用水相关标准。

应按污水的性质和污染物浓度,选择膜生物法的工艺类型。对易于产生膜污堵的污水,宜采用 外置式膜生物法处理系统。水质和(或)水量变化大的污水处理工程,宜设置调节水质和(或)水量的设施。

应按出水磷排放的要求,选择设置化学除磷装置。

进水泵房、格栅、沉砂池和初沉池的设计应符合《室外排水设计规范》(GB50014-2011)的规定。

膜生物法处理系统对  &nbsp;COD、BOD5、SS、氨氮的去除效率应分别在  90%、95%、99%、90%以上。

3.3.2预处理和前处理

膜生物处理系统宜设置超细格栅。

污水中含有毛发、织物纤维较多时,宜设置毛发收集器。

污水的BOD5/COD小于0.3   时,宜采用提高污水可生化性的措施。

污水进入膜生物反应池之前,须去除尖锐颗粒等硬物。

3.3.3工艺设计

浸没式膜生物法污水处理系统

A、工艺流程

针对生活污水的 MBR工艺流程,见图&nbsp; 3-1。


图 3-1生活污水的  MBR工艺流程

针对工业废水的 MBR工艺流程,见图  3-2。


图 3-2工业废水的  MBR工艺流程

针对以氨氮去除为主的 MBR工艺流程,见图&nbsp; 3-3。


图 3-3去除氨氮为主的 ; MBR工艺流程

B、设计参数

浸没式膜生物反应池污泥负荷与污泥浓度等设计参数应由试验确定。在无

试验数据时,可按表  3-1选取。

表 3-1浸没式膜生物法污水处理的设计参数



浸没式膜生物反应池的超高宜为&nbsp; 0.5m~1.0m;生物反应池的设计水温宜为12℃~38℃,北方地区冬季采取保温或增温措施应符合《室外排水设计规范》(GB50014-2011)的规定。

C、曝气系统

没式膜生物反应池曝气系统设计应符合下列规定:

a)  膜生物反应池所需空气由鼓风机提供,通过进气管将空气输入池内曝气管网;
b)  膜生物反应池宜采用射流曝气与穿孔曝气相结合的曝气方式,也可采用穿孔曝气与微孔曝气相结合的曝气方式;
c)  曝气管网应均匀布置在膜组器的下方,曝气管应密封连接,管路内无杂物;
d)膜表面清洗所需的空气量,应由试验确定。同时脱氮除磷的浸没式缺氧-膜生物污水处理系统,工艺参数应符合下列要求:
a)厌氧池污泥浓度宜为20g/L~25g/L;溶解氧浓度应不大于0.2mg/L。
b) 膜生物反应池污泥浓度宜为&nbsp;     6g/L~12g/L;膜箱内溶解氧浓度宜为
2.0mg/L,膜箱外溶解氧浓度宜为0.5mg/L。
c)污泥回流比100%~500%。
外置式膜生物法污水处理系统

外置式生物反应池容积、水力停留时间&nbsp; HRT、污泥负荷与污泥浓度、曝气系统等设计参数可参照浸没式膜生物法工程设计,超高宜为  0.3m~0.5m。膜系统设计宜参照下列参数:

a)过滤方式:错流式过滤。

b)膜系统正常运行回收率 10%~15%;

c)膜面流速为 3m/s~5m/s;

d)膜通量为 40L/m2·h~150L/m2·h;

e)操作压力为 0.2MPa~0.4MPa;

f)污泥浓度为 10g/L~40g/L。

外置式膜生物法循环浓缩池,应符合下列规定:    a)容积应能贮存膜系统正常运行 15 分钟所必须的水量; b)污泥沉淀区,深度应有 0.5m~1.5m。底部设有排泥管;  c)进水管和浓水回流管设在上部;d)大流量循环泵进水口应设在池顶–1m~–2m处。

外置式膜生物法污水处理系统,宜将曝气池混合液直接排入循环浓缩池。并从循环浓缩池底部定期排泥。

3.3.4污泥处理系统


剩余污泥的排放在条件允许时可增设流量计、污泥浓度计,用于监测、统计污泥排出量。污泥处理和处置应符合《室外排水设计规范》(GB50014-2011)的规定。

3.3.5后处理

对出水的除臭和脱色有严格要求时,可采用活性炭吸附或化学氧化处理。

对出水微生物有严格要求时,可采用氯化、紫外线或臭氧消毒。

3.4主要工艺设备和材料

3.4.1浸没式膜组器

中空纤维膜宜采用帘式或柱式,平板膜宜采用板框式;其膜组器应耐污染和耐腐蚀;膜材料宜 选用聚偏氟乙烯(PVDF)或聚乙烯(PE),也可选用聚丙烯(PP)、聚砜(PS)、聚醚砜(PES)、聚丙烯晴(PAN)以及聚氯乙烯(PVC)等;膜的孔径应在  0.01μm~0.4μm  之间;在设计条件下,中空纤维膜使用寿命不低于3年,平板膜使用寿命不低于5年。

选择膜组件应遵循以下原则: a)纯水通量 120 L/m2·h~750L/m2·h(10kPa);b)膜孔分布均匀,孔径范围窄;  c)抗氧化性强;d)耐酸碱;e)机械稳定性好,延伸率小于10%。

膜的设计运行通量:中空纤维膜可按 12L/m2·h~30L/m2·h&nbsp; 取值;平板膜可按16L/m2·h~50 L/m2·h取值。

膜组器的结构应简单,便于安装、清洗和检修。焊缝检验应符合GB/T12469&nbsp; 的规定。膜组器的支撑材料应防腐,宜选用不锈钢或其它耐腐蚀材料。

膜组器布置

a)平面布置 膜组器应均匀分布于曝气池内,膜组器两边与池壁距离不应小于 300mm。b)高程布置以正常运行时的最低水位为基准,膜组器顶部至水面之间距离不应小于  400mm;散气管(膜组件底部)至曝气池地面之间距离不应小于  300mm;应合理设计膜生物反应池内的水流循环通道,使处理水的流向形成通过膜组件的向上流循环。

膜出水系统

膜组器可采用抽吸水泵负压出水,也可利用静水压力自流出水,但应保持出水流量相对稳定。应本着高效、节能的原则,选配抽吸泵:

a)设定膜组器的运行频率,即泵间歇运行的开、停时间(如:出水 9min,停止 1min)。开停比应 通过试验设定。由此计算出膜组器每天实际运行小时数。

b)流量:膜系统设计流量÷每天实际运行小时数×安全系数(安全系数取值1.2~1.5)。

c)吸程:应包括最大工作膜压&nbsp; +管路损失+高位差(膜区水面到水泵轴线或管道最高点距离)+水泵系统损失(2m~3m)。

每台抽吸泵可对应多个膜组器。多台抽吸泵工作时,宜考虑备用原则。

小型MBR工程宜采用自吸泵,大、中型MBR工程宜采用真空泵、气水分离罐和离心泵代替。

出水系统应设置在线监测压力表、流量计和浊度仪。

膜清洗系统

在线清洗

a)在线清洗系统包括加药泵、药液罐、管路系统、计量控制系统。

b)清洗频次:中空纤维膜每月不宜少于一次,平板膜可2~3个月一次。

c)在线清洗药剂宜采用  NaClO(膜制造商有特殊要求的除外),药剂用量按2.0  L/m2·次配制,另加管道容积量。药剂浓度宜为1‰~3‰。

d)在线清洗时,停止产水;停止曝气;启动反洗泵, 30min~40min  把清洗药液全部输入膜内;浸泡  20min~30min;排出废清洗液。废清洗液排入废液储存池或污水预处理池。

离线清洗

a)离线清洗设备包括清洗槽、吊装设备、曝气系统;

b)清洗频次:宜半年到一年一次;

c)离线清洗药剂宜采用 NaClO+NaOH(重量比为 1:1)、柠檬酸,药剂浓度宜为 3‰~5‰。(膜制造商有特殊要求的除外)。

d)废清洗液经活性炭或投加亚硫酸氢钠还原处理后,返回预处理装置。应根据膜的机械性能确定膜组器的反冲洗工艺。

曝气系统

曝气的风量应同时满足生物处理需氧量和减缓膜组器污染的要求。气水比宜通过试验确定,或参照膜制造商提供的气水比设计。

曝气设备应兼有供氧、混合等功能,宜选用射流曝气、鼓风潜水曝气等。

射流曝气器应符合《环境保护产品技术要求&nbsp;  射流曝气器》( HJ/T263-2006)的规定;鼓风潜水曝气器应符合《环境保护产品技术要求 鼓风式潜水曝气机》(HJ/T260-2006)的规定。

设计风机台数应考虑备用原则。

排泥系统

排泥管和污泥泵的设计应符合《室外排水设计规范》( GB50014-2011)的规定。

3.4.2外置式膜组器

管式膜组件组装的膜组器,壳体宜由不锈钢或 U–PVC制造;膜的孔径宜在

0.03μm~0.5μm 之 间;最高运行温度宜为 60℃;在设计条件下使用寿命应不低于 5年。

中空纤维膜组件组装的膜组器,壳体宜由 U–PVC 或  PVC&nbsp; 制造;最高运行温度宜为 45℃;膜组器的出水管应设置化学清洗用的清洗液接口。增压设备

由管式膜组装的管式膜系统,宜由大流量循环泵(卧式)推动出水。循环泵的进水流量应为该 系统产水流量的  6 倍~9 倍。进水压力宜选择  0.2MPa~0.4MPa。

中空纤维膜组装的管式膜系统,进水泵宜为卧式离心泵。流量宜为设计进水流量。进水压力宜选择 0.1MPa~0.2MPa。

膜清洗系统

a)清洗系统宜由药液泵、药液罐、管路系统、计量控制系统组成;

b)清洗频次,宜 30min~120min反冲洗一次,每次冲洗时间宜为&nbsp; 20s~30s;化学清洗通常每月不少于一次。

c)化学清洗药剂,碱清洗宜采用  NaClO+NaOH((重量比为&nbsp; 1:1)),碱洗药剂浓度宜 1‰~2‰,酸清洗宜采用盐酸或柠檬酸,盐酸浓度宜为  2‰~3‰,柠檬酸浓度宜为 3‰~5‰。

3.5检测与过程控制

3.5.1检测设施运行应平稳、可靠,并配置相应的检测仪表和控制系统。根据工程规模、工艺流程、运行管理要求确定检测和控制的内容。

自动化仪表和控制系统应保证处理设施的安全和可靠,方便运行管理。参与控制和管理的机电设备应设置工作和事故状态的检测装置。监控膜系统的

压力和流量;进水 pH值应控制在 ; 6.5~8.5之间; 终端应设置  pH、化学需氧量、悬浮物、流量等检测设备和仪表。

电气柜柜体无变形、漆面无损伤;防护等级   IP55。元、器件选择、内外布线、安全接地保护、设备短路保护、过载保护、绝缘电阻值均应符合《电气控制设备》(GB/T3797-2005)的要求。电线、电缆选择应符合 《机械安全机械电器设备第 1部分:通用技术条件》(GB5226.1-2008)的要求。

3.5.2过程控制

生物反应池控制

生化系统宜设溶解氧检测仪和水位计,大、中型污水处理厂,宜增设污泥浓度计。污泥浓度计宜设置在好氧池平稳段。

厌氧池的溶解氧浓度应控制在  0.2mg/L  以下,缺氧池的溶解氧浓度应控制在 0.2mg/L~0.5mg/L,好氧池的溶解氧浓度不宜小于 2.0mg/L。

污泥浓度控制

浸没式中空纤维膜生物反应池污泥浓度宜控制在  3g/L~10g/L,平板膜生物反应池污泥浓度宜控制在&nbsp; 6g/L~20g/L。

浸没式缺氧-膜生物反应池污泥浓度宜控制在 6g/L~12g/L。

外置式膜生物处理系统循环浓缩池污泥浓度宜控制在 10g/L~40g/L。

自动控制系统

整套设备系统应采用可编程序控制器(PLC)自动控制加面板按钮操作。

大型膜生物污水处理工程应采用集中管理、分散控制的自动控制系统。中、小型膜生物污水 处理工程的主要处理工艺单元,应采用自动控制系统。采用成套设备时,设备本身控制宜与系统控制结合。

系统控制装置应具有手动和自动两种方式。控制柜面板上应设有水泵、风机、电磁阀等运行状态的显示灯,以及表示膜堵塞的信号灯。

系统自动运行时应具有下列功能:

a)膜生物反应池,水位下降到设计低水位时:抽吸水泵自动停止,水位上升至设计高水位时恢复 运行;小型(设备化)工程膜生物反应池,水位上升至设计高水位时进水泵自动停止,水位下降到设计低水位时进水泵恢复运行。

b)膜堵塞造成抽吸水泵负压上升至  0.04MPa 时报警,上升至&nbsp; 0.05MPa  时抽吸水泵自动停止。

c)自动进行周期性产水和膜清洗。

3.6主要辅助工程

3.6.1建构筑物

污泥贮存场应符合《一般工业固体废物贮存、处置场污染控制标准》(GB18599-2001)的规定。

设计、建设、运行过程中应执行《工业企业卫生设计标准》    (GBZ1-2010)、《工作场所有害因素职业接触限值 第 1部分:化学有害因素》(GBZ2.1-2007)、《工作场所有害因素职业接触限值 第  2 部分:物理因素》(GBZ2.2-2007)和《生产过程安全卫生要求总则》(GB12801-2008)的规定。

