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MBR膜技術應用及介紹

  • 更新時間:2021-03-18 11:04:57
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產品信息

2020年3月18日

前言

我國是一個嚴重缺水的國家,我國人均水資源量僅為世界人均擁有量的1/4。其中華北地區人均水資源量小於400m3,已屬於嚴重缺水地區。我國是世界上嚴重缺水的十二個國家之一。

我國目前工業汙水的再生回用率僅為6%,遠遠低於發達國家的水平,市政汙水的回用率更低。

我國萬元GDP用水量是世界平均水平的5倍,是美國的8倍,德國的11倍。

水資源的管理已經成為我國經濟和社會協調發展的關鍵問題之一。中國目前水資源浪費及汙染現象相當嚴重,據統計,工業廢水在2000年的排放量為194億立方米,生活汙水2000年的排放量為221億立方米,按照這種速度,中國的水資源將在73年後被用盡,而如果水資源利用不加強管理、汙水又得不到很好的處理與管理,進而汙染到地下水,那麽這個時間將會更短。目前,我國的水環境汙染已經到了“有河皆枯,有水皆汙”的地步,其治理任務刻不容緩。

表1是對國內近年汙水排放量的統計數據。

表1 全國廢水排放量統計


據統計,2011 年全國廢水排放量為  652.1  億噸,其中化學需氧量排放量為2499.9 萬噸,氨氮排放量為  260.4  萬噸;我國的江河湖泊和水庫中,已經受汙染的約占 82.3%;全國設立有監測係統的  1200條河流中,已有  850條受到汙染;七大水係中,一半以上受到不同程度的汙染,達不到安全飲用水源的標準,已基本喪失直接使用得功能;沿海水體發生赤潮和富營養化現象增多。因此,水環境的保護和治理已成為我國實現可持續社會發展的重要任務。

因此,為了滿足我國水環境保護的迫切需求,急需研發適合不同行業廢水特點的高效、低成本、運行管理簡便的廢水處理技術。膜生物反應器(MBR)是膜技術和汙水生物處理技術有機結合產生的廢水處理新工藝。它適用範圍廣、綜合運行成本低,係統性能穩定,占地麵積小。在應用方麵它既可用有工業汙水方麵也可用在生活汙水方麵的汙水處理。工業汙水方麵,主要應用在包括製藥廢水、化工廢水、食品汙水等高濃度、難降解有機廢水的處理;在生活汙水方麵,主要涉及城市汙水、樓宇汙水、公廁汙水、汙水廠升級改造以及其他有回用要求的汙水處理場合。采用膜生物反應器(MBR)汙水處理新工藝處理汙水的最大優勢是經處理後的排出水可以作為中水回用,與此同時,任何汙水處理後的深度處理,也均需要通過膜生物反應器這一重要一環,從而實現汙水資源化及汙水處理的零排放。因此膜生物反應器技術的研究與推廣應用,直接抓住了我國汙染型缺水的主要矛盾,將對我國的汙水處理和再生技術及產業的發展、水資源的可持續發展戰略的實現,具有重大的意義。

1MBR工藝簡介

1.1術語和定義

膜生物法:指把生物反應與膜分離相結合,以膜為分離介質替代常規重力沉澱固液分離獲得出水,並能改變反應進程和提高反應效率的汙水處理方法,簡稱MBR法。

膜組器:指由膜組件、供氣裝置、集水裝置、框架等組裝成的基本水處理單元,在膜生物法汙水處理工程進行固液分離的膜裝置。

高分子有機膜材料:聚烯烴類、聚乙烯類、聚丙烯腈、聚碸類、芳香族聚酰胺、含氟聚合物等。

無機膜:是固態膜的一種,是由無機材料,如金屬、金屬氧化物、陶瓷、多孔玻璃、沸石、無機高分子材料等製成的半透膜。

浸沒式膜生物處理係統:指膜組器浸沒在生物反應池中,汙染物在生物反應池進行生化反應,利用膜進行固液分離的設備 或係統。可采用負壓產水,也可利用靜水壓力自流產水。簡稱S-MBR。

外置式膜生物處理係統:指膜組器和生物反應池分開布置,生物反應池內的活性汙泥混合液泵入膜組器進行固液分離的設 備或係統。產水排放或深度處理,濃縮的泥水混合物回流到循環濃縮池或生物反應池,形成循環。簡 稱R-MBR。

超細格柵:指柵孔直徑或柵間隙小於2mm的格柵。

膜生物反應池:用於安裝膜組器,同時進行汙水生物處理與膜分離的構築物。

離線清洗:指將膜組器從膜池中取出,浸入化學溶液中進行清洗,除去膜汙染物的過程。

在線清洗:指不將膜組器從膜池中取出,而通過向膜組件中加入化學藥劑進行清洗,除去膜汙染物的過程。

開停時間比:指膜組器一個運行周期中開啟時間與停止時間的比值。

膜完整性檢測:指用於判斷膜泄漏的檢測方法。

膜汙染:指料液中的某些組分在膜表麵或膜孔中沉積導致膜性能下降的過程。

膜泄漏:指由於膜組器接頭泄漏或膜孔破裂、斷裂,導致出水水質受影響的現象。

膜抗氧化性:指膜材料抗氧化劑氧化的能力。

膜通量 :指單位時間單位膜麵積通過的水量。單位為 m3/m2·h 或 L/m2·h。

1.2 MBR的含義及其原理

MBR 為膜生物反應器(Membrane  Bio-Reactor)的簡稱,是一種將膜分離技術與生物技術有機結合的新型水處理技術,它利用膜分離設備將生化反應池中的活性汙泥和大分子有機物截留住,省掉二沉池。膜 -生物反應器工藝通過膜的分離技術大大強化了生物反應器的功能,使活性汙泥濃度大大提高,其水力停留時間(HRT)和汙泥停留時間(SRT)可以分別控製。


圖 1-1  普通活性汙泥法工藝流程

在傳統的汙水生物處理技術中,泥水分離是在二沉池中靠重力作用完成的,其分離效率依賴於活性汙泥的沉降性能,沉降性越好,泥水分離效率越高。而汙泥的沉降性取決於曝氣池的運行狀況,改善汙泥沉降性必須嚴格控製曝氣池的操作條件,這限製了該方法的適用範圍。由於二沉池固液分離的要求,曝氣池的汙泥不能維持較高濃度,一般在  1.5~3.5g/L  左右,從而限製了生化反應速率。水力停留時間( HRT)與汙泥齡(SRT)相互依賴,提高容積負荷與降低汙泥負荷往往形成矛盾。係統在運行過程中還產生了大量的剩餘汙泥,其處置費用占汙水處理廠運行費用的   25%~40%  。傳統活性汙泥處理係統還容易出現汙泥膨脹現象,出水中含有懸浮固體,出水水質惡化。



