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干货|全方位为您解析MBR水处理工艺

2017-06-20 10:03来源:水博网关键词:水处理技术MBR工艺膜生物反应器收藏点赞

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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2~30万。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。张洪宇进行无机膜的通量衰减试验表明:孔径0.2μm的膜比0.8 μm的膜更适合于MBR。何义亮用PES平板膜组件进行膜通量衰减规律的研究发现:在该试验条件下,膜初始通量衰减主要是由于浓差极化引起,膜截留分子量愈小,通量衰减率愈大;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。

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0.1~0.4 μm微滤膜。

为了便于工业化生产和安装,提高膜的工作效率,在单位体积内实现最大的膜面积,通常将膜以某种形式组装在一个基本单元设备内,在一定的驱动力下,完成混合液中各组分的分离,这类装置称为膜组件( Module )。工业上常用的膜组件形式有五种:板框式( Plate and Frame Module )、螺旋卷式 (Spiral Wound Module) 、圆管式 (Tubular Module) 、中空纤维式 (Hollow Fiber Module) 和毛细管式 (Capillary Module) 。前两种使用平板膜,后三者使用管式膜。圆管式膜直径 >10mm; 毛细管式- 0.5~10.0mm ;中空纤维式 <0.5mm> 。

操作方式的优化

当膜材料选定后,其物化性质也就基本确定了,操作方式就成为影响膜污染的主要因素。为了减缓膜污染,反冲洗是维持分离式MBR稳定运行的重要操作,樊耀波通过确定最佳反冲洗周期,使分离式MBR的膜通量达到60 L/(m2•h)。针对抽吸淹没式MBR,山本提出间歇式抽吸方式可有效减缓膜污染。桂萍通过研究进一步指出:缩短抽吸时间或延长停吸时间和增加曝气量均有利于减缓膜污染,抽吸时间对膜阻力的上升影响最大,曝气量其次。

不仅污泥浓度、混合液粘度等影响膜通量,混合液本身的过滤性能,如活性污泥性状,生物相也影响膜通量的衰减。有研究表明:粉末活性炭与絮凝剂的加入有助于改善泥水分离性能,形成体积更大、粘性更小的污泥絮体,减少了膜堵塞的机会。但絮凝剂的过量加入会使污泥活性受到抑制,影响反应器的处理能力和处理效果。

水力学特性的改善

改善膜面附近料液的流体力学条件,如提高流体的膜面流速,减少浓差极化,使被截留的溶质及时被带走,能有效降低膜的污染,保持较高的膜通量。黄霞、何义亮分别采用PAN平板式超滤膜、PAN/PS管式膜组件考察不同膜面循环流速下污泥浓度对膜通量的影响,发现MLSS 对膜通量的影响程度与膜面循环流速有关。大量试验表明:污泥过膜流态为层流,远比紊流时易于堵塞,因此从理论上确定不同污泥浓度下紊流发生的最小膜面流速(Vmin)有重要意义。邢传宏、彭跃莲研究均发现:最小膜面流速与污泥浓度之间呈良好的线性关系。但他们对临界膜面流速的计算值可能偏高,因为污泥沿流道流动的过程中,水同时透过膜流出,增加了流体在垂直方向的紊动,从而在一定程度上降低了下临界雷诺数(Rek)。何义亮的发现证实了这一推论,平板膜组件由紊流到层流的Rek为1083,外压管式膜组件的 Rek为966,均小于一般牛顿流体的下临界雷诺数2000。

分离式MBR中,一般采用错流过滤的方式,这有助于防止膜面沉积污染。对于一体式MBR,设计合理的流道结构,提高膜间液体上升流速,使较大的曝气量起到冲刷膜表面的错流过滤效果显得尤为重要。刘锐通过均匀设计试验,得到适合活性污泥流体的膜间液体上升模型,提出反应器结构对液体上升流速的影响:在同样的曝气强度下,反应器越高,上升流通道越窄,下降流通道与底部通道越宽,则越能获得较大的膜间错流流速。

能耗

能耗是污水处理工艺的一个重要的评价指标,直接关系到处理方法的可行性。目前,常规分离式MBR运行能耗为3~4 kW•h/m3,淹没式MBR运行能耗为0.6~2 kW•h/m3,高于活性污泥法的0.3~0.4 kW•h/m3。较高的动力费用是MBR推广应用中遇到的主要问题之一。许多研究结果也表明:能耗是造成MBR运行费用高的主要原因。张绍园分析了分离式MBR的能耗组成:泵的热能损失、曝气能耗、管道阻力能耗、膜组件能耗和回流污泥水头损失能耗,其耗能大小依次为:膜组件>泵>曝气>管道>回流污泥,膜组件能耗占总能耗的40%~50%,其中80%用于膜过滤的能量以热能的方式散发。顾平对抽吸淹没式MBR的能耗分析表明:曝气的能耗占总能耗的96%以上。

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