建构筑物设置防护栏杆并采取防滑措施,应符合《民用建筑设计通则》(GB50352-2005)的规定。

小于等于   500m3/d  的污水处理宜设备化,宜采用钢结构或其他结构的MBR设备。

3.6.2电气系统

电压等级与用电负荷

高、低压电压等级应与其供电的电网电压等级相一致。接地系统宜采用三相五线制系统(TN-S)。用电负荷为二级负荷。配电设备布置中央控制室的仪表电源应配备在线式不间断供电电源设备( UPS)。变电所低压配电室的配 电设备布置,应符合《10kV及以下变电所设计规范》(GB50053-94)的规定。

3.7施工与验收

3.7.1施工

施工前准备工作应按工程设计图纸、设备图纸等技术文件要求,编制施工方案。

应进行施工组织设计,明确施工质量负责人和施工安全负责人,经批准后实施。

工程建设、施工安装和调试应符合《建设工程质量管理条例》的要求。施工材料、零部件、膜组器等应符合国家现行标准和设计要求,并有供货商的合格证,严禁使用不合格产品。设备安装应符合《机械设备安装工程施工及验收》(GB50231-2009)的规定。

膜组器的安装应做好必要的防护,防止划伤、脱水,且安装后应及时注水。

管道工程的施工和验收应符合《给水排水管道工程施工及验收规范》(GB50268-2008)的规定;混凝土结构工程的施工和验收应符合《混凝土结构工程施工质量验收规范》( GB50204-2011)的规定;构筑物的施工和验收应符合《给水排水构筑物施工及验收规范》(GBJ141-90)的规定。

各种机电设备安装后按使用说明书试车并满足相关要求。

水质在线监测系统的安装应符合《水污染源在线监测系统安装技术规范》(HJ/T353-2007)的规定。

塑料管道阀门的连接应符合《玻璃钢 /聚氯乙烯(FRP/PVC)复合管道设计规定》(HG20520-92) 规定,金属管道安装与焊接应符合《工业金属管道工程施工规范》(GB50235-2010)的要求。

竣工验收

工程竣工后,建设单位应将有关设计、施工和验收的文件立卷归档。

3.7.2验收

工程验收膜生物法污水处理工程竣工验收应执行《建设项目(工程)竣工验收办法》。

膜生物法污水处理工程竣工验收具体要求宜参照《城市污水处理厂工程质量验收规范》(GB50334-2002)执行。

泵站、风机房、膜组器等都应按设计的最多开启台数作  48小时运转试验,水泵和污泥泵的流量和机组功率应作测定,有条件的应测定其特性曲线。

进口设备除参照国内标准外,必要时应参照国外标准和其它相关标准进行验收。

仪表、化验设备应有计量部门的确认。

变电站高压配电系统应由供电局组织电检、验收。环境保护验收

膜生物法污水处理工程投入使用之前,建设单位应向环境保护行政主管部门提出环境保护设 施竣工验收申请。经环境保护行政主管部门批准后试运行。

膜生物法污水处理工程环境保护验收应按照《建设项目竣工环境保护验收管理办法》和工程环境影响评价报告的批复进行。

环境保护验收前应结合试运行进行性能测试,性能测试报告可作为工程竣工环境保护验收的技术支持文件。性能测试报告内容包括:

a)按设计流量全流程通过所有构筑物,测试并计算各构筑物的工艺参数;

b)测定膜生物反应池内混合液悬浮固体平均浓度( MLSS)及挥发性悬浮固体平均浓度与悬浮固体平均浓度的比值(MLVSS/MLSS);

c) 膜生物反应池进、出水水质化验,项目包括:  pH、SS、色度、COD、BOD5、氨氮、总氮、总磷、石油类;

d)统计平均每天进水量、用电量和各分项用电量;

e)计算膜生物法污水处理成本(元/吨水)。

3.8运行管理

3.8.1一般规定

膜生物法处理城镇污水时,污水处理设施的运行、维护及安全管理参照CJJ60执行。

膜生物法污水处理工程在运行前应制订设备台账、运行记录、定期巡视、交接班、安全检查等管理制度,以及各岗位的工艺系统图、操作手册和维护规程等技术文件。

操作人员应熟悉膜生物法处理工艺技术指标和设施、设备的运行要求;经过技术培训和生产实践,并考试合格后方可上岗。

各岗位的工艺系统图、操作手册和维护规程等应示于明显部位,运行人员应按操作手册进行系 统操作,并定期检查构筑物、设备、电器和仪表的运行情况。

工艺设施和主要设备应编入台账,定期对各类设备、电气、自控仪表及建(构)筑物进行检修维护,确保设施稳定可靠运行。

运行人员应遵守岗位职责,坚持做好交接班和巡视。

应定期检测进出水水质,并定期对检测仪器、仪表进行校验。

污水处理工程运行中应严格执行经常性和定期安全检查,及时消除事故隐患。

各岗位人员在运行、巡视、交接班、检修等生产活动中,应做好相关记录。

3.8.2水质管理

膜生物法污水处理工程应设水质检验室,配备检验人员和仪器。检验人员应经培训后持证上岗,并应定期进行考核和抽检。检验方法应符合《城市污水检验方法标准》(CJ/T51-2004)的规定。

膜生物法城镇污水处理工程污水正常运行检验项目与周期,应符合  《城镇污水处理厂运行、维护及安全技术规程》(CJJ60-2011)的规定。

膜生物法有机污水处理工程的检验项目与周期,可参照  《城镇污水处理厂运行、维护及安全技术规程》(CJJ60-2011)执行。

在线监测系统的运行维护应符合《污染源在线监测系统运行与考核技术规范》(HJ/T355-2007)的规定。

应定期检测各生化池的溶解氧浓度和混合液悬浮固体浓度,当浓度值超出规定的范围时,应及时调节曝气量。

3.8.3设备管理

通用设备

对鼓风机和关键控制元器件(电磁阀、液位控制器)等通用设备进行日常维护。并进行周期性的保养和维护。

鼓风机应及时清洗进气口的滤网,同时应检查空气管路上阀门是否开启正常。

定期对水泵加注润滑油,更换盘根或检修。同时检查进水管路是否通畅。

膜系统

膜系统运行前,须排除膜组件和出水管路中的空气。

当污水中含有大量的合成洗涤剂或其它起泡物质时,膜生物反应池会出现大量泡沫,此时可采取喷水的方法解决,但不可投加硅质消泡剂。

膜生物反应池出水浑浊,应重点检查膜组器和集水管路上的连接件是否松动或损坏,如有损坏应及时更换。

生化过程管理

活性污泥的培养和驯化,可分为间歇培养和连续培养:

间歇培养:在生物反应池内接种一定量的活性污泥,开启鼓风机曝气,控制溶解氧在   2.0mg/L~2.5mg/L范围内,随时检测溶解氧、pH值、MLSS,用显微镜观察生物相变化,检测上清液化 学需氧量达到设计去除率时,即培养出成熟的活性污泥。

连续培养:生物反应池内有一定量的活性污泥,连续培养数日,活性污泥即可达到设计浓度。

4膜污染

4.1膜污染的定义及危害

4.1.1膜污染的定义及分类

膜污染是指与膜接触的料液中的微粒、胶体粒子或溶质大分子与膜存在物理、化学、生化作用或机械作用,在膜面或膜孔内吸附、沉积以及微生物在膜水界面的积累,造成膜孔径变小或堵塞,使膜产生透过流量与分离特性大幅度降低的现象。

膜污染可以有很多种分类方式:就膜组件本身而言,膜污染分为膜外部污染和膜内部污染,外部污染是指污染物质沉积在膜表面形成滤饼,造成膜通量的下降。滤饼的组成是复杂而变化的,包括部分活性污泥、胶体物质和由金属离子形成的水垢;内部污染是指污泥混合液中的有机大分子物质和大量细菌被吸附在膜面上和膜孔中,形成致密的膜面沉积层,而且膜孔中是有利于细菌生长的微环境,细菌大量滋生造成膜孔堵塞,加重了膜污染。根据污染物的化学和生物性质,将膜污染分为无机污染、有机污染和微生物污染。无机污染由结垢引起,以碳酸钙和硫酸钙居多;有机污染包括溶解性有机物质、胞外聚合物和污水中胶体物质;微生物及其代谢产物引起的污染则直接与污泥混合液有关,表现为污泥粘度的变化和膜面生物膜的形成,这些都导致了膜通量的减少

4.1.2膜污染的危害

膜污染直接导致膜通量的下降,膜使用寿命大大缩短,从而提高了  MBR的运行成本。

4.2膜污染的来源

当前,对于膜生物反应器的研究主要集中在膜污染上,相关研究表明,膜污染物质的积累过程分为两步:(1)初期污染:由于浓差极化造成初始膜通量下降,混合液中溶解性物质造成膜保留侧溶质的积累,产生较小渗透能力的膜面表层。(2)长期污染:由于溶质吸附和粒子沉积造成膜表面溶质浓度较高,导致凝胶层在膜表面形成,胶体粒子迁移至膜表面,从而形成沉积,减小了水力渗透性和膜通量。

4膜污染

4.1膜污染的定义及危害

4.1.1膜污染的定义及分类

膜污染是指与膜接触的料液中的微粒、胶体粒子或溶质大分子与膜存在物理、化学、生化作用或机械作用,在膜面或膜孔内吸附、沉积以及微生物在膜水界面的积累,造成膜孔径变小或堵塞,使膜产生透过流量与分离特性大幅度降低的现象。

膜污染可以有很多种分类方式:就膜组件本身而言,膜污染分为膜外部污染和膜内部污染,外部污染是指污染物质沉积在膜表面形成滤饼,造成膜通量的下降。滤饼的组成是复杂而变化的,包括部分活性污泥、胶体物质和由金属离子形成的水垢;内部污染是指污泥混合液中的有机大分子物质和大量细菌被吸附在膜面上和膜孔中,形成致密的膜面沉积层,而且膜孔中是有利于细菌生长的微环境,细菌大量滋生造成膜孔堵塞,加重了膜污染。根据污染物的化学和生物性质,将膜污染分为无机污染、有机污染和微生物污染。无机污染由结垢引起,以碳酸钙和硫酸钙居多;有机污染包括溶解性有机物质、胞外聚合物和污水中胶体物质;微生物及其代谢产物引起的污染则直接与污泥混合液有关,表现为污泥粘度的变化和膜面生物膜的形成,这些都导致了膜通量的减少。

4.1.2膜污染的危害

膜污染直接导致膜通量的下降,膜使用寿命大大缩短,从而提高了 ; MBR的运行成本。

4.2膜污染的来源

当前,对于膜生物反应器的研究主要集中在膜污染上,相关研究表明,膜污染物质的积累过程分为两步:(1)初期污染:由于浓差极化造成初始膜通量下降,混合液中溶解性物质造成膜保留侧溶质的积累,产生较小渗透能力的膜面表层。(2)长期污染:由于溶质吸附和粒子沉积造成膜表面溶质浓度较高,导致凝胶层在膜表面形成,胶体粒子迁移至膜表面,从而形成沉积,减小了水力渗透性和膜通量。

4.2.1污泥浓度

膜生物反应器运行过程中,膜污染物质来源于污泥混合液,其成分主要包括微生物菌群及其代谢产物,废水中的有机大分子、小分子,溶解性物质和固体颗粒。上述物质对膜通量产生很大影响。由于膜的截留作用,反应器内污泥具有较高的污泥浓度和污泥停留时间。随着污泥浓度的增加,活性污泥更容易在膜表面沉积,从而加快了膜污染速度,导致膜过滤阻力增加,进而降低了膜通量;同时,污泥浓度升高,污泥粘度也随之升高,膜通量也会减小;再者,反应器内污泥浓度过高,还会造成污水粘度增大,影响氧气的传质效率。因此要对反应器内污泥浓度进行严格控制,污泥浓度过高或者过低都会对出水水质产生不利影响。

4.2.2溶解性有机物质近年来,溶解性有机物产物( SMP)对膜污染的贡献越来越得到重视。以腐 殖质、多糖、蛋白质等物质为主要成分的溶解性微生物产物,主要产生于微生物的基质分解过程和内源呼吸过程,其中高分子物质的含量较高且可生物降解性差,因此,在膜生物反应器中会产生积累。溶解性微生物产物极易堵塞膜孔,并容易沉积在膜表面形成凝胶层;溶解性微生物产物的过高积累不仅有可能降低膜过滤出水的水质稳定性,而且有可能影响污泥活性,引起严重的膜污染。膜生物反应器中的   SMP  主要由微生物代谢及细胞破碎释放的胞外聚合物(EPS)等物质,或者称之为溶解性  EPS,其分子量分布一般在  1000~100000左右。研究表明,EPS与&nbsp; SMP之间呈显著正相关,随着&nbsp; EPS浓度的增大,SMP急剧增加。因此,EPS是引起反应器内&nbsp; SMP累积的决定性因素。