1-2  MBR工藝流程

MBR 工藝通過將分離工程中的膜分離技術與傳統廢水生物處理技術有機結合,不僅省去了二沉池的建設,而且大大提高了固液分離效率,並且由於曝氣池中活性汙泥濃度的增大和汙泥中特效菌 ( 特別是優勢菌群 ) 的出現,提高了生化反應速率。同時,通過降低 F/M 比減少剩餘汙泥產生量(甚至為零),從而基本解決了傳統活性汙泥法存在的許多突出問題。

1.3 MBR工藝分類

MBR根據不同的分類依據,有多種類型,見表 1-1。

1-1 MBR的分類


1-3分置式 MBR

分置式 MBR:膜組件和生物反應器分開設置。生物反應器中的混合液經循環泵增壓後打至膜組件的過濾端,在壓力作用下混合液中的液體透過膜,成為係統處理水。

優點:

(1)膜組件與生物反應器之間的相互影響小。

(2)單位麵積膜的水通量大。

(3)運行穩定可靠,操作管理容易。

(4)易於膜的清冼、更換和增設。

缺點:

(1)為減少汙染物在膜表麵的沉積,需要較高的膜麵流速,因而配置的循環泵需要較高的流量,單位產水能耗很高,一般為 68Kw·h/m3。

(2)循環泵內的高剪切力會引起生物絮體的破壞,導致生物活性的降低

1-4一體式 MBR

一體式 MBR:膜組件置於生物反應器內部,進水進入膜生物反應器,其中的大部分汙染物被混合液中的活性汙泥去除,再在負壓作用下由膜過濾出水 。

優點:

(1)體積小,整體性強。膜組件直接置於生物反應器中,大大減少了占地麵積。

(2)運行動力費用低。膜表麵的錯流是靠空氣攪動產生的,混合液隨氣流向上流動,在膜表麵產生剪切應力,在這種剪切應力的作用下,沉積在膜表麵的顆粒容易脫離膜表麵,因此不需要功率較大的循環泵。

缺點:

(1) 需要定期將膜組件取出生物反應器進行化學清洗,因而管理方麵上不及分置式。

(2)出水不連續。

(3)單位膜麵積膜的產水量較低,一般僅為 5-10L/m2·h。

1-5(一體)複合式 MBR

(一體)複合式 MBR:形式上也屬於一體式膜生物反應器,所不同的是在生物反應器內加裝填料,從而形成複合式膜生物反應器,改變了反應器的某些性狀。

1.4 MBR工藝優越性

1出水水質優質穩定

MBR 中,降解時間較長的可溶性大分子化合物可以被膜截留下來並與汙泥一起返回到生物反應器中,使這些化合物在生物反應器中的停留時間變長,從而有利於微生物對這些化合物的降解;同時較長的 SRT 可以使世代時間較長的硝化細菌能夠在生物反應器中積累,提高了硝化效果。因此 MBR 出水有機含量較低,且總氮和總磷的含量也遠遠低於傳統活性汙泥法。同時,由於膜單元采用微濾膜或超濾膜,因而不僅對水中懸浮物截留率高,而且可以去除細菌。

2工藝參數易於控製

MBR 中,用膜組件代替二沉池,可以同時實現較短的 HRT 和很長的SRT。同時,MBR 中由於膜對汙泥的截留,可以在很大程度上消除汙泥膨脹現象。

3耐衝擊負荷

MBR 中生物反應器中的微生物濃度比普通生物反應器高得多,裝置處理容積負荷大,同時當進水中有機物濃度變化較大時,有機負荷率(單位質量的微生物在單位時間內承受的有機物質量)變化不大,係統去除有機物的效果變化不大。

4剩餘汙泥產量少

該工藝可以在高容積負荷、低汙泥負荷下運行,剩餘汙泥產量低(理論上可以實現零汙泥排放),降低了汙泥處理費用。

5占地麵積小,不受設置場合限製

生物反應器內能維持高濃度的微生物量,處理裝置容積負荷高,占地麵積大大節省;該工藝流程簡單、結構緊湊、占地麵積省,不受設置場所限製,適合於任何場合,可做成地麵式、半地下式和地下式。

6可去除氨氮及難降解有機物

由於微生物被完全截流在生物反應器內,從而有利於增殖緩慢的微生物如硝化細菌的截留生長,係統硝化效率得以提高。同時,可增長一些難降解的有機物在係統中的水力停留時間,有利於難降解有機物降解效率的提高。

7操作管理方便,易於實現自動控製

該工藝實現了水力停留時間( HRT)與汙泥停留時間( SRT)的完全分離,運行控製更加靈活穩定,是汙水處理中容易實現裝備化的新技術,可實現微機自動控製,從而使操作管理更為方便。

8易於從傳統工藝進行改造

該工藝可以作為傳統汙水處理工藝的深度處理單元,在城市二級汙水處理廠出水深度處理(從而實現城市汙水的大量回用)等領域有著廣闊的應用前景。

1.5 MBR工藝的不足

1、投資大:膜組件的造價高,導致工程的投資比常規處理方法增加約 3050%。

2、能耗高:首先 MBR 泥水分離過程必須保持一定的膜驅動壓力,其次是MBR 池中 MLSS 濃度非常高,要保持足夠的傳氧速率,必須加大曝氣強度,還有為了加大膜通量、減輕膜汙染,必須增大流速,衝刷膜表麵,造成 MBR的能耗要比傳統的生物處理工藝高。

3、膜容易汙染需要定期清洗:給操作管理帶來不便,同時需要消耗部分化學藥劑。

4、受到膜材料的限製:由於材料技術的原因,目前膜的壽命還比較短,膜組件一般使用壽命在 5年左右,到期需更換,導致運行成本進一步增加。

1.6 MBR的發展

1.6.1 MBR技術在國外汙水處理中的研究及應用

膜分離技術在汙水處理中的應用開始於 20世紀 60年代末,1969年美國的Smith 等人首次將活性汙泥法與超濾膜組件相結合用於處理城市汙水的工藝研究,該工藝大膽地提出了用膜分離技術取代常規活性汙泥法中的二沉池 ,利用膜具有高效截留的物理特性,使生物反應器內維持較高的汙泥濃度,在 F/M低比值下工作,這樣就可以使有機物盡可能地得到氧化降解,提高了反應器的去除效率,這就是 MBR的最初雛形。