4.2.3微生物污染

胞外聚合物对膜污染的影响胞外聚合物( EPS)在污泥处理系统中对污泥的絮凝性能、沉降性能、脱水性能以及重金属吸附性能产生很大影响。胞外聚合物是微生物在一定环境条件下,在其代谢过程中分泌的包围在微生物细胞壁外的多聚化合物,其主要物质为蛋白质和多糖。胞外聚合物不但可以在膜生物反应器内积累,而且会在膜表面积累,从而引起混合液粘度和膜过滤阻力的增加。膜表面的胞外聚合物直接改变沉积层的孔隙率和结构,胞外聚合物和细微颗粒一并沉积并吸附在膜表面,形成粘结性很强的凝胶层,研究发现胞外聚合物浓度每增加  50mg/L,膜通量减小  70%;各种生物状态的活性污泥中,胞外聚合物含量和膜污染之间存在线性关系,并且胞外聚合物中蛋白质和糖类的比例不同,超滤的膜通量也不同,膜通量随着蛋白质比例的增加而减小。胞外聚合物过高或过低都会加剧膜污染,因此存在一个最佳胞外聚合物浓度,使污泥过滤性能最佳。

丝状菌对膜污染的影响

丝状菌对膜污染也有很大的影响,在污泥絮体中丝状菌数量过多或者过少对  MBR  系统的运行都能产生不利影响。这是因为丝状菌的密度对活性污泥性质影响很大,而这些性质是影响膜通量的根本因素。如果污泥絮体附着数量极少的丝状物,则它们体积会很小,从而引起严重的膜孔堵塞;而如果这些絮体附着的丝状物很多,就会在膜表面形成不透水的泥饼层。过多的丝状菌很容易导致胞外聚合物(EPS)的大量滋生,从而产生低的   ZETA  电位和较强的疏水性,因此会引起膜污染。丝状菌与膜表面污染物形成过程及结构、附着形式密切相关,丝状菌以黏着、穿透膜材料等固定形式,增加膜表面污染物的附着强度。立体网状结构形式的丝状菌对膜表面污染物的形成、污染物的结构具有重要作用,严重影响膜生物反应器的处理能力及膜清洗的效率。由此我们得知,当污泥絮体中附着适当数量的丝状菌时有利于膜的渗透性。

4.3影响膜污染的因素

膜污染的形成主要受膜固有性质、MBR  运行条件、污水特性等因素的影响。

4.3.1膜固有的性质

膜污染程度与膜的材质、结构、膜孔径大小及分布、疏水性、表面粗糙度及膜表面荷电性等有关。

4.3.2 MBR运行条件

如料液的流速、操作压力、温度、曝气速度、MLSS、污泥停留时间(SRT)水力停留时间(HRT)等。

从微生物角度对膜污染进行研究将逐渐成为研究的热点,胞外聚合物(EPS)和溶解性微生物产物( SMP)对膜污染有重要影响,可以通过调节固体停留时间(SRT)、水力停留时间( HRT)、负荷来控制微生物特性,进而缓解膜污染。丝状菌过多或者过少都会对膜产生污染,引起泥饼层的形成和膜孔的堵塞;同时丝状菌过多,引起污泥膨胀,会使胞外聚合物大量繁殖,也会对膜污染造成影响。

4.3.3污水特性

在  MBR  中泥水混合液的特性直接影响到膜的污染程度和膜的使用寿命,如反应器中污泥的浓度、pH值、泥水混合液的粘度、及菌胶团的大小及特性等。引起膜污染的主要因素是污泥,污泥浓度过多或者过少都会使膜产生污染。在膜生物反应器运行中,存在一系列最佳值,如经济曝气强度、经济曝气量、临界污泥浓度等。在这一系列最佳值的状态下运行,膜生物反应器能达到最佳的处理效果,并且能降低膜污染的程度,延长膜的清洗周期和膜的更换时间,从而降低了膜生物反应器的能耗,降低了成本。但应该指出的是,在实际运行过程中,很难使以上各种运行参数都处于最佳状态。

4.4膜污染的控制

4.4.1预防膜污染改良膜的性质

对于疏水性膜可以通过膜材料的化学改性将其转变为亲水性膜,常用的化学方法有接枝、共聚、交联、等离子或者放射性刻蚀和溶剂预处理等。

膜组件的选择

膜组件的优化设计包括膜材质、膜结构的优化选择、膜组件的合理布置等。膜材质可根据料液的特性决定,对于有机膜来说,膜通常是由高分子材料做成,其本身带有荷电基团,根据同性相斥原理,选择和料液颗粒物电荷相同的材料制作膜组件可减少膜对污染物的吸附。也有研究发现,由亲水性材料制成的膜与水分子问能形成氢键,可在膜表面形成一层有序的水分子层结构,这对保护膜免受污染具有积极的作用。疏水性膜的表面与水分子间则无氢键作用,而水要透过膜是一个耗能过程,所以水通量小,膜易被污染。纤维素是一种亲水性很好的高分子物质,纤维素类膜材料是一种应用最早也是现在应用最多的膜材料。对于膜结构来说,一般对称结构较不对称结构更易堵塞,中空纤维比双皮层膜抗污染能力强。膜组件的布置方式应结合水力形态的特征综合考虑,合理确定膜组件与空气扩散器之间的距离,以保证在一定曝气量下获得较高的液体上升速率,减少污泥层在膜面的积累。而且在设计膜组件时不仅要提高膜的过
滤通量,还要使膜易于清洗,膜组件的特性如膜丝的松紧度、长度和直径对膜的过滤性能也有影响。

优化膜分离操作条件

对于分置式  MBR ; 来说提高料液流速大大提高了泥水混合液对膜表面的剪切力作用可以降低浓差极化和沉积层的形成提高水通量。在浓差极化现象不严重的情况下可通过提高操作压力来提高透水率。但压力不是越高越好因为随着压力的提高膜表面凝胶层越易形成,加重膜污染 。因此可以操作条件的优化可以按下列进行:

(1)通量的选择

通常情况下,膜组件在一定的运行工况下存在着一个临界膜通量。所谓临界膜通量就是指确保MBR工艺长期稳定运行不出现膜穿透压力急剧增加的膜出水通量。当实际采用的膜通量低于临界膜通量时,膜过滤压力保持平稳且膜污染可逆;反之,膜过滤压力迅速上升而不能趋于稳定,膜污染的可逆性显著下降。实践表明,在较低通水量过滤时设备操作稳定、能耗较小,膜污染上升速率慢。

(2)操作与过滤方式

间歇操作指对于一体式MBR,在抽吸数分钟后,再停下来空曝气, 这样在上升气流的作用下冲刷膜表面,有利于降低浓差极化的形成, 同时沉积在膜表面的污染物也会在上升气水流的带动下脱离膜表面回到主体泥水混合液中,这也有利于降低膜污染。

错流过滤,是指滤液沿着膜表面流动,对膜表面有一定的剪切作用, 降低了膜表面的层流层的厚度,防止了污泥在膜表面的沉积,提高了滤速和透水率,减缓了膜污染。而死端过滤泥水混合液直接向膜表面运动,很容易在膜表面沉积,造成严重的膜污染。

(3)曝气强度

在好氧MBR中,曝气的目的除了为微生物供氧以外,还使上升的气泡产生紊动水流来清洗膜表面和阻止污泥聚集,以保持膜通量稳定,因此所需曝气量较高。研究表明,大量气泡以较高速度穿过中空纤维膜组件,在这个过程中气体夹带的水流不断冲刷膜表面,使其处于剧烈紊动状态,避免了凝胶层的增厚和堵塞物质的积累,大大延长了膜清洗周期。同时这种紊动作用还从两方面减缓了浓差极化现象。但是曝气量也不宜过大,也有研究发现,在进水颗粒粒径分布相同的情况下,当反应器内的剪切力增大时会导致膜表面沉积的颗粒粒径减小,使滤饼的结构更加致密,从而使膜过滤阻力增加。

(4)适宜的温度温度

对膜的过滤分离过程也有影响,升高温度有利于膜分离过程的进行,这主要是由于温度变化引起污泥混合液粘度的变化所致。此外,提高温度不仅降低了污泥混合液的粘度,而且还改变了膜面上污泥层的厚度和孔径,从而改变膜的通透性。但是温度不能太高,否则会破坏微生物的活性(大部分微生物在20~30℃时活性强),并造成能量浪费。

改善污泥混合液的特性

与膜直接接触的污泥混合液是膜污染的根本原因,有关污泥混合液性质对膜污染的影响有很多,包括污泥浓度、组成和沉降性能等。一般认为膜通量随污泥浓度的升高而下降,污泥浓度越高, 污泥越容易在膜表面形成污泥层,导致膜污染。污泥浓度过高,会使  EPS&nbsp; 浓度增加,而加速凝胶层的析出。在曝气强度一定的条件下,存在着临界污泥浓度。反应器中污泥浓度控制在临界污泥浓度范围内时,污泥絮体可以在膜表面形成比较稳定的动态膜,既能防止细小颗粒及胶体进入膜孔,又可破坏浓差极化、抑制凝胶层的析出。所以在确保出水水质的前提下,控制反应器中的污泥浓度在临界污泥浓度范围可减少膜污染。

膜生物反应器中膜污染的物质来源是活性污泥混合液,其成分包括微生物菌群及其代谢产物、污水中的有机大分子、小分子、溶解性物质和固体颗粒等,每一部分都对膜产生污染。因此对污泥混合液进有效预处理,使其达到膜组件的进水要求,  是防止膜污染的重措施之一通常采用的预处理方法:化学絮凝、过滤、pH值调节、臭氧处理等。

4.4.2清洗方法膜

清洗有物理清洗、化学清洗等方法。对于不同形式的膜污染,应采用不同的清洗方法。

物理方法

物理清洗主要是指水力清洗,包括水外洗和反冲洗。水外洗主要去除膜表面的污泥和黏附性差的沉积物;反冲洗则是施加反向压力使膜孔扩张,通过清洗水的反向冲刷,使得膜孔中堵塞物和膜表面沉积层得到一定程度的去除。一般包括:水反冲洗、海绵球清洗、空气反吹清洗、空曝气清洗超声波清洗、电清洗等

化学方法

化学清洗包括碱洗和酸洗,通常是根据膜的污染程度,用氧化剂(次氯酸钠等)、酸(盐酸、硫酸、硝酸等)、碱(氢氧化钠等)、络合剂、表面活性剂、酶、洗涤剂等化学清洗剂对膜进行浸泡和清洗,是一种去除膜污染的相对最有效的方法。通过碱洗可以有效清除膜面的有机污染物,酸洗则可以将膜面水垢溶解去除,对于处理生活污水,碱洗比酸洗效果明显。

物理-化学清洗

MBR  工艺的实际运行中,单纯的物理或化学清洗方法并不能最大限度地消除膜污染,取得最大的膜比通量,通常采用多种清洗方法的组合使用。物理-化学清洗是将物理清洗和化学清洗相组合以提高清洗效果的一种方法。例如实际中往往采用多种清洗方式的组合对膜进行清洗,先水洗、后碱洗、再酸洗、最后水洗是有效的方法,一般可使膜的通透能力恢复 90%以上。

5浸没式平板膜组件

5.2浸没式平板膜组件的特点

浸没式平板膜组件包含曝气箱和膜元件箱组成。膜元件箱装有一定数量的按一定的间隔装填的膜元件,每片膜元件是在支持板的两面贴上平板膜而形成的。曝气箱体包括了提供空气的曝气管(如图5-1所示)。这就是在  MBR中使用的膜组件。






图 5-1 浸没式平板膜组件

(1)膜元件形状



膜元件是由具有竖直放置的支撑板作为夹层的平板膜组成(如图 5-2&nbsp; 所示)。从膜元件底部曝气管不断进入的气泡对膜表面进行有效的清洗(如图 5-3  所示)。因为这一机理使得活性污泥不易在膜表面沉积,从而保证了过滤的稳定进行。