進入 20世紀 70年代,有關 MBR的研究進一步深入開展。1970年,Hardt等人使用完全混合生物反應器與超濾膜組合工藝處理生活汙水,獲得了 98%COD去除率和 100%去除細菌的結果。1971 年,Bemberis 等人在汙水處理廠進行了 MBR 試驗,取得了良好的試驗結果。1978 年,Bhattacharyya 等人將超濾膜用於處理城市汙水,獲得了非飲用回用水。1978 年,Grethlein 利用厭氧消化池與膜分離進行了處理生活汙水的研究, BOD TN 的去除率分別為 90%75%。在這一時期,盡管各國學者對 MBR 工藝做了大量的研究工作、並獲得了一定的研究成果,但是由於當時膜組件的種類很少,製膜工藝也不是十分成熟,膜的壽命通常很短,這就限製了 MBR 工藝長期穩定的運行,從而也就限製了MBR技術在實際工程中的推廣應用。進入 20 世紀 80 年代以後,隨著材料科學的發展與製膜水平的提高,推動了膜生物反應器技術的向前發展,MBR 工藝也隨之得到迅速發展。日本研究者

根據本國國土狹小、地價高的特點對 MBR 技術進行了大力開發和研究,並在MBR技術的研究和開發上走在了前列,使 MBR技術開始走向實際應用。20 世紀 90 年代以後,MBR 技術得到了最為迅猛的發展,人們對 MBR 生活汙水處理、工業廢水處理、飲用水處理等方麵的應用都進行了研究, MBR已經進入實際應用階段,並得到了快速的推廣。20 世紀的最後幾年,人們圍繞著膜生物反應器的關鍵問題進行了較多的研究,並取得了一些成果。有關膜生物反應器的研究從實驗室小試、中試規模走向了生產性試驗,應用 MBR 的中、小型汙水處理廠也逐漸見諸報道。1998 初,歐洲第一座應用一體式膜生物反應器的生活汙水處理廠在英國的 Porlock成運行,成為英國膜生物反應器技術的裏程碑。本世紀初,人們對膜生物反應器的研究方興未艾,使得該項技術正在逐漸趨於成熟。

1.6.2 MBR技術在國內汙水處理中的研究及應用

我國對膜生物反應器汙水處理技術的研究較晚,但發展迅速,近年來,MBR 工藝已有實際應用實例,並保持著良好的發展勢頭。 1991 年,《水處理技術》雜誌首次報道了膜生物反應器在日本的應用情況。隨後,一些大學和科研機構紛紛開展了關於膜生物反應器的研究。如清華大學、中科院生態環境研究中心、哈爾濱工業大學、天津大學、同濟大學、華東理工大學等對膜生物反應器的運行特性、膜通量的影響因素、膜汙染的防治與清洗等方麵做了大量細致的研究工作,MBR 技術研究受到國家八五、九五、十五科技攻關項目基金支持,取得了很大進步。2002年,膜生物反應器的研發又被列為"863"重大科技項目,推進膜生物反應器在汙水處理及回用中的應用。目前我國已有膜科學技術研究機構上百家,膜生產企業數百家,參與 MBR 的研究機構有數十家。2003年統計,關於 MBR研究的論文有 500餘篇,MBR的研究方麵取得了很快的進展。

我國近年來的 MBR 研究有了深入發展,在已有研究的基礎上,MBR 被用於抗生素廢水、中藥廢水、聚酯廢水等難降解廢水領域。處理規模已由實驗室走向中試和實際應用,湧現出很多提供 MBR 產品的公司,如天津清華德人、北京碧水源、永新、諾衛、特裏高、光華、天地人等公司、杭州凱宏、浙大凱華、天津膜天,上海 SINAP等公司。

由北京碧水源科技發展有限公司等企業於 2011年提出的《膜生物法汙水處理工程技術規範》(HJ  2010-2011,經中國環境保護部批準,在 2012 11 日起施行。該規範適用於膜生物反應器處理汙水和汙水回用的設備設計、安裝、應用及運行管理。

1.7 MBR的發展前瞻

1.7.1 MBR應用的重點領域和方向


現有城市汙水處理廠的更新升級,特別是出水水質難以達標或處理流量劇增而占地麵積無法擴大的水廠。

無排水管網係統的小區,如居民點、旅遊度假區、風景區等。

有汙水回用需求的地區或場所,如賓館、洗車業、客機、流動廁所等充分發揮 MBR 地麵積小、設備緊湊、自動控製、靈活方便的特點。

高濃度、有毒、難降解工業廢水處理。如造紙、製糖、酒精、皮革、合成脂肪酸等行業,是一種普遍的點源汙染。MBR 可以對這些常規處理工藝無法達標的廢水進行有效的處理,並實現回用。

垃圾填埋廠滲濾液的處理及回用。

小規模汙水廠(站)的應用。膜技術的特點十分適合處理小規模汙水。

1.7.2 MBR未來的研究重點

膜汙染的機理及防治。

MBR工藝流程形式及運行條件的優化。

MBR 汙泥產率與運行條件的關係,以合理減少汙泥產量,降低汙泥處理費用。

MBR 生物反應器內微生物的代謝特性及其對出水水質、汙泥活性等的影響,從而確定適宜的微生物生長及代謝條件。

MBR 工藝經濟性研究。在目前國內經濟發展水平、膜產品供應狀況和規範設計要求的條件下, MBR用於汙水處理的最大經濟流量的確定。

2 MBR工藝用膜和膜組件

2.1膜的定義

膜可以看做是一種材料,這種材料能讓某種物質比其他物質更容易通過。膜的這種性質奠定了膜分離的基礎。當選擇或者設計膜分離係統來完成汙水中的組分分離任務時,我們最關心的也正是膜的這種性質,而目前這類任務也正越來越多。膜在很多流程中被用來去除水中的固體或溶解性汙染物,而允純淨 的水通過它。在一些流程中膜被用來從汙水中萃取汙染物質,如萃取膜生物反應器EMBR)。膜在一些流程中還可以被用來傳輸氣體,如無泡供氧膜生物反應器MABR)。


2.2膜的結構和材料

2.2.1膜結構和分類

膜製造的主要目標是生產這樣一種材料:具有足夠的機械強度,能維持高的膜通量,還要具有高的選擇度。後兩個特性的要求足互為矛盾的,因為具有高選擇度的膜通常隻能具有較小的孔徑,這種膜本身水力阻力就大(或者說膜通量低)。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。膜的整體阻力與其厚度成正比。還有膜孔徑尺寸分布越寬,膜的選擇度越差。因此任何膜的最佳物理結構都應當是:膜材料的厚度要薄,孔徑尺寸分布要窄,表麵孔隙率要高。可用作膜的材料種類繁多。它們在化學成分和物理結構上均變化較大,但是最重要的特性是它們如何實現物質分離的。從這個基礎出發可以把膜分為致密膜和有孔膜兩類(見表 2-1)。致密膜的分離在某種程度是通過透過組分與膜的膜材料之間的物理-化學反應實現的,它的選擇度最高(見圖 2-1)。因此反滲透、電粒的實際大小。微濾隻能去除懸浮物質,通常最小顆粒的尺寸在 0.05μm左右。MBR 中的多孔膜截留的懸浮固體物質(主要是微生物),被保留於反應器中並產生澄清的出水。

2-1 水處理中的致密膜和有孔膜


2-1過濾組分與濾料空隙

根據膜材料的組成對膜進行分類則更加方便實用,通常將膜分為有機膜(聚合物)和無機膜(陶瓷和金屬)兩類。

無機膜目前主要是指陶瓷膜,是由 A12O3,ZrO2,TiO2SiO2等無機材料製備的多孔膜,其孔徑為 0.150μm。陶瓷膜與同類的有機高分子膜相比具有許多優點:對具有化學侵害性液體和高溫清潔液有更強的抵抗能力,可以在 pH = 0~14、壓P<10MPa 、溫度 <350的環境中使用,其通量高、能耗相對較低,在高濃度工業廢水處理中具有很大競爭力,其主要缺點就是彈性小、價格昂貴,此外膜的加工製備有一定困難。


2-2和表 2-3列出了膜材料的實例。膜製造廠商主要生產多孔膜的。膜的價格不僅與膜的原材料有關,而且與膜孔徑尺寸與孔徑分布的製造難易程度有關。根據膜材料的不同和膜孔徑分布的精度的不同,膜的價格變化相當大。

這些材料構成的膜的物理結構根據材料的固有性質和處理工藝的不同而不同。通常,壓力驅動工藝的膜材料趨向於各向異性,它們隻在某一個方向上具有對稱性,所以隨著膜深度的增加,其孔徑也隨之變化。也隻有膜的最表層具有實際意義的滲透選擇性,其餘部分隻是起機械支撐作用。

2-2 膜材料的類型


2-3 不同名稱的膜材料

許多多聚物微孔膜是采用相轉換法生產的。多聚物溶液被澆注成一片薄層介質,多聚物在水中沉澱而產生膜的多孔麵,這一過程常常被稱為凝膠化作用。膜的選擇滲透性的一麵則由於高聚物溶劑的蒸發而產生,生成的表層的滲透率很低,從而形成各向異性的膜結構。


2.2.2MBR膜材料

由於較高的投資成本限製了無機膜生物反應器在我國的廣泛應用,國內MBR 係統普遍采用有機膜。常用的膜材料為聚乙烯、聚丙烯等。分離式 MBR通常采用超濾膜組件,截留分子量一般在 230 萬。截留分子量越大,初始膜通量越大,但長期運行膜通量未必越大。膜長期運行的通量衰減主要是由於膜汙染引起,膜截留分子量愈大,通量衰減幅度愈大,化學清洗恢複率愈低。


2-2 MBR膜孔徑

微濾常用的聚合物材料有:聚碳酸酯、纖維素酯、聚偏二氟乙烯、聚碸、聚四氟乙烯、聚氯乙烯、聚醚酰亞胺、聚丙烯、聚醚醚酮、聚酰胺等。超濾常用聚合物材料有:聚碸( PS)、聚醚碸(PES)、聚酰胺、聚丙烯腈PAN)、聚偏氟乙烯、纖維素酯、聚醚醚酮、聚亞酰胺、聚醚酰胺等。其中使用量較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)由於其優良的物理和化學性能(強度和耐腐蝕性,見圖 2-3)在國內和國外用量均最大。

對於淹沒式MBR,既可用超濾膜,也可使用微濾膜。由於膜表麵的凝膠層也起到了過濾作用,在處理生活汙水時,微濾膜與超濾膜的出水水質沒有明顯差別,因此淹沒式 MBR多采用 0.10.4 μm孔徑的微濾膜(見圖 2-2)。



2-3各種有機膜材料的化學性質

2.3膜組件

2.3.1膜組件分類

膜的幾何形狀是決定整個工藝性能的關鍵。另外需要實際考慮的是單片膜本身組成膜組件的方式。單片膜的最佳幾何形狀,或者說是其構型,應具有以下特點:


膜麵積與膜組件的容積比高;

進料側具有高的湍流度以促進傳質效果;

單位產水量能耗低;

單位膜麵積價格低;

方便清洗的設計;

設計上允許模塊組裝。

這些特點中有些是互相矛盾的。例如提高湍流度就會引起能耗增加。還有隻有在相對膜麵積低的情況下直接對膜的機械清洗才有可能,因為單元容積內的膜能夠接近到才行。生產一種狹窄流道的組件從而得到高的膜麵積與膜組件的容積比是可能的,但是這樣也會影響清洗方式和湍流度的提高。目前在膜工藝中主要有以下幾種各具優缺點的膜組件形式(見表 2-4),構型或采用平板形式,或者采用圓柱形式。它們包括:

板框式膜組件;板框式是 MBR 工藝最早應用的一種膜組件形式,外形類似於普通的板框式壓濾機。

優點是:製造組裝簡單,操作方便,易於維護、清洗、更換。

缺點:密封較複雜,壓力損失大,裝填密度小。

中空纖維式膜組件:中空纖維具有高壓下不變形的強度,勿需支撐材料。把大量(多達幾十萬根)中空纖維膜裝入圓筒型耐壓容器內。纖維束的開口端用環氧樹脂鑄成管板。 外徑一般為 40 250  μm ,內徑為25 42μm 。在MBR 中,常把組件直接放入反應器中,不需耐壓容器,構成浸沒式膜- 生物反應器。一般為外壓式膜組件。


2-4中空纖維膜組件

優點:裝填密度高,一般可達 1600030000  m2/m3 ;造價相對較低;壽命較長;可以采用物化性能穩定,透水率低的尼龍中空纖維膜;膜耐壓性能好 ,不需要支撐材料。

缺點:對堵塞敏感,汙染和濃差極化對膜的分離性能有很大影響 ,壓力降較大;再生清洗困難;原料的前處理成本高。

管式膜組件;由膜和膜的支撐體構成,有內壓型和外壓型兩種運行方式。實際中多采用內壓型,即進水從管內流入,滲透液從管外流出。膜直徑在6~24mm 之間。管狀膜被放在一個多孔的不鏽鋼、陶瓷或塑料管內,每個膜器中膜管數目一般為 418 根。管狀膜目前主要有燒結聚乙烯微孔濾膜、陶瓷膜、多孔石墨管等,價格較高,但耐汙染且易清洗。尤其對高溫介質適用。