5-2平板膜元件的结构


5-3活性污泥的过滤原理

2)膜的材料

采用了PVDF(聚偏氟乙烯)作为膜材料和PET无纺布作为基层的复合膜构造保证了膜的物理强度和化学稳定性。

3)膜结构

PVDF膜表面上孔的直径小而均匀,相对于其它厂商的膜而言,PVDF膜不仅可生产高质量的产水还具有卓越的透水性能,并且可以防止膜孔的污堵。

5.2浸没式平板膜组件使用注意事项

5.2.1开箱和安装

在吊装膜组件壳体时,应确认吊钩或者吊链是否与壳体相联接,慢慢地向正上方起吊防止膜组件壳体会发生摇晃。严禁任何人员位于膜组件下方。

在吊装膜组件壳体时,应使用和膜组件重量相匹配的吊钩或者吊链。

在安装膜组件时,应准备脚手架。绝对不容许在壳体上攀登。采用必要的保护器具以保证施工人员的安全。

在储存和使用膜组件时,需要采取必要的措施来防止膜元件收到损坏,例如严禁将组件放置于膜组件之上或者防止膜元件与其它物品碰撞。

避免将膜组件长时间放在 40或者更高的温度环境下也或者是阳光直射的场所。

从运输到运行开始的整个过程中,严禁焊接熔断剪切等作业产生的火花与膜组件接触。

防止膜组件受冻。

避免在产水端施压。

为了保护膜、防止堵塞,请使用 3mm以下的筛网为膜生物反应器的原水进行预处理。

5.2.2运行和维护

禁止饮用透过水。

处理水要回收再利用时,应根据其使用目的对处理水进行水质分析。

在燃烧使用后的膜元件时,会发生氟化氢(HF)气体。需要采用专业的处理设备处置膜元件。

在向反应池内加入清水之前打开排气阀,排掉膜元件内的空气。进完水后关闭排气阀。

建议不要采用地表水取代清水进行操作,如果地表水中含有大量的铁、锰、钙和硅时,可能会导致膜堵塞。

不要进行过量的清水测试,清水操所可能会导致膜堵塞。

清水操作后请保持膜的湿润状态。膜干燥后可能会导致透水量的下降。

5.2.2运行和维护

禁止饮用透过水。

处理水要回收再利用时,应根据其使用目的对处理水进行水质分析。

在燃烧使用后的膜元件时,会发生氟化氢(HF)气体。需要采用专业的处理设备处置膜元件。

在向反应池内加入清水之前打开排气阀,排掉膜元件内的空气。进完水后关闭排气阀。

建议不要采用地表水取代清水进行操作,如果地表水中含有大量的铁、锰、钙和硅时,可能会导致膜堵塞。

不要进行过量的清水测试,清水操所可能会导致膜堵塞。

清水操作后请保持膜的湿润状态。膜干燥后可能会导致透水量的下降。

请使用 5mm以下的筛网为加入反应池中的污泥进行预处理。

曝气量下降或变的极不规律或停止曝气时,绝对不能过滤,否则会造成膜表面堵塞。

不能在反应池中加入对活性污泥有不良影响的化学药剂、毒品、油分或其它物质。

即使在膜组件的使用条件范围里,也请尽量避免温度,pH,膜压压差等参数的突然变化。

经常性的检查和更换需要更新的部件。

防止膜组件受冻

在将膜组件取出进行维护后立即重新开始过滤,在将膜组件取出进行维护时,需要使膜一直处于湿润状态。膜干燥后可能会导致透水量的下降。

5.2.3膜元件的化学清洗

清洗所使用的药品可能含有触及人体时会造成伤害的物质。使用药品时,请务必非常小心地带好保护眼镜、手套等保护用具后进行操作。请务必确认药品 MSDS的内容。

如果化学药品接触到皮肤或者衣服时,请立即使用大量清水冲洗。

如果化学药品进入到眼中,请立即使用大量清水冲洗,并就医。

在进行化学清洗时,一旦发现任何异常情况,请立即停止清洗作业。

采用加药泵直接注入药剂有时会使膜元件内部压力(10kPa以下)来加药剂时,会对膜组件或膜元件产生影响,上升,造成损伤。必须以重力方式投加药剂。

化学药品应该保存在阴凉处,避免阳光直射。

为了避免被腐蚀,请根据槽来盛放药品。

次氯酸钠不得与重金属或酸混合。请特别注意当它与酸混合后会产生有毒的氯气。

请勿将草酸或柠檬酸与次氯酸钠混合。它们混合后会产生有毒的氯气。

5.3浸没式平板膜的运行

5.3.1标准时间表

在过滤运转中,存在简便的连续过滤运转以及间歇的过滤运转两种方式。

在间歇的过滤运转状态下,过滤和停止的反复操作,而曝气是连续进行的,如图5-4所示。当过滤暂停时,曝气仍然连续。没有抽吸时的曝气可以实现有效的膜面清洁。尽管过滤的启动和停止需要控制设备,当需要获得高通量时,推荐并鼓励使用间歇过滤运转。推荐的间歇过滤设定:9min运转,1min停止。


图5-4运转时间

5.3.2标准运转流程图



关于膜元件的标准化的运转流程图(过滤运转部分),自然水头运转和泵的抽吸运转的流程如(1)、(2)所示。另外,关于附带设备如(3)所示。

(1)自然水头运转从反应池的液面开始到过滤水出水口间的高度差所引起的自然水头作为进行过滤运转的驱动力(如图  5-5所示)。为了利用自然水头,将过滤水出水口设置在相对膜生物反应器的液面较低的位置。(通常,以元件的最下端高度计算)过滤水配管推荐使用如图   5-5&nbsp; 所示的贯通膜生物反应器的过滤水出水口连接方式。对于不贯通槽、而是跨越槽壁的配管场合,使用一种虹吸管作用的设备(自吸泵等)是非常必要的。另外,在过滤水出水口处,为了在过滤停止时,使配管水封,设计U型管部件。



图5-5自然水头运转


出水控制阀的开度由流量计自动控制。此外,如果反应池内的水位到达下液位时,停止过滤出水;如果到达上液位时,停止进原水。原水流量的波动通过调节池来解决(图中没有给出),调节池的容量要能够满足原水水量的波动调节。

为了聚集配管内的空气,有效减少自然水头损失,自然水头运转时,请务必实施  1 次/日的抽空气操作。贯通壁的过滤水出水口连接场合,过滤停止时,打开排气阀排除空气。推荐使用自动排气阀。跨越槽壁的配管场合,请使用一种设备来抽空气从而保证虹吸。


(2)泵抽吸运转利用泵抽吸进行过滤运转如图 5-6所示。




图5-6泵抽吸运转

出水控制阀的开度由流量计自动控制。此外,如果反应池内的水位到达下液位时,停止过滤出水;如果到达上液位时,停止进原水。原水流量的波动通过调节池来解决(图 中没有给出),调节池的容量要能够满足原水水量的波动调节。

(3)附属设备 关于前面所述流程图记载的设备,概要如下。而且,对于膜组件的运转,除了这里记载的条目以外,还有其他必要的机器,为了使用这些系统要做一些准备。

(a)格栅 为了保护膜、防止堵塞,请使用 3mm  以下的格栅为膜生物反应器的原水进行预处理。

(b)流量控制装置 在出水管路设置流量控制装置(流量调节开关等),控制出水流量。多个膜组件运 转的场合,推荐每个系列都设置流量控制装置。

(c)压差计 在出水管和膜生物反应器内,设置压力表,测定膜间压差(压力表设置在相同高度,这样可以直接测定膜间压差)。多个膜组件运转的场合,推荐每个系列都设置压差计。

(d)曝气用空气供给装置(鼓风机等)用曝气管供给曝气空气。每一台膜组件的空气供给量请选定膜组件方法的标准曝气量。

(e)曝气空气流量计 测定用曝气管供给曝气的空气量。多个膜组件运转的场合,推荐每个系列都设置曝气空气流量计。

(f)过滤水抽吸泵 泵抽吸运转的场合,过滤水抽吸泵是必要的。请选定与必要的扬程、流量相应的自吸泵。

(g)液位计液位计是要求设置在膜浸没池中控制液位的。

5.5.3膜生物反应器内的配置

膜生物反应器内的旋回流的线路如图  5-7  的箭头标记所示。旋回流是由于从曝气管开始的空气供给所产生的元件块中部的上升流,和元件块两侧的下降流形成。

为了利用这种旋回流现象,使得膜面清洁、污泥混合搅拌,得到有效的旋回流,在膜组件槽内配置时保留适当的间隙是非常重要的。

图  5-7 及图 5-8  显示的是膜组件三维视图情况下,膜生物反应器内配置的侧面图和平面图。参考本图,请检查并设置膜生物反应器内配置参数   W1、W2、W3、a、b的范围。

5-7水深方向的配置



图5-8反应池内膜组件的平面布置

(1)W1:380~680mm

(2)W2:430~730mm

(3)W3:在考虑配管的连接和维护等的基础上,尽可能的设置成与槽壁间没有空隙。(通常400mm间隔)

(4)a:从元件上端到膜生物反应器(运转时的下限)水位的距离在500mm  以上时运转。

(5)b:架台等设置时,从膜生物反应器底面到曝气管下表面的距离要在400mm以下。

5.5.4  配套管件连接

关于膜组件的曝气管、集水管的连接配管,如(1)、(2)所示。

(1)曝气管配管

连接曝气管的配管,使用法兰( A)连接曝气设备和曝气箱(如图   5-9  所示)。为了 在管路堵塞时拆卸配管,在液位以上的管路使用法兰(B)进行连接。

另外,在从鼓风机开始的配管的中间,请安装上清洗曝气管用的分支管路和阀门。确保分支管路安装于液位以上 500mm  的范围内。建议安装自动阀门来实现自动清洗。关于曝气管的清洗方法请参照5.7.2。



图5-9曝气管的配置





(2)集水管配管

关于集水管配管的连接,从膜生物反应器向下取出过滤水的实例见图  &nbsp;5-10,从膜生物反应器向上取出过滤水的实例见图 5-11。

在自然水头运转场合下,推荐使用从膜生物反应器向下取出过滤水的配管连接方式。 在泵抽吸运转的情况下,当泵的设置位置比膜生物反应器高时,推荐使用从膜生物反应器向上取出过滤水的配管连接方式;当泵的设置位置比膜生物反应器低时,推荐使用从膜生物反应器向下取出过滤水的配管连接方式。

无论是采用从膜生物反应器向上、还是向下的出水方式,在过滤水真空阀和集水管之间介入分支配管,安装上注入药液用的真空阀和抽空气用的真空阀


图 5-10向下取水方式

图 5-11向上取水方式

5.4浸没式平板膜组件的设置方法

5.4.1设置准备

(1)确定将膜放入需要安装的生物反应池的搬运计划,如搬运路线等。

(2)准备好从卡车上把膜卸下的设备(铲车、吊车、拖车等)。

(3)安装前反应池内的施工应已完成,并请检查清扫工作。大块的垃圾(混凝土块、 切削屑粒、零碎材料)等不得残留在槽内,请务必将其除去。

5.4.2膜元件的拆卸

将膜元件从卡车上卸下时,请使用铲车、吊车或拖车等设备。包装样式和货样吊装的方法如下所述。

(1)出货时,膜元件部分、曝气部分为分别捆扎。

(2)吊起膜元件部分时,请把吊钩完全挂上吊环后水平地上吊。请小心不要损坏膜元件的导流管及曝气管,作业时确保安全。

5.4.3膜组件的检查

搬出膜组件后,请再次检查以下事项。

(1)出货单中记载的物品已全部搬出。

(2)运输等中没有受到损伤。

(3)保护层没有松开。

5.4.4膜组件的保管方法

请在避免阳光直射的室内平放保管,温度在&nbsp; 5~40℃范围内。 从搬入到开始运行为止的整个过程中,为了防止膜元件等的损坏,请十分小心保管。特别在可能有焊接、溶接、熔断、磨床等发出的火花的场合,请覆盖上防火层等保管,以免碰到火花。另外,在施工期间不得不在室外存放时,请尽量控制在短期,并遵循以下事项良好保管。

(1)5~40℃范围内;

(2)不得冰冻;

(3)防止雨水淋湿;

(4)不得浸水;

(5)避免阳光直射。

5.4.5膜组件的安装顺序

安装膜组件时,请按以下(1)~(4)的顺序进行。 在安装前反应池内的施工应已完成,并请检查清扫工作。大块的垃圾(混凝土块、切削屑粒、零碎材料)等不得残留在反应池内,请务必将其除去。关于安装定位,请参照厂家的 MBR组件组装图。

(1)曝气部分的安装(底部安装的情况)&nbsp; 请用锚将曝气部分固定在生物反应池。该安装中,曝气管的水平很重要。为了能给予各个膜元件的膜面均一的旋转流,请保持曝气管的水平,尽量使各曝气孔的空气放出量均等。因此,曝气部分的上部应固定在纵向、横向的水平度 3/1000以下。

(2)曝气管配管的联接 曝气管运送时附有无孔法兰盘。每个曝气部分有两个曝气配管的连接位置,请将无孔法兰盘加工成合适的法兰盘将两个位置都连接上。另外,事前将各配管安上法兰盘。曝气配管联接好后,曝气部分浸没在清水中,开始供给曝气空气。确认曝气部分内各个曝气部分间曝气无偏离,调整水平度。

(3)膜元件部分的安装膜元件的安装,根据膜组件类型按照厂家指定的顺序进行。

(4)集水管配管的联接集水管在出货时附有无孔法兰盘,请加工该无孔法兰盘使成为合适的法兰盘。根据膜组件的类型按以下顺序联接。又尽量使集水管两端安有的托座的高度能够微调整。为了防止集水管内空气跑出,请上下调整两端的托座,成过滤水流出侧高度较高的斜面。另外,请在集水管配管联接前进行过滤水配管的冲洗和漏水检查。请勿在膜元件的透过侧加压,否则的话,可能会导致膜组件的损坏。

5.5浸没式平板膜组件的调试

5.5.1清水运行

(1)检查和设置清水运行前,请先进行以下检查准备工作。

(a)请再次确认空气管、污水管的正确连接。

(b)确认膜元件箱体在曝气箱上已固定好。

(c)确认膜组件放置的反应池内已清洗完毕。打开保护盖。泥土和灰尘可能会对损坏膜组件。

(d)将清水放入池内之前,打开空气排放阀,排出膜元件中的空气。

(e)将清水(自来水或过滤水)放至运行水位。

(f)放水完毕后,将空气排放阀关闭。

注意:

在向反应池内加入清水之气。进完水后关闭排气阀 前打开排气阀,排掉膜元件内的空气。

建议不要采用地表水取代清水进行操作,如果地表水中含有大量的铁、锰、钙和硅时,可能会导致膜堵塞。

(2)清水运行

请按以下要领进行清水运行。

(a)曝气鼓风机启动后,请确认曝气量和曝气的均匀性。清水运行时可能会有泡沫产生。这种现象可能是由于膜中含有的不溶性的可生化的亲水性物质导致的。可以不管这一现象而继续运行。

(b)一台鼓风机对多台膜组件送风时,应供给保证各个膜组件的空气量相同。如果有 严重的不同,请检查管道构造(接口管粗细等)和各送气管情况,使送气量达到一致。

(c)清水调试时,请检查控制设备的性能。

(d)清水调试时,请测定设计过滤水量(通常时及最大、最小流量时)下的膜间压差、水温,并进行记录保管。

(e)清水调试时,性能测试结束后,请马上停止过滤和曝气。

注意:

不要进行过量的清水测试,清水操所可能会导致膜堵塞。

清水操作后请保持膜的湿润状态。膜干燥后可能会导致透水量的下降。

5.5.2种泥的投加

必须进行种泥的投加。如果不进行种泥投加,直接用膜分离原水,可能较早地产生膜的堵塞。

请按以下要点实施种泥的投加。

(1)请预备好处理同种废水的种泥。推荐采用 MLSS浓度在  &nbsp;20000mg/L左右的种泥。

(2)投加种泥后紧接着开始投入原水。请通过微细格栅(缝隙  5mm  以下)等来投入,从而去除夹杂的物质。(3)种泥投入的量应能使膜浸没槽 MLSS浓度在  7000mg/L以上。

注意:

请勿使用接种剂。

投入种泥时,请务必使用微细格栅(缝隙 ; 5mm以下)等来除去泥中的杂物。

5.5.3运转开始

种泥投加完毕后,首先开始曝气,接着开始过滤运行,同时开始原水供给。过滤水量稳定时,请测定、记录下实际运行的过滤水量下的膜间压差、水温。运行管理相关的事项在后面进行说明。

5.6浸没式平板膜组件的运行管理

5.6.1标准运行条件

膜组件的标准运行条件如表 5-1所示。为了保持良好的处理能力,必须确保 MLSS浓度、黏度、DO(溶解氧)及pH 等处 理条件在合适的范围。原水中含有较多的夹杂物或粗粒的 SS(悬浮物质),以及油脂成分比重较大时,必须进行适当的前处理。又必须添加消泡剂来除去膜分离槽内的泡时,请使用不易积垢的酒精类消泡剂。此外,表   5-1  所示的为标准的运行条件,并不是适合各种废水处理的条件范围。使用环境(特别是污泥性状)不同时,可能会有所差异。

5.6.2  运行管理项目

膜组件的运行性能随原水水质和所设运行条件变化而变化。为了维持稳定的运行,推荐进行各项管理项目的数值等的记录,从而把握膜组件的运行性能的变化和特征。

以下为运行管理项目的示例。

(1)曝气量

(2)空气出口压力

(3)透过水流量或膜过滤流速

(4)膜间压差(TMP)

(5)透过水水质(BOD、COD、浊度、T-N、T-P等)

(6)反应池水温

(7)原水水质(BOD、COD、浊度、T-N、T-P等)

(8)剩余污泥排除量

(9)DO(溶解氧浓度)

(10)膜浸没槽  pH

(11)MLSS

(12)污泥粘度

(13)污泥沉降性能(SV60或  SVI120)

5.6.3  膜生物反应器的日常检查

为了膜组件的稳定运行,曝气状态及生物处理的稳定尤其重要。请实行以下所示的日常检查。

(1) 跨膜压差

检查跨膜压差的稳定性。跨膜压差的突然上升表明膜堵塞的发生,这可能是不正常的曝气状态或污泥性质的恶化导致的。这种情况发生时,检查下列参数并采取必要的行动,例如膜组件的化学清洗。


(2) 曝气状态

检查曝气空气量是否为标准量、以及是否为均一曝气。发现曝气空气量异常、有明显的曝气不均一时,请进行必要的措施:如除去曝气管的结垢,检查安装情况,检查鼓风机以及调整曝气等。

注意:曝气量下降或变的极不规律或停止曝气时,绝对不能过滤,否则会造成膜表面堵塞。

(3)活性污泥的颜色及气味正常的活性污泥的颜色及气味为茶褐色有凝集性、无令人不快的气味。如果外观及 气味不是这种状态时,请适当地对&nbsp; MLSS、污泥黏度、DO、pH、水

温、BOD负荷等数值进行检查。

(4)MLSS

正常的  MLSS 在 7000~18000mg/L。没有满足该条件的场合,可能无法达到既定性能,因此请适当地调整&nbsp; MLSS 范围:MLSS&nbsp; 过低时,可采用投入种泥或停止污泥排放等措施; MLSS  过高时,可采取增加通向污泥浓缩停留池等的污泥排放量等措施

(5)污泥粘度正常的污泥应在  250mPa*s  以下。没有满足该条件的场合,可能无法达到既定性能,因此请调整到正常的粘度范围:过高时,可采取更新污泥、增加排向污泥浓缩停留池的污泥排放量等措施。

(6)DO正常的 DO 是膜生物反应器内均为 1mg/L  以上。没有满足该条件时,如果未超过最大曝气量,可采取调整曝气条件等必要的措施。

(7)pH正常的  pH 为 6~8。没有满足该条件的场合,可能会发生无法达到既定性能的情况,请添加酸或碱来调整&nbsp; pH。

(8)水温正常的水温为 15~40℃。没有满足该条件的场合,可能会发生无法达到既定性能的情况,因此如有可能请采取冷却、保温等必要措施。

(9)水位请检查膜生物反应器的水位是否在正常范围内。发生异常时请进行以下检查:

①液面计的检查,

②透过水泵的检查,

③膜元件膜间压差的检查等。

5.7维护管理

5.7.1维护管理项目及实施频率为了维持膜组件的性能,维护管理项目及其实施频率按以下所述进行。

(1)曝气管的清洗(频率:每天一次)

(2)膜元件的药液清洗(频率:同一过滤流量下跨膜压差比初期稳定运行时的跨膜压 差高  5kPa&nbsp; 时,或者每半年一次,择两者间更短时间内进行一次药液清洗。)

(3)出水管的更换(频率:大约为每 3年一次,但因使用情况各异)

更换出水管时,请使用指定的型号。

更换出水管时,将出水管牢固的插入出水口根部。

更换出水管时,避免对膜元件和集水管进水口用力过度,防止损坏。

5.7.2曝气管的清洗方法

曝气装置的曝气孔阻垢可能会造成曝气不均匀和膜的堵塞。为了防止膜的堵塞,请每天进行一次曝气管的清洗(建议设置自动阀进行曝气管的自动清洗)。清洗时,通过打开排空气阀释放曝气管内的压力使污泥逆流进入曝气管内,通过流经曝气管内的空气将污泥排出。曝气管清洗流程

(ⅰ)停止过滤运行。

(ⅱ)关闭阀门 V1。

(ⅲ)打开清洗用阀门 V2。通过该操作使膜浸没槽的污泥从曝气孔中逆流进入曝气管,同空气一起被排放。

(ⅳ)保持阀门 V2开  1秒钟。

(ⅴ)关闭阀门 V2,接着打开 V1。

(ⅵ)用同样的方式清洗另一条管路。

(ⅶ)关闭阀门 V3。

(ⅷ)打开清洗用阀门 V4。通过该操作使膜浸没槽的污泥从曝气孔中逆流进入曝气管,同空气一起被排放。

(ⅸ)保持阀门 V4开  1秒钟。

(ⅹ)关闭阀门 V4,接着打开 V3。

(ⅹⅰ)重新开始过滤。



5-12曝气管清洗示意


5.7.3膜元件的化学清洗

当跨膜压差上升过大时,需要进行化学清洗。当膜表面的孔堵塞时,这样的压力上升就会发生。化学清洗的周期如下所示:

(1)同一过滤流量下膜间压差比初期稳定运行时的膜间压差高  &nbsp;5kPa  时,或者每半年一次,择两者间更短时间内进行一次药液清洗。
(2)当跨膜压差上升很快时,尽早进行药液清洗。尽早进行的化学清洗可以有效的去除膜表面的孔堵塞。
(3)如果 6 个月内,膜间压差高 ; 5kPa  时,观察花费了多长时间。使药液清洗常规化,这能有效延长膜的寿命。
5.7.4使用的药品
使用的药品及其标准使用条件如表  5-2  所示。请选择与污染物质对应的药品。表 5-2清洗所用的标准药品及其使用条件

5.7.5药品的使用操作

清洗使用的药品可能含有触及人体时会造成伤害的物质,因此请在仔细阅读药品的产品安全手册( MSDS)的基础上,务必装备有保护眼镜、手套等保护用具,操作时请非常小心作业。附着到皮肤时,请按照 MSDS进行该药品对应的处理措施。

1)次氯酸钠溶液/NaClO

操作上的注意事项

(a)请避免通风换气不充分、避开高温物体、火花等,避免与酸的接触。

(b) 请勿进行使容器颠倒、掉落、被撞击或过度拉动等粗暴的操作。

(c)请勿擅自造成粉尘或蒸气,以免发生泄漏、溢出、飞洒等事件。

(d)使用后请密闭容器。

(e)操作后,请仔细清洗手、脸等部位,并漱口。

(f)指定场所以外请勿饮食、抽烟。

(g)请勿将手套及其他已污染的护具带入休息场所。

(h)操作场所无关者禁止入内。

(i)请穿着合适的护具,以免吸入药品和眼睛、皮肤及衣服接触到药品。

(j)操作场所在室内时,请使用局部排气装置。

②保管上的注意事项

(a)避免日光的直接照射,请于阴暗处保管;密闭保存,避免与空气的接触。

(b)储液槽请采用耐腐蚀的容器。

(2)草酸/(COOH)2

①操作上的注意事项

(a)远离强氧化剂、强碱。

(b)请勿进行使容器颠倒、掉落、被撞击或过度拉动等粗暴的操作。

(c)请勿擅自造成粉尘或蒸气,以免发生泄漏、溢出、飞洒等事件。

(d)使用后请密闭容器。

(e)操作后,请仔细清洗手、脸等部位,并漱口。

(f)指定场所以外请勿饮食、抽烟。

(g)请勿将手套及其他已污染的护具带入休息场所。

(h)操作场所无关者禁止入内。

(i)请穿着合适的护具,以免吸入药品和眼睛、皮肤及衣服接触到药品。

(j)操作场所在室内时,请使用局部排气装置。

②保管上的注意事项

(a)避免日光的直接照射,请于通风良好尽量阴凉的地方密闭保管。

(b)储物槽请采用耐腐蚀的容器。

(3)柠檬酸/HOOCCH2C(OH)   (COOH)CH2COOH

①操作上的注意事项

(a)远离强氧化剂、强碱。

(b)请勿进行使容器颠倒、掉落、被撞击或过度拉动等粗暴的操作。

(c)请勿擅自造成粉尘或蒸气,以免发生泄漏、溢出、飞洒等事件。

(d)使用后请密闭容器。

(e)操作后,请仔细清洗手、脸等部位,并漱口。

(f)指定场所以外请勿饮食、抽烟。

(g)请勿将手套及其他已污染的护具带入休息场所。

(h)操作场所无关者禁止入内。

(i)请穿着合适的护具,以免吸入药品和眼睛、皮肤及衣服接触到药品。

(j)操作场所在室内时,请使用局部排气装置。

②保管上的注意事项

(a)避免日光的直接照射,请于通风良好尽量阴凉的地方密闭保管。

(b)储物槽请采用耐腐蚀的容器

警告:

清洗所使用的药品可能含有触及人体时会造成伤害的物质。使用药品时,请务必非常小心地带好保护眼镜、手套等保护用具后进行操作。请务必确认药品 MSDS的内容。

如果化学药品接触到皮肤或者衣服时,请立即使用大量清水冲洗。

如果化学药品进入到眼中时,请立即使用大量清水冲洗,并就医。

化学药品应该保存在阴凉处,避免阳光直射

次氯酸钠不得与重金属或酸混合。请特别注意当它与酸混后会产生有毒的氯气。

请勿将草酸或柠檬酸与次氯酸钠混合。它们混合后会产生 毒的氯气。

5.7.6膜元件的药液清洗方法

(1)膜元件的化学清洗流程 将药液沿透过水导流管徐徐注入充满膜元件,使药液从膜的里侧向外侧渗出。药液注入时,请利用自然水头。根据药液槽的不同设计位置,由图依次进行说明。

①药液箱处于较低位置时的药液清洗流程按图&nbsp; 5-13依次进行表述。

(a)请确认药液阀门已关闭、药液泵已停止。

(b)药液箱内药液调整到给定状态。

(c)停止过滤运行、关闭透过水阀(继续曝气)。

(d)确认已打开药液泵、确认药液的循环。

(e)徐徐打开药液阀,开始注入药液。

(f)注入给定量的药液,注入终了后停止药液泵。

(g)放置给定时间(1~3小时)。

(h)关闭药液阀,打开透过水阀,重新开始过滤运行。

注意:由于开始运行初期时的透过水中残留有药液,请将其返送回原水池。无法返送时,请根据使用场所的环境来实施废液处理。

图5-13药液箱处于较低位置时的药液清洗流程

②药液箱处于较高位置时的药液清洗流程按图&nbsp; 5-14依次进行表述。
(a)请确认药液阀门已关闭。
(b)药液储槽内药液调整到给定状态。
(c)停止过滤运行、关闭透过水阀(继续曝气)。
(d)徐徐打开药液阀,开始注入给定量的药液。
(f)注入后,放置给定时间(1~3小时)。

(g)关闭药液阀,打开透过水阀,重新开始过滤运行。

注意:由于开始运行初期时的透过水中残留有药液,请将其返送回原水池。

无法返送时,请根据使用场所的环境来实施废液处理。


图5-14药液箱处于较高位置时的药液清洗流程

(2)膜元件药液清洗操作时中的注意事项
(a)请使用重力方式进行药液注入,压力控制在 10kPa  以下。如果直接通过泵注入,压力可能会在  10kPa  以上,将导致膜元件的损坏。因此绝对请勿如此操作。
(b)请在膜元件处于浸没状态下进行注入。为了确保操作者的安全,请确保水面到膜元件上部的水深在&nbsp; 500mm以上。
(c)药液清洗时,曝气搅拌也应继续。但是,药品种类等的影响会导致膜浸没槽产泡。这时请下调曝气量。
(d)药液温度越高,则冲洗效果越好。但是温度请勿超过  40&nbsp; 度。另一方面,温度太低时,无法发挥冲洗的效果,可能会无法恢复膜性能。因此,请尽量保持膜浸没槽内的温度在较高的水平。

(e)药液冲洗结束时,膜元件内及透过侧配管中会残留药液。再次进行过滤运行时,在药液对过滤水水质的影响消失前,请将过滤水返送到原水或者作为废水进行处理。

注意:如果将药液直接通过药液泵等注入,膜元件内的压力上升,从而可能导致膜元件的破损;因此请务必采用重力方式注入(供给压力&nbsp; 10kPa  以下)。药液冲洗时,请在膜浸没槽液面到膜元件上部的水深超过500mm状态下,即膜元件被浸没的状态下进行药液注入。

5.7.7膜组件的取出

取出膜组件时,请按以下顺序操作。

(1)将膜生物反应器内的活性污泥全部排出。

2)仅取出膜元件区时,请取下集水管配管。若曝气区也需要取出时,请也取下曝气管配管。

(3)仅取出膜元件区时,请卸下曝气管区的联结螺拴。这样才能取出膜元件区。

(4)若曝气区也需要取出时,请卸下固定锚。这样才能取出曝气区。

注意:在将膜组件取出进行维护后立即重新开始过滤,在将膜组件取出进行维护时,需要使膜一直处于湿润状态。膜干燥后可能会导致透水量的下降。

5.8故障的处理方法

膜元件的故障一般有:曝气异常、膜间压差上升以及透过水流量减少、透过水质恶化。以下所示为针对各种情况而产生的问题、原因和处理方法。

表5-3  问题、原因和处理方法


*1)即使原因是软管的问题,膜元件内部也可能有污损,因此膜元件也要封住。

*2)对配管连接部分和焊接部位进行泄漏检查而进行加压操作时,请勿改变膜元件 的压力。

6 MBR的优化与改进

6.1节能降耗

膜生物反应器能耗的特点城市污水处理厂消耗的能源主要包括电、燃料及药剂等潜在能源,其 中电耗占总能耗的 60%~90%,具体电耗分布情况因工艺和管理水平的不 同而有差异。由于电耗在总能耗中占有很大的比重,故如何降低电耗也就 是节能的重点。而MBR工艺除了具有污水处理厂常规废水生物处理工艺的能耗特点外,还有其自身能耗特点。

MBR 泥水分离过程必须保持一定的膜驱动压力,其次是MBR池中MLSS浓度非常高,要保持足够的传氧速率,必须加大曝气强度,还有为了加大膜通量、减轻膜污染,必须增大流速,冲刷膜表面,造成MBR的能耗要比传统的生物处理工艺高。根据实际运行来看,目前常规分离式   ;MBR  运行能耗为3~4 kWh/m3,淹没式MBR运行能耗为0.6~2.0kWh/m3,高于活性污泥法

的0.3~0.4 kWh/m3。研究结果表明:能耗是造成MBR运行费用高的主要原因。


膜生物反应器能耗的分配比例膜生物反应器主要能耗的来源有:膜清洗曝气鼓风机、生化工艺曝气鼓风机、污泥回流泵、抽吸泵和提升泵和缺氧区搅拌器,不包括预处理和消毒处理,
其中膜清洗曝气占系统能耗的 34%,生化工艺曝气占  42%,污泥回流占 10%,抽吸泵和提升泵占 4%,缺氧区搅拌占 9%,其它能耗约为 1%。降低膜生物反应器能耗的主要途径从膜生物反应器主要能耗的来源来看,膜清洗曝气和生化工艺曝气占总能耗的76%,是MBR工艺节能降耗的重点研究对象。建议通过工艺设计,设备选型和运行管理三个方面来降低 MBR工艺的能耗。

6.1.1从工艺设计方面降低能耗

流量控制方式影响 MBR的能耗

流量控制方式影响膜的面积和能耗。对于采用MBR工艺的污水处理厂,可设置调节池来平衡流量变化,减少峰值流量时膜元件的使用量,从而减少了生化反应和膜元件清洗所需的气量,可节能约50%。也可通过改变膜通量来解决流量变化问题,峰值流量时增加膜通量也可减少膜的使用面积而减少能耗。以某污水处理厂为例:设计处理水量Q=68000m3/d,峰值流量系数 K=1.5,较高时通量42Lmh,较大日通量33Lmh,平均通量23Lmh。对比后发现通过流量调节,节能非常明显。

强化预处理,减少MBR能耗

对于大型的污水处理厂,都会采取一定的预处理工艺来去除部分COD,减少生化池容积和需氧量,从而减少电耗。但不同的预处理工艺,其节能效果也不一样。有研究表明:采用初次沉淀池,可去除30%左右的COD,节能达 35%;采用水解酸化或 AB工艺,可去除40%左右的COD,节能达50%;采用厌氧或化学沉淀,可去除60%左右的COD,节能达75%。故选用合适的预处理工艺能降低 MBR能耗。

虽然细格栅对 COD的去除率较小,但对MBR而言,其作用是非常重要的。细格栅能截留污水中较小的悬浮物,纤维等杂质,有效预防膜元件的堵塞与损伤,减少膜空气清洗强度而降低能耗。

优化MBR污泥回流系统

对于脱氮除磷的MBR而言,一般都有污泥回流和混合液回流。膜池的污泥回流使所有反应池的MLSS浓度接近,好氧池的硝化液回流到缺氧池进行脱氮,缺氧池回流到厌氧池进行除磷。目前国外多采用三段回流,如图6-1所示,其流程如下



通过改进,在膜池后增加脱氧池,降低膜池出水中的溶解氧浓度,直接回流到缺氧区进行反硝化脱氮,其流程如下:




回流系统改进后,如图6-2 所示,在保证出水水质的前提下,减少了45%的提升水量,进而减少总能耗 4%左右。但此流程没有充分利用膜池中饱和溶解氧量,导致部分能量的浪费。

6.1.2从设备选型上降低能耗

生化曝气系统对于MBR工艺的污水处理厂而言,鼓风曝气系统电耗一般占全厂电耗的76%左右,是全厂节能的关键。最主要的节能途径就是提高鼓风机效率和氧利用率,从而减小供气量,达到降低能耗的作用。

1)采用高效率的鼓风机 提高鼓风机的效率,对全厂的节能降耗是至观重要的。根据目前使用的鼓风机来看,各种鼓风机的效率各不相同,必须根据实际需要来选择合 适的鼓风机。例如鼓风机的效率从 60%%提高到 70%,则节省电耗 14%左右。由于鼓风机&nbsp; 24小时连续运转,节能效果非常的明显。

2)鼓风机采用变频调速技术由于鼓风机的风压是一定的,风量只能靠出气阀调节,实际生产过程中出气阀的开度一般只有50%-70%,如果采用变频调速系统控制风量,节能效果很显著。例如风机功率为 110kw 时,采用变频调速前,电流为120~ 130A,采用变频调速技术后,电流为70~80A,则可节省电耗0%左右。此外采用变频调速技术轴承等的机械磨损减少,寿命延长,维修工作量减少,而且电机可以软启动,对电网的冲击大幅减少。

3)采用微孔曝气器微孔曝气器可以减小气泡尺寸,增大表面积,提高氧的利用率,减少风量。以天津东郊污水厂和纪庄子污水厂为例,采用微孔全面曝气,比穿孔管曝气节电 20%以上。

膜空气清洗曝气系统

1)提高膜通量和采取流量调节措施,都可以减少膜元件的使用数量,从而达到减少膜清洗所需的空气量。

2)膜元件的结构形式影响膜清洗所需的空气量。例如平板膜空气清洗所需的气量约为中空纤维膜清洗所需的气量的&nbsp;  2-3  倍,电耗明显高于中空纤维膜。据报道,国外最新开发的一种单端固定的中空纤维膜,其空气清洗所需的气量约为两端固定的中空纤维膜气量的  30%-50%,进一步的减少了膜清洗所需的空气量,对降低全厂的能耗具有重要意义。

6.1.3从运行管理上降低能耗

1)回收膜池的溶解氧。在  MBR&nbsp; 工艺中,膜池的溶解氧浓度较高,一般为5.0-6.0mg/L,如果直接回流到缺氧池,造成缺氧池反硝化脱氮不能正常进行。若是经脱氧后回流到缺氧池,造成能量的浪费。通常将膜池的污泥回流到好氧池,使溶解氧得到再次利用,可减少鼓风机的供气量,降低曝气系统能耗。例

如将设计处理水量为 Q,膜池的污泥以4Q回流到好氧池,在理论上而言,在不考虑鼓风机的供气量时,好氧池的DO浓度达2.0-2.5mg/L,可满足生化需氧量。但在实际运行中,膜池溶解氧的利用率只有30%左右,可减少污水处理厂总能耗 12%左右。

2)采用间歇运行。研究表明,间歇运行可有效控制膜污染,从而降低曝气强度,节省能耗。在抽吸过滤时,悬浮固体和溶解性有机物均会在膜表面沉积,停止过滤时,膜表面的沉积污泥因曝气和扩张作用脱离膜表面,但并不是停抽时间越长越有利于膜污染的控制。一方面,停抽时间越长,系统的产水率下降,

需要增加更多的膜面积来维持产水量;另一方面,曝气只能减少沉积在膜表面的沉积污泥,由于溶解性物质进入膜孔道引起的堵塞和膜表面的凝胶层大部分属于不可逆污染,因此在恒流出水时,长时间停抽并不能有效控制膜污染。

3)控制曝气强度。在MBR工艺中,曝气的目的除了为微生物供氧之外,大量气泡以较高速度穿过中空纤维膜组件,气体夹带的水流对膜面起冲刷作用,使膜表面处于剧烈紊动状态,避免了凝胶层的增厚和堵塞物质的积累,大大延长了膜化学清洗周期。因此膜清洗时曝气量较高,气水体积比为25:1以上,明显高于传统处理工艺,但曝气强度过大时,不仅使曝气能耗线性增加,还会破坏污泥絮体中微生物、无机颗粒和胞外多聚物之间的相互关系,导致菌胶团解体,使膜表面沉积的颗粒粒径减小,滤饼的结构更加致密,从而使其膜过滤阻力增加,膜污染加剧,缩短膜过滤周期。因此在保证出水水质的前提下,不可过度的曝气。

6.1.4结论

对于  MBR&nbsp; 工艺的污水处理厂而言,通过工艺设计、设备选型和运行管理的改进与优化,可以获得非常明显的节能降耗效果:优化工艺设计可节能30%左右,设备选型可节能40%左右,改进运行管理模式可节能15%,不仅可创造可观的经济效益,也使MBR工艺在技术上更加先进和成熟,在经济上逐步获得发展的优势为 MBR技术的推广提供了有力的支持。