圖 2-5管式膜組件

優點:料液可以控製湍流流動,不易堵塞,易清洗,壓力損失小。
缺點:裝填密度小,一般低於  300m2/m3 。
螺旋卷式膜組件:主要部件為多孔支撐材料,兩側是膜,三邊密封,開放邊與一根多孔的中心產品水收集管密封連接,在膜袋外部的原水側墊一層網眼型間隔材料,把膜袋-隔網依次迭合,繞中心集水管緊密地卷起來,形成一個膜卷,裝進圓柱形壓力容器內,就製成了一個螺旋卷式膜組件。



圖 2-6卷式膜組件



優點:膜的裝填密度高;膜支撐結構簡單;濃差極化小;容易調整膜麵流態。

缺點:中心管處易泄漏;膜與支撐材料的粘結處膜易破裂而泄漏;膜的安裝和更換困難。

2-4各種膜組件比較


2.3.2MBR膜組件

目前 MBR一般采用的是平板式和中空纖維式兩種膜組件,其各種特點如下:

表 2-5 平板膜和中空纖維膜組件比較


圖 2-7 中空纖維簾狀膜組件

圖 2-8 中空纖維膜膜絲


圖 2-8  浸沒式平板膜組件

截止 2006 年,據不完全統計在世界範圍內運行的  MBR 達  2259 套,其中平板膜生物反應器的比例占到了  68%。然而,在中國平板膜生物反應器的工程化應用程度還很低,明顯滯後於中空纖維膜生物反應器。

平板 MBR 與中空纖維 MBR 相比又具有以下明顯優勢:

(1)更好的抗汙染性能

相比中空纖維膜生物反應器,平板膜生物反應器可以在更高的活性汙泥濃度下保持高通量(通量即膜的產水量)的穩定運行。在實際使用的過程中,盡管預處理設施中會有格柵,除毛機等設備,但曝氣池中還難免進入一些諸如毛發之類的物體。而我們知道在曝氣的狀態下膜絲始終處於一個抖動的狀態,於是這些毛發很容易使膜絲纏繞在一起,當汙泥濃度達到一定程度,就會出現泥坨,使越來越多的膜絲纏繞在一起,大大減少了中空纖維絲的有效膜麵積,引起膜通量的急劇下降,而且此類問題也很難修複,通常隻能更換。平板膜生物反應器的適用活性汙泥濃度(MLSS)範圍在 10000-15000mg/L,遠遠高於中空纖維膜生反應器,平板膜的結構,可以實現膜片之間間隙可控,便於氣液混流對膜麵進行在線清洗,抗汙染性能優越。此外,平板膜生物反應器可以通過調節組件底部的曝氣強度,通過氣水混合物在膜片表麵的衝刷作用,很好的清除膜表麵的附著物,即便是由於某種不可知因素在膜表麵產生了淤積的情況,也可以將膜片取出,通過低壓水槍衝洗的方法去除,使得膜能長期有效的運行,而中空纖維則不可能通過這種方法清洗。

(2)良好的機械穩定性、無斷絲現象

在實際使用過程中,中空纖維膜組件不可避免的會發生斷絲現象,其中包括兩種原因,一是由於紡絲過程中的缺陷導致的壁厚不均勻,當然這種情況比較少發生,且可以通過購買優質產品等手段進一步避免;二是紡絲材料疲勞引起的根部斷裂。我們知道中空纖維絲在兩端連接組件的地方需要用環氧樹脂進行密封,由於纖維絲本身的毛細現象,肯定會在根部吸上一小段。由於曝氣的原因,中空纖維在工作狀態下始終會處於幅度較大的振動現象,長此以往會在其根部引起材料的疲勞,而環氧樹脂本身是一種脆性材料,這種材料疲勞所導致的斷絲一旦發生,往往是規模性的,而這對於膜生物反應器來說,傷害是致命的,不但會嚴重影響出水水質,還會導致整個組件的報廢。與此不同的是平板膜的內部有無紡布作為支撐層,因此強度比中空纖維高出許多,根本不會出現類似的現象,能完全保證優質的出水水質。

(3)清洗方法更加便捷,清洗周期更長。

平板膜生物反應器可通過控製組件底部的曝氣係統的曝氣量,對膜片表麵進行有效的水力衝刷,防止在抽吸過程中汙泥在膜表麵過度淤積,在運行過程中就對膜表麵的汙染起到控製作用。而平板膜組件的化學清洗(在線清洗)也更加簡單,隻需要把調配好的藥劑從抽吸口回灌入膜片中,浸泡一段時間即可,不像中空纖維膜組件,需頻繁地將膜組件取出進行反衝洗。同時,相對於中空纖維-膜生物反應器,平板膜生物反應器的清洗周期更長,清洗周期可達  3 個月以上,且如果工作壓力始終處於比較低的狀態,甚至可以不清洗。平板膜組件還可以通過物理清洗的方法使膜通量得到恢複,而這對於中空__纖維膜幾乎是不可能的。

(4)壽命長,運行費用低

據不完全統計,現在市場上的中空纖維膜平均壽命為 2 年左右,意味著  2 年就會有很大的膜更換率。而市場上平板膜的平均壽命都在  5~7 年,不需頻繁的更換膜片,相對來說運行費用大大降低,且保證了良好的運行狀況。平板膜具有高強度的支撐體,膜損傷程度低,更換率低;同時平板膜可以實現單張更換,更換成本也相對降低。

(5)膜片更換過程簡單

由於平板膜組件獨特的設計,使得在膜片損壞更換過程中,膜片可單張更換,無需更換支架。而中間纖維膜絲斷絲達到一定數量,整個組件就報廢,需更換整個膜組件,費用就將大大增加。

關於浸沒式平板膜組件的使用運行介紹,請詳見第 4章。

2.4MBR膜組件廠家

目前 MBR膜組件的代表廠家有:

平板膜:

代表性製造商:日本久保田、日本東麗、上海  SINAP

中空纖維

代表製造商:美國  GE、日本三菱、日本旭化成、德國西門子、北京碧水源、天津膜天

無機膜

代表製造商:江蘇久吾、法國 Orelis、美國  poll

3 MBR的設計與運行管理

3.1進水要求

膜生物反應池進水宜符合下列限值:

化學需氧量(COD)小於 500mg/L;

五日生化需氧量(BOD5)小於 300mg/L;

懸浮物(TSS)小於 150mg/L;