6.2脱氮除

MBR脱氮除磷潜力分析

MBR工艺是将现代膜分离技术与生物处理技术有机结合起来的一种新型高效污水处理及回用工艺,因其特有的高污泥浓度和生物种群多样性的特征,在提高生物脱氮除磷效率方面具有较大潜力。在 MBR中,污泥停留时间( SRT)可以不依赖于水力停留时间( HRT)而单独加以控制,即可以通过膜的截留作用,在不增加池容的前提下延长 SRT,可保证如硝化菌这类生长速度缓慢的微生物在系统中被完全保留,满足硝化菌的生长周期要求。同时,通过DO控制和强化生物段的功能,在MBR中还发现存在反硝化除磷菌( DPB),在脱氮的同时也能有效除磷。此外,膜过滤取代了传统生物工艺中的二沉池,使反应器结构简单,占地面积小,还可获得高质量的出水并同用。因此将生物脱氮除磷工艺与膜分离技术相结合,形成具有脱氮除磷功能的MBR具有广阔的应用前景。

6.2.1MBR生物脱氮

MBR生物脱氮工艺及其处理效果根据硝化与反硝化是否在同一个反应器内发生可将 MBR脱氮工艺分为单一反应器间歇曝气MBR脱氮工艺和厌氧—好氧MBR脱氮工艺。单一反应器间歇曝气MBR脱氮工艺采用序批式反应器( SBR)的运行方式,通过限制曝气和半曝气运行方式在时间序列上实现缺氧 —好氧的组合;而厌氧—好氧MBR脱氮工艺类似于传统的厌氧—好氧脱氮工艺,前置反硝化在缺氧条件下运行,含碳有机物的去除、含氮有机物的氧化和氨氮的硝化在好氧条件下运行。SBR运行方式能强化传统膜生物脱氮性能,氨氮和总氮去除率分别为   92.2%和91.5%,采用SBR运行方式的MBR的脱氮稳定性优于传统MBR。在好氧条件下,氨氮经过硝化作用转化为硝态氮和亚硝态氮,废水中总氮的含量没有发生变化,为了提高总氮的去除率,在MBR前增设缺氧区和回流装置形成厌氧 —好氧运行方式,总氮的去除率最高可达 96%,而在未增设缺氧区和回流装置的情况下,总氮的去除率仅为60%。而厌氧—好氧MBR中厌氧反应器和好氧反应器对氨氮的去除率分别为31%~43%和47%~64%,好氧反应器的运行状况对氨氮的去除效果影响较大。因厌氧—好氧MBR前增设缺氧池为系统反硝化创造了良好的条件,所以厌氧—好氧MBR脱氮工艺的脱氮效果相对要好一些,但厌氧—好氧MBR脱氮工艺流程较长,同时需增加回流设备和能耗。 SBR形式的MBR脱氮工艺间歇曝气能促使细菌胞外聚合物的降解,缓解膜组件的生物污染,延长膜组件的使用寿命,但与处理能力相同的厌氧—好氧MBR脱氮工艺相比,膜面积增加了很多。两种MBR脱氮工艺运行的经济性及脱氮效果有待进一步的研究。

随着研究的进展,许多研究者对 MBR脱氮工艺进行了新的尝试和探索。在好氧MBR中加入填料载体,可为硝化和反硝化创造良好的条件,该工艺的氨氮和总氮平均去除率分别为 100%和93.06%;填料内部出现的反硝化杆菌、荧光假单胞菌等将硝酸盐还原成亚硝酸盐和氮气,促进了氨氮的分解,这是膜反应器填充填料可提高脱氮效率的主要原因。针对 MBR里污泥絮体比较松散的特点,加入粉末活性炭( PAC)可促使污泥絮体颗粒增大,使絮体内部形成缺氧区,有利于反硝化的发生和膜污染的减缓,该工艺氨氮和亚硝酸盐的去除率分别为95.50%和99.15%。此外,在MBR系统中加入NO2,微量的NO2对硝化菌和氧化有机物的异养菌有很强的抑制作用,确保了亚硝化菌在活性污泥中的主导地位,从而实现了亚硝化菌的反硝化功能,明显提高了硝化过程的脱氮效果,整个过程可节约DO约50%,节省碳源约80%,是一种具有应用前景的新脱氮工艺。国内外有关人员对现有MBR脱氮工艺的研究一般只停留在中试阶段,对其工艺参数、优化操作条件的研究还有待进一步深入。

MBR中短程硝化反硝化及SND技术

近年来,许多研究者在MBR脱氮工艺中证明了SND(同步硝化反硝化)和短程硝化反硝化现象的存在有利于 MBR脱氮效果的提高,但对其机理研究还不成熟。一般认为,MBR中的SND现象是由于好氧活性污泥粒径较大、污泥浓度较高、在菌胶团内部形成厌氧区,从而使硝化菌和反硝化菌同时工作,形成SND。在此过程中  DO和污泥絮体粒径的控制是关键。&nbsp;   DO约为1  mg/L时,MBR可实现SND脱氮;DO过高会使菌胶团内部难以形成厌氧环境,同时还会加快底物的消耗,导致碳源不足,影响反硝化能力;DO过低则会削弱系统的硝化能力。此外,良好的 SND效果的获得有赖于系统中硝化与反硝化过程以相近的速率进行。与以外源基质为碳源的异养反硝化相比,自养硝化是一个慢速过程,因此SND过程也需要一个慢速降解碳源的环境,以保证硝化与反硝化过程同步进行。以外源基质为碳源的 SND过程,聚-β-羟基丁酸(PHB)降解速率相对较低,同时,厌氧有机物的大量吸收促进了好氧阶段硝化的快速到来,使反硝化与硝化保持相近的速率,以提高系统的 SND效果。短程硝化反硝化是将硝化反应过程控制在氨氧化产生 NO2-的阶段,阻止 NO2进一步氧化,直接以 NO2作为菌体呼吸链氢受体进行反硝化。短程硝化反硝化的标志是有稳定且高浓度的NO2—N的积累,系统可在亚硝化阶段进行反硝化,从而减少对碳源和氧的需求。短程硝化反硝化相对于传统的硝化反硝化对系统DO和碳源的需要分别减少25%和40%。该技术的关键是,控制系统的反应温度和亚硝酸盐积累,通过控制硝酸盐的氧化和反应温度来获得硝化菌和亚硝化菌的不同生长速率,促使亚硝化菌占绝对优势,强化亚硝酸盐积累。在利用浸没式膜生物反应器(SMSBR)处理焦化废水时发现,在长污泥龄条件下,硝化过程出现明显的短程硝化反硝化现象,氨氮向 No3一N转化受到抑制,使好氧段 NO2一N大量积累,实现反硝化,反硝化率为81.34%。对MBR中的SND和短程硝化反硝化机理的研究有待进一步深入,特别是微生物作用机理和微生物动力学的理论探索是亟待解决的问题。

6.2.2 MBR除磷

MBR除磷工艺及其处理效果

MBR除磷工艺与脱氮工艺基本相同,一般均采用厌氧 —好氧和SBR工艺,而且多数是和脱氮联用。采用厌氧 —好氧MBR工艺处理模拟生活污水,实验结果表明,该工艺氮、磷去除率分别为  96%和70%。采用SBR--MBR工艺强化除磷效果,总磷(TP)去除率达96.4%,其中进水COD/TP是该工艺强化除磷的关键,在进水COD/TP较高时,无需排泥就能达到强化除磷的目的。由于工艺条件和膜组件性能的差异,MBR除磷的功能也不尽相同,依靠单纯的生物除磷未必能使废水达标排放。在MBR中通常以投加絮凝剂的方式来提高磷的去除率,当Al3+与TP摩尔比为1.5~2.0时,除磷效果较好,磷去除率为82.1%;但Al3+与TP摩尔比过高会影响污泥的活性。另外,在好氧阶段用纯氧曝气来提高磷的吸收,通过缩短厌氧时间和延长好氧时间也能提高系统的除磷效果。在 MBR除磷工艺中,内部结构优化合理,也可强化 MBR的除磷效果,但磷不能转化为挥发性物质被去除,最终只能通过人工排泥去除;当污泥龄较长时,排放剩余污泥量减少,磷去除率也会相应地降低。

MBR除磷工艺中的反硝化除磷技术

传统的生物脱氮除磷理论认为,生物脱氮需经过硝化菌的好氧硝化、反硝化菌的厌氧反硝化来协同完成;而生物除磷过程是除磷菌的厌氧放磷、好氧超量吸磷、最终排放富磷污泥的过程。通常认为,NO3一N反硝化和磷释放都需要碳源,厌氧反硝化会消耗一部分碳源,影响聚磷菌(  PAO)的磷释放,降低磷去除率。但最近的研究发现,污泥中有反硝化聚磷菌(  DPB)存在时,在厌氧条件下它可分解菌体内的多聚磷酸盐(Poly—P),吸收基质中的低分子有机酸并以PHB的形式贮存于菌体中;在缺氧环境下,  DPB利用硝酸盐作电子受体氧化菌体内的PHB,产生的能量部分用于新菌体的合成,其余部分用来吸收基质中的磷酸盐并以Poly—P的形式贮存于菌体内,从而实现超量吸磷。同时,  NO3被还原为N2,在厌氧、缺氧交替运行条件下实现 ; DPB的反硝化除磷效果。 DPB可较大程度地减少碳源的需求,为解决生物脱氮除磷工艺的碳源竞争问题提供了新的方法。研究发现,通过创造厌氧、缺氧交替的环境可筛选  DPB。有机碳源可影响反硝化除磷效果,进水有机碳浓度较低时,反硝化除磷系统可利用反硝化除磷菌一碳两用的功能长期稳定运行,磷去除率为  99.2%;缺氧区的碳源浓度越高,对缺氧吸磷的抑制作用就越大。此外,硝酸盐浓度较低时,菌体内的PHB不足以被氧化而产生能量,使聚磷不完全;硝酸盐浓度较高时虽可提供更多的电子受体,但剩余的硝酸盐会影响出水水质及后续的厌氧释磷过程。因此,在不同的除磷工艺条件下,控制硝酸盐浓度和有机碳浓度是反硝化除磷的关键。与传统的专性好氧聚磷菌除磷相比, DPB可分别节省约50%的COD和30%的氧消耗量,相应减少50%的剩余污泥量。确保MBR中有足够多的DPB是实现MBR反硝化除磷的关键,而DPB的选择和富集是反硝化除磷技术首要解决的问题。多数情况下,研究者采用 SBR运行方式对DPB进行富集。通过控制缺氧段硝酸盐浓度对DPB进行诱导,诱导前DPB占总聚磷菌的27.61%,诱导后则高达
78.61%。在序批式膜生物反应器( ; SBMBR)工艺中经过厌氧 —好氧和厌氧 —缺氧—好氧两个阶段的富集,DPB占伞部聚磷菌的比例从19.4%升至69.6%;每周期缺氧段投加120  mg NO3一N时,SBMBR系统运行最为稳定,缺氧段氮和磷去除率分别为100%和84%,系统的磷去除率为96.1%。由于工艺运行状况和诱导条件的差异,NO3—N浓度的控制也不尽相同,但DPB的诱导增殖及反应系统中DPB菌群的变化规律等是反硝化除磷亟待研究的问题。

6.2.3结语

MBR脱氮除磷工艺是一种新型的脱氮除磷工艺,但与传统的脱氮除磷工艺相比,还不是很成熟。今后应加强对 MBR生物脱氮除磷微生物学机理的研究,特别是硝化菌、反硝化菌、 DPB及反硝化DPB的作用机理和系统运行中菌群生长变化规律方面的研究。而采用全新理论建立起来的反硝化聚磷技术将为 MBR减少能耗、提高脱氮除磷的效率、减少剩余污泥量提供新的契机。但至今国内外有关这方面的研究较少,应在反硝化 DPB的筛选驯化、工艺设计、系统性能等方面做进一步的研究。

6.3MBR的生物学特性

膜的高效截留作用使生物反应器成为一个对微生物来说相对封闭的系统,因此MBR的生物学特性与传统的活性污泥过程有所不同。

6.3.1微生物群落

活性污泥系统(CAS) 是人造的生态系统,在这个系统中微生物是分解者,而原生和后生动物是捕食者。微生物群落的动力学性质和组成依赖于反应器的运行状态,例如:SRT,生物浓度等等。而在MBR&nbsp; 中,由于膜的无选择性分离作用为各种微生物,如生长较慢的菌种(如硝化细菌) 、不易沉降的菌种(如丝状菌)等在生物反应器中的停留和大量生长创造了条件,&nbsp; 从而丰富了生物反应器中的微生物相,提高了污泥对难降解物质的降解速率,缩短了驯化周期。因此,在MBR和CAS工艺中,微生物群落是不同的。