氨氮小於 50mg/L;

動植物油(n-Hex)小於 30mg/L且礦物油(n-Hex)小於  3mg/L;pH 6~9。

對不符合以上水質要求的汙水,應進行預處理。

3.2總體要求

膜生物法汙水處理工程應遵循以下規定:

a)廠址選擇和總體布置應符合 《室外排水設計規範》(GB50014-2011)的有關規定。總圖設計應符合 《工業企業總平麵設計設計規範》(GB50187-2012)的有關規定。

b)防洪標準不應低於城鎮防洪標準,且有良好的排水條件。

c)建築物的防火設計應符合《建築設計防火規範》(GB50016-2010)的規定。

d)汙泥堆放場的設計應符合《一般工業固體廢物貯存、處置場汙染控製標準》(GB18599-2001)的規定。

e)運行過程中產生的廢氣、惡臭、廢水、廢渣及其它汙染物的治理與排放,應執行國家環境保護法規和標準的有關規定,防止二次汙染。

f)噪聲和振動控製設計應符合 《工業企業噪聲控製設計規範》(  GBJ87-85)和《動力機器基礎設計規範》(   GB50040-96)的規定,機房噪聲應符合《聲環境質量標準》( GB3096-2008)的規定,廠界噪聲應符合《工業企業廠界環境噪聲排放標準》(GB12348-2008)的規定。

g)建設、運行過程中應重視職業衛生和勞動安全,嚴格執行《工業企業衛生設計標準》(GBZ1-2010)、《工作場所有害因素職業接觸限值 第  1  部分:化學有害因素》(GBZ  2.1-2007)、《工作場所有害因素職業接觸限值 第 2  部分:物理因素》(GBZ  2.2-2007)和《生產過程安全衛生要求總則》(GB12801-2008)的規定。汙水處理工程建成運行的同時,安全和衛生設施應同時建成運行,並製定相應的操作規程。

膜生物法汙水處理工程應按照《城鎮汙水處理廠汙染物排放標準》(GB18918-2002)的相關規定安裝在線監測係統。在線監測係統的安裝、驗收和運行應符合《水汙染源在線監測係統安裝技術規範》( HJ/T353-2007)、《水汙染源在線監測係統驗收技術規範》(  HJ/T354-2007)和《水汙染源在線監測係統運行與考核技術規範》(HJ/T355 -2007)的相關規定。

3.3工藝設計

3.3.1一般規定

膜生物法汙水處理工程出水水質應符合國家和地方的排放標準及回用水相關標準。

應按汙水的性質和汙染物濃度,選擇膜生物法的工藝類型。對易於產生膜汙堵的汙水,宜采用 外置式膜生物法處理係統。水質和(或)水量變化大的汙水處理工程,宜設置調節水質和(或)水量的設施。

應按出水磷排放的要求,選擇設置化學除磷裝置。

進水泵房、格柵、沉砂池和初沉池的設計應符合《室外排水設計規範》(GB50014-2011)的規定。

膜生物法處理係統對   COD、BOD5、SS、氨氮的去除效率應分別在  90%、95%、99%、90%以上。

3.3.2預處理和前處理

膜生物處理係統宜設置超細格柵。

汙水中含有毛發、織物纖維較多時,宜設置毛發收集器。

汙水的BOD5/COD小於0.3   時,宜采用提高汙水可生化性的措施。

汙水進入膜生物反應池之前,須去除尖銳顆粒等硬物。

3.3.3工藝設計

浸沒式膜生物法汙水處理係統

A、工藝流程

針對生活汙水的 MBR工藝流程,見圖  3-1。


圖 3-1生活汙水的  MBR工藝流程

針對工業廢水的 MBR工藝流程,見圖  3-2。


圖 3-2工業廢水的  MBR工藝流程

針對以氨氮去除為主的 MBR工藝流程,見圖  3-3。


圖 3-3去除氨氮為主的  MBR工藝流程

B、設計參數

浸沒式膜生物反應池汙泥負荷與汙泥濃度等設計參數應由試驗確定。在無

試驗數據時,可按表  3-1選取。

表 3-1浸沒式膜生物法汙水處理的設計參數



浸沒式膜生物反應池的超高宜為  0.5m~1.0m;生物反應池的設計水溫宜為12℃~38℃,北方地區冬季采取保溫或增溫措施應符合《室外排水設計規範》(GB50014-2011)的規定。

C、曝氣係統

沒式膜生物反應池曝氣係統設計應符合下列規定:

a)  膜生物反應池所需空氣由鼓風機提供,通過進氣管將空氣輸入池內曝氣管網;
b)  膜生物反應池宜采用射流曝氣與穿孔曝氣相結合的曝氣方式,也可采用穿孔曝氣與微孔曝氣相結合的曝氣方式;
c)  曝氣管網應均勻布置在膜組器的下方,曝氣管應密封連接,管路內無雜物;
d)膜表麵清洗所需的空氣量,應由試驗確定。同時脫氮除磷的浸沒式缺氧-膜生物汙水處理係統,工藝參數應符合下列要求:
a)厭氧池汙泥濃度宜為20g/L~25g/L;溶解氧濃度應不大於0.2mg/L。
b) 膜生物反應池汙泥濃度宜為      6g/L~12g/L;膜箱內溶解氧濃度宜為
2.0mg/L,膜箱外溶解氧濃度宜為0.5mg/L。
c)汙泥回流比100%~500%。
外置式膜生物法汙水處理係統

外置式生物反應池容積、水力停留時間  HRT、汙泥負荷與汙泥濃度、曝氣係統等設計參數可參照浸沒式膜生物法工程設計,超高宜為  0.3m~0.5m。膜係統設計宜參照下列參數:

a)過濾方式:錯流式過濾。

b)膜係統正常運行回收率 10%~15%;

c)膜麵流速為 3m/s~5m/s;

d)膜通量為 40L/m2·h~150L/m2·h;

e)操作壓力為 0.2MPa~0.4MPa;

f)汙泥濃度為 10g/L~40g/L。

外置式膜生物法循環濃縮池,應符合下列規定:    a)容積應能貯存膜係統正常運行 15 分鍾所必須的水量; b)汙泥沉澱區,深度應有 0.5m~1.5m。底部設有排泥管;  c)進水管和濃水回流管設在上部;d)大流量循環泵進水口應設在池頂–1m~–2m處。