1异养微生物的存在形态&nbsp; 与CAS 相比MBR ; 中微生物的总数多,但异养微生物占总微生物的比例较低,这是由于在MBR中SRT较长,而FPM相对较低,使死亡微生物大量积累,微生物的生活力降低。在MBR&nbsp; 长时间的运行过程中,即使原水的水质水量保持恒定,各种运行参数保持稳定,活性污泥的总体结构也会发生动态的变化,微生物的组成形态和处于悬浮生长和自由生长的细胞的比例在很宽的范围内变化。研究中表明,在大部分时间内,大部分生物保持着单个细菌的自由悬浮状态,只有少部分是10~30μm直径的菌胶团,而这些菌胶团是由粒状或短杆菌组成,但在 CAS 中类似的结构却很少见到。在 MBR&nbsp; 的长时间运行过程中丝状菌由开始时的 3~4种逐渐变成一种细长的丝状菌占优势,同时这些丝状菌产生大量的胞外聚合物(EPS) 而形成典型的聚合体。另外,  在大多数情况下, 螺旋菌的存在量很少,  在个别情况下,也可以大量的观察到。借助于荧光原位杂交技术(FISH) 对细菌进行检测,发现在膜生物反应器内占优势的是β亚类的变形菌群。

2微型动物的存在  在污水的生物处理过程中,原生动物等捕食者的存在具有重要的作用,他们可以维持微生态系统的稳定,同时可以捕食那些分散于水中的游离微生物、降低水的浊度而提高出水的水质。在传统的活性污泥法中,微型动物是多样的,常包括多种原生动物和后生动物,有时还可以发现肉足类的动物,而且没有哪种微型动物在数量上占明显的优势,同时微生物群落的合理分布是污泥健康和反应器性能良好的标志。而在MBR  中,较长的污泥龄应该有利于高等微型动物的产生和存在,而实际上在MBR&nbsp; 中的微型动物的存在却是很不稳定而且数量相对较少。文献指出,在 1年多的运行中,&nbsp; 只是在一次观察中发现了3种原生动物和2种后动物,在另一次观察中发现了1种后生动物,在其它观察中都没有发现捕食动物。但是在MBR  中微型动物的缺乏并没有对处理效果产生影响,因为膜可以截留出水中的游离细菌。而在文献中指出,在较强剪切力的作用下,在MBR&nbsp; 中只有菌胶团,而不存在轮虫和钟形虫,而在剪切力的作用较弱时,可以观察到菌胶团,轮虫和钟形虫的同时存在,并且轮虫和钟形虫还具有捕食活性,因此微生物的多样性在不同的水力条件下是可以改变的,换句话说,在MBR  中,微生物群落的分布不能成为污泥健康和反应器性能良好的标志。

3硝化细菌的存在  在MBR&nbsp; 中,膜的完全截留作用,助于生长缓慢的硝化细菌得以生长并大量繁殖,使MBR 具有很强的硝化作用。同时在MBR  中存在的硝化细菌主要是自氧氨氧化菌和异养硝化细菌,而不是在具有硝化活性的CAS中普遍存在的化能自养氨氧化菌。在MBR中出现高的硝化作用的原因:(1)由于硝化细菌具有很长的生长周期,在传统的生物处理方法中,由于 SRT ; 很短,硝化细菌来不及生长就被淘汰,而在MBR  中,由于膜的分离作用,使硝化细菌
不受污泥浓度的影响而被截留,因此在MBR  中硝化细菌的浓度比传统的生物处理方法中高。(2) 由于在MBR  中污泥产量低,因此其他以氨态氮为营养物的异养微生物数量少,使得硝化细菌的竞争对手少。 MBR在处理市政污水时,硝化细菌的最大比生长速率为0.1~0.2d。

6.3.2污泥特性

1污泥的浓度  在生物反应器中,污泥浓度表示的是生物的数量,较高的污泥浓度可以使反应器的污泥负荷降低,而容积负荷提高, CAS  中污泥浓度通常为1.5~3g/L,而MBR 中的污泥浓度通常为10~50g/L。同时在处理生活污水和类似于生活污水等易降解废水的 MBR中,其污泥浓度高于处理有毒或难降解工业废水的MBR  的污泥浓度,这是由于工业废水的水质影响的结果。同时污泥的粘性与浓度呈正比。

2污泥的产率  目前使用的各种活性污泥法都不可避免地要排剩余污泥,而污泥的处理费用占整个运行费 1/4。而MBR  中由于污泥龄可无限长,使污泥达到自身氧化,因而剩余污泥产量少,甚至可以实现无剩余污泥排放。同时在无剩余污泥排放的情况下, 反应器内污泥活性较高,不排剩余污泥对系统影响不大。在MBR  中原生动物与后生动物的掠夺没有出现,污泥不排放,于是怎样去维持稳定的生物浓度,也就是零生物生长和污泥产量的问题成为了关键。在系统没有捕食者的情况下,生物的零生长被下列因素限制:(1)&nbsp; 环境提供的能量的数量,(2) 维持能量的需要,(3) 细胞的衰老过程,根据生长 —死亡的概念,每单位生物量可利用的底物只允许一部分细胞生长,而另外一些细胞由于生存能力的丧失而衰老。在这个概念里, 生长速度慢的细胞相应呈现低死亡率,  同时细胞的生长包括了来源于细胞自溶而产生的二次底物的生长。而在维持能量概念中认为微生物首先利用能量去满足它们维持能量的需要。维持函数包括细胞物质的世代周期,蛋白质和RNA  的连续替换,渗透压去维持浓度梯度和细胞的运动性、如果能量供应过剩,生物可能去成长。当达到最大生物浓度时,限制营养物的供给满足生物的维持能量的需要,则生物的生长和死亡都接近为零、根据活性污泥法基本动力学理论和试验数据 , 从理论上解释了MBR&nbsp; 污泥产量低的

优点:


MBR中的污泥浓度:

式中,MBR中的污泥浓度X不仅与进出水水质、HRT、SRT等条件有关,而且与反应器污泥混合液上清液COD浓度有关。

而在CAS 中, 剩余污泥从二沉池排掉,由污泥和底物物料平衡可以得到其污泥浓度为:


很明显, X要比X*低,为了进一步确定量之间的差值,可得:


式中[Csup  –  Ce]代表了 MBR 中膜组件对 COD&nbsp; 去除的贡献,由于这部分COD  不是通过微生物代谢过程实现,不会产生相应的污泥浓度的增长,因此MBR 中膜组件不仅能够代替传统工艺中的二沉淀池,而且对 COD  去除有一定的贡献作用。从(3) 式中可以看出,当进出水水质、运行参数和 COD  去除率相同时,  (3) 中的污泥浓度差值ΔX 表明MBR  的污泥产量比传统活性污泥法要低,从理论上解释了MBR污泥产量低的优点。


当污泥停留时间足够长时,可以简化为limΔX =  0,这时(1) 和(2)  相等,即:由此可以看出,MBR系统在保持其他条件不变的条件下,随着SRT的延长,污泥浓度会逐渐增加直到达到最大值,这个最大污泥浓度与进出水COD  差值成正比,与HRT成反比。

以上各式中:  X-污泥浓度mg/L,Ci-进水COD 浓度mg/L,Ce-出水COD  浓度mg/L,Csup-反应器上清液COD浓度mg/L。

3污泥的活性

3.1污泥对有机物的去除活性: MBRCAS 相比,污泥去除有机污染物的比活性(gCOD/gMLVSS·h)低,且不稳定,这是因为 MBR中长的SRT 和低的F/M。但在MBR中,容积负荷高于CAS,说明在MBR中,尽管活性差且不稳定,但处理潜力大,因为MBR中可以维持较高的生物浓度,并且生长缓慢的微生物也可以存在。

3.2比耗氧吸收率(OUR : 比氧吸收率是指溶解氧被好氧微生物的利用率,等价于活性污泥群落的新陈代谢活性,它表示了膜过滤污泥的生理状态和微生物的代谢活性。OURCAS中大于MBR, 而在添加底物时,  OURMBR 中明显增加,而在CAS中变化不大,说明在膜反应器中,微生物的生长不是被氧所限制,而是被底物所限制。同时在 MBR中污泥的氧传递与CAS过程没有明显的不同,换句话说,膜分离没有明显提高在 MBR反应器中的氧传递效率,也就是说在MBR中由于供氧而产生的运行费用没有比CAS明显降低。另外在MBR中,随着SRT的增加,OUR降低,这是因为在内源呼吸过程中产生的惰性物质在反应器内的积累,在长的 SRT时,由于高的污泥浓度阻碍了氧及底物对活性污泥絮体的由外到内的传递。3.3ATP 含量:ATP 是指在活细胞中高能化合物的含量。ATP CAS 中大MBR中,同时OUR/ATP的比在CAS中也大于MBR,表示在所有的微生物群落中好氧微生物所占的比例较低,这是因为 MBR中高MLSS 的情况下,微生物没有完全处于好氧状态。

3.4脱氢酶活性:脱氢酶是由活的生物体产生的 , 能酶促有机物脱氢反应,因此可以反映生物中的活性部分。在MBR 中脱氢酶活性在开始阶段活性很高,随着一些微生物的老化,比活性降低,这可以解释为污泥中活性部分与非活性部分的比例降低所至。

3.5多糖含量:多糖是微生物代谢产物的主要成分。在 MBR中比多糖含量(gglucose/kgMLVSS) 低于CAS,因为在MBR中污泥龄较长,生物的活性及生活力都较差。而总多糖含量 (g  glucose/L)  MBR中高于 CAS,是因为 MBR中高的MLVSS含量。

6.3.3微生物产物

微生物产物主要指胞外聚合物( Extracellular &nbsp;polymeric substances,简称EPS)和溶解性微生物产物(Soluble microbial products,简称SMP)。溶解性微生物产物指微生物在代谢过程中排出或分泌的物质:包括UAP  (substrateutilization associated production):微生物在分解基质产生能量,进行自身生长繁殖的同时产生; BAP  (biomass associated  produc2tion):微生物细胞内源呼吸过程中,伴随细胞解体释放的。它的重要性在于它们普遍存在,并且是生物处理过程中出水COD BOD 的重要组成部分,同时尽管进水不同,SMP组成却类似。由于膜的高效截留作用使生物反应器成为一个对微生物来说相对封闭的系统,伴随着污水处理过程而产生的部分溶解性微生物产物有可能被膜截留,在生物反应器内积累,从而对系统的运行特性和微生物代谢特性产生影响。有MBR 中的SMP的特性研究始于 20世纪90年代。SMPMBR中的特性主要包括;(1)SMPMBR中的积累; (2)  SMPMBR 中对出水水质的影响; (3) SMP对膜污染的影响。SMPMBR中由于膜的截留作用而被积累,同时积累的溶解性的代谢产物是可以被生物降解的,尽管这需要很长的适应期。同时 SMPMBR中的积累也与膜表面形成的凝胶层有关。而凝胶层主要是由大量的 SMP用于膜表面而形成。另外,累积的代谢产物限制了活性污泥的代谢活性,累积的代谢产物浓度越高,影响越明显。由于SMP 是生物处理过程中出水 CODBOD的重要组成部分,因此提出了一种建立在 SMP 形成和降解平衡基础上的MBR动力学模型,从理论和实验两方面证明了在出水中的大部分有机物质是SMP,这个结论与许多研究者的研究一致, EPS 指微生物代谢基质过程中的产物,包括细胞活动分泌物、细胞表面脱落物、细胞溶解或水解产物等。包括溶解性ESP (suspended EPS) 和黏附在细胞壁上的EPS (extractable EPS) EPS的作用使微生物在稳定混合的高细胞密度的生物群落中连续生存,换句话说 EPS一种在微生物聚集体中允许细胞相互合作和交流的媒介。黏附在细胞壁上的高浓度EPS 可以使微生物形成更大的絮体,使污泥更容易被膜分离。 EPS在混合液中膜上积累,引起了混合液粘度的增加和膜的过滤阻力的增加。EPS的比阻力为10161017m/kg

6.3.4结论

综上可知,在膜生物反应器中,由于膜的截留作用,世代周期较长的硝化细菌、不易沉降的菌种的数量明显高于传统的活性污泥反应器;而由于剪切力的作用,微型动物存在的数量与类型比传统的活性污泥反应器少;而由于低的F/M和长的SRT,微生物的活性低于传统的活性污泥反应器;但由于MBR中污泥浓度较高,使得MBR处理污水的潜力巨大。另外,由于膜生物反应器对微生物来说是一个封闭的系统,使得其中的微生物产物积累,成为影响出水水质及膜污染的重要因素,因此对微生物产物的研究将成为膜生物反应器研究的一个重点内容。

7部分  MBR工程实例

湖北十堰神定河污水处理厂 11万&nbsp; m3/d,2009




无锡城北污水处理厂四期工程 5 m3/d2009.11


国外案例




意大利 Brescia污水厂(42000/天)

工业废水处理


南京梅山钢厂冷轧废水深度处理(2640m3/d20095月投运




宝山钢铁总厂冷轧废水深度处理(3840m3/d)
投运日期:2009年 ; 5月


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