外置式膜生物法汙水處理係統,宜將曝氣池混合液直接排入循環濃縮池。並從循環濃縮池底部定期排泥。

3.3.4汙泥處理係統


剩餘汙泥的排放在條件允許時可增設流量計、汙泥濃度計,用於監測、統計汙泥排出量。汙泥處理和處置應符合《室外排水設計規範》(GB50014-2011)的規定。

3.3.5後處理

對出水的除臭和脫色有嚴格要求時,可采用活性炭吸附或化學氧化處理。

對出水微生物有嚴格要求時,可采用氯化、紫外線或臭氧消毒。

3.4主要工藝設備和材料

3.4.1浸沒式膜組器

中空纖維膜宜采用簾式或柱式,平板膜宜采用板框式;其膜組器應耐汙染和耐腐蝕;膜材料宜 選用聚偏氟乙烯(PVDF)或聚乙烯(PE),也可選用聚丙烯(PP)、聚碸(PS)、聚醚碸(PES)、聚丙烯晴(PAN)以及聚氯乙烯(PVC)等;膜的孔徑應在  0.01μm~0.4μm  之間;在設計條件下,中空纖維膜使用壽命不低於3年,平板膜使用壽命不低於5年。

選擇膜組件應遵循以下原則: a)純水通量 120 L/m2·h~750L/m2·h(10kPa);b)膜孔分布均勻,孔徑範圍窄;  c)抗氧化性強;d)耐酸堿;e)機械穩定性好,延伸率小於10%。

膜的設計運行通量:中空纖維膜可按 12L/m2·h~30L/m2·h  取值;平板膜可按16L/m2·h~50 L/m2·h取值。

膜組器的結構應簡單,便於安裝、清洗和檢修。焊縫檢驗應符合GB/T12469  的規定。膜組器的支撐材料應防腐,宜選用不鏽鋼或其它耐腐蝕材料。

膜組器布置

a)平麵布置 膜組器應均勻分布於曝氣池內,膜組器兩邊與池壁距離不應小於 300mm。b)高程布置以正常運行時的最低水位為基準,膜組器頂部至水麵之間距離不應小於  400mm;散氣管(膜組件底部)至曝氣池地麵之間距離不應小於  300mm;應合理設計膜生物反應池內的水流循環通道,使處理水的流向形成通過膜組件的向上流循環。

膜出水係統

膜組器可采用抽吸水泵負壓出水,也可利用靜水壓力自流出水,但應保持出水流量相對穩定。應本著高效、節能的原則,選配抽吸泵:

a)設定膜組器的運行頻率,即泵間歇運行的開、停時間(如:出水 9min,停止 1min)。開停比應 通過試驗設定。由此計算出膜組器每天實際運行小時數。

b)流量:膜係統設計流量÷每天實際運行小時數×安全係數(安全係數取值1.2~1.5)。

c)吸程:應包括最大工作膜壓  +管路損失+高位差(膜區水麵到水泵軸線或管道最高點距離)+水泵係統損失(2m~3m)。

每台抽吸泵可對應多個膜組器。多台抽吸泵工作時,宜考慮備用原則。

小型MBR工程宜采用自吸泵,大、中型MBR工程宜采用真空泵、氣水分離罐和離心泵代替。

出水係統應設置在線監測壓力表、流量計和濁度儀。

膜清洗係統

在線清洗

a)在線清洗係統包括加藥泵、藥液罐、管路係統、計量控製係統。

b)清洗頻次:中空纖維膜每月不宜少於一次,平板膜可2~3個月一次。

c)在線清洗藥劑宜采用  NaClO(膜製造商有特殊要求的除外),藥劑用量按2.0  L/m2·次配製,另加管道容積量。藥劑濃度宜為1‰~3‰。

d)在線清洗時,停止產水;停止曝氣;啟動反洗泵, 30min~40min  把清洗藥液全部輸入膜內;浸泡  20min~30min;排出廢清洗液。廢清洗液排入廢液儲存池或汙水預處理池。

離線清洗

a)離線清洗設備包括清洗槽、吊裝設備、曝氣係統;

b)清洗頻次:宜半年到一年一次;

c)離線清洗藥劑宜采用 NaClO+NaOH(重量比為 1:1)、檸檬酸,藥劑濃度宜為 3‰~5‰。(膜製造商有特殊要求的除外)。

d)廢清洗液經活性炭或投加亞硫酸氫鈉還原處理後,返回預處理裝置。應根據膜的機械性能確定膜組器的反衝洗工藝。

曝氣係統

曝氣的風量應同時滿足生物處理需氧量和減緩膜組器汙染的要求。氣水比宜通過試驗確定,或參照膜製造商提供的氣水比設計。

曝氣設備應兼有供氧、混合等功能,宜選用射流曝氣、鼓風潛水曝氣等。

射流曝氣器應符合《環境保護產品技術要求   射流曝氣器》( HJ/T263-2006)的規定;鼓風潛水曝氣器應符合《環境保護產品技術要求 鼓風式潛水曝氣機》(HJ/T260-2006)的規定。

設計風機台數應考慮備用原則。

排泥係統

排泥管和汙泥泵的設計應符合《室外排水設計規範》( GB50014-2011)的規定。

3.4.2外置式膜組器

管式膜組件組裝的膜組器,殼體宜由不鏽鋼或 U–PVC製造;膜的孔徑宜在

0.03μm~0.5μm 之 間;最高運行溫度宜為 60℃;在設計條件下使用壽命應不低於 5年。

中空纖維膜組件組裝的膜組器,殼體宜由 U–PVC 或  PVC  製造;最高運行溫度宜為 45℃;膜組器的出水管應設置化學清洗用的清洗液接口。增壓設備

由管式膜組裝的管式膜係統,宜由大流量循環泵(臥式)推動出水。循環泵的進水流量應為該 係統產水流量的  6 倍~9 倍。進水壓力宜選擇  0.2MPa~0.4MPa。

中空纖維膜組裝的管式膜係統,進水泵宜為臥式離心泵。流量宜為設計進水流量。進水壓力宜選擇 0.1MPa~0.2MPa。

膜清洗係統

a)清洗係統宜由藥液泵、藥液罐、管路係統、計量控製係統組成;

b)清洗頻次,宜 30min~120min反衝洗一次,每次衝洗時間宜為  20s~30s;化學清洗通常每月不少於一次。

c)化學清洗藥劑,堿清洗宜采用  NaClO+NaOH((重量比為  1:1)),堿洗藥劑濃度宜 1‰~2‰,酸清洗宜采用鹽酸或檸檬酸,鹽酸濃度宜為  2‰~3‰,檸檬酸濃度宜為 3‰~5‰。

3.5檢測與過程控製

3.5.1檢測設施運行應平穩、可靠,並配置相應的檢測儀表和控製係統。根據工程規模、工藝流程、運行管理要求確定檢測和控製的內容。

自動化儀表和控製係統應保證處理設施的安全和可靠,方便運行管理。參與控製和管理的機電設備應設置工作和事故狀態的檢測裝置。監控膜係統的

壓力和流量;進水 pH值應控製在  6.5~8.5之間; 終端應設置  pH、化學需氧量、懸浮物、流量等檢測設備和儀表。

電氣櫃櫃體無變形、漆麵無損傷;防護等級   IP55。元、器件選擇、內外布線、安全接地保護、設備短路保護、過載保護、絕緣電阻值均應符合《電氣控製設備》(GB/T3797-2005)的要求。電線、電纜選擇應符合 《機械安全機械電器設備第 1部分:通用技術條件》(GB5226.1-2008)的要求。

3.5.2過程控製

生物反應池控製

生化係統宜設溶解氧檢測儀和水位計,大、中型汙水處理廠,宜增設汙泥濃度計。汙泥濃度計宜設置在好氧池平穩段。

厭氧池的溶解氧濃度應控製在  0.2mg/L  以下,缺氧池的溶解氧濃度應控製在 0.2mg/L~0.5mg/L,好氧池的溶解氧濃度不宜小於 2.0mg/L。

汙泥濃度控製

浸沒式中空纖維膜生物反應池汙泥濃度宜控製在  3g/L~10g/L,平板膜生物反應池汙泥濃度宜控製在  6g/L~20g/L。

浸沒式缺氧-膜生物反應池汙泥濃度宜控製在 6g/L~12g/L。

外置式膜生物處理係統循環濃縮池汙泥濃度宜控製在 10g/L~40g/L。

自動控製係統

整套設備係統應采用可編程序控製器(PLC)自動控製加麵板按鈕操作。

大型膜生物汙水處理工程應采用集中管理、分散控製的自動控製係統。中、小型膜生物汙水 處理工程的主要處理工藝單元,應采用自動控製係統。采用成套設備時,設備本身控製宜與係統控製結合。

係統控製裝置應具有手動和自動兩種方式。控製櫃麵板上應設有水泵、風機、電磁閥等運行狀態的顯示燈,以及表示膜堵塞的信號燈。

係統自動運行時應具有下列功能:

a)膜生物反應池,水位下降到設計低水位時:抽吸水泵自動停止,水位上升至設計高水位時恢複 運行;小型(設備化)工程膜生物反應池,水位上升至設計高水位時進水泵自動停止,水位下降到設計低水位時進水泵恢複運行。

b)膜堵塞造成抽吸水泵負壓上升至  0.04MPa 時報警,上升至  0.05MPa  時抽吸水泵自動停止。

c)自動進行周期性產水和膜清洗。

3.6主要輔助工程

3.6.1建構築物

汙泥貯存場應符合《一般工業固體廢物貯存、處置場汙染控製標準》(GB18599-2001)的規定。

設計、建設、運行過程中應執行《工業企業衛生設計標準》    (GBZ1-2010)、《工作場所有害因素職業接觸限值 第 1部分:化學有害因素》(GBZ2.1-2007)、《工作場所有害因素職業接觸限值 第  2 部分:物理因素》(GBZ2.2-2007)和《生產過程安全衛生要求總則》(GB12801-2008)的規定。

建構築物設置防護欄杆並采取防滑措施,應符合《民用建築設計通則》(GB50352-2005)的規定。

小於等於   500m3/d  的汙水處理宜設備化,宜采用鋼結構或其他結構的MBR設備。

3.6.2電氣係統

電壓等級與用電負荷

高、低壓電壓等級應與其供電的電網電壓等級相一致。接地係統宜采用三相五線製係統(TN-S)。用電負荷為二級負荷。配電設備布置中央控製室的儀表電源應配備在線式不間斷供電電源設備( UPS)。變電所低壓配電室的配 電設備布置,應符合《10kV及以下變電所設計規範》(GB50053-94)的規定。

3.7施工與驗收

3.7.1施工

施工前準備工作應按工程設計圖紙、設備圖紙等技術文件要求,編製施工方案。

應進行施工組織設計,明確施工質量負責人和施工安全負責人,經批準後實施。

工程建設、施工安裝和調試應符合《建設工程質量管理條例》的要求。施工材料、零部件、膜組器等應符合國家現行標準和設計要求,並有供貨商的合格證,嚴禁使用不合格產品。設備安裝應符合《機械設備安裝工程施工及驗收》(GB50231-2009)的規定。

膜組器的安裝應做好必要的防護,防止劃傷、脫水,且安裝後應及時注水。

管道工程的施工和驗收應符合《給水排水管道工程施工及驗收規範》(GB50268-2008)的規定;混凝土結構工程的施工和驗收應符合《混凝土結構工程施工質量驗收規範》( GB50204-2011)的規定;構築物的施工和驗收應符合《給水排水構築物施工及驗收規範》(GBJ141-90)的規定。

各種機電設備安裝後按使用說明書試車並滿足相關要求。

水質在線監測係統的安裝應符合《水汙染源在線監測係統安裝技術規範》(HJ/T353-2007)的規定。

塑料管道閥門的連接應符合《玻璃鋼 /聚氯乙烯(FRP/PVC)複合管道設計規定》(HG20520-92) 規定,金屬管道安裝與焊接應符合《工業金屬管道工程施工規範》(GB50235-2010)的要求。

竣工驗收

工程竣工後,建設單位應將有關設計、施工和驗收的文件立卷歸檔。

3.7.2驗收

工程驗收膜生物法汙水處理工程竣工驗收應執行《建設項目(工程)竣工驗收辦法》。

膜生物法汙水處理工程竣工驗收具體要求宜參照《城市汙水處理廠工程質量驗收規範》(GB50334-2002)執行。

泵站、風機房、膜組器等都應按設計的最多開啟台數作  48小時運轉試驗,水泵和汙泥泵的流量和機組功率應作測定,有條件的應測定其特性曲線。

進口設備除參照國內標準外,必要時應參照國外標準和其它相關標準進行驗收。

儀表、化驗設備應有計量部門的確認。

變電站高壓配電係統應由供電局組織電檢、驗收。環境保護驗收

膜生物法汙水處理工程投入使用之前,建設單位應向環境保護行政主管部門提出環境保護設 施竣工驗收申請。經環境保護行政主管部門批準後試運行。

膜生物法汙水處理工程環境保護驗收應按照《建設項目竣工環境保護驗收管理辦法》和工程環境影響評價報告的批複進行。

環境保護驗收前應結合試運行進行性能測試,性能測試報告可作為工程竣工環境保護驗收的技術支持文件。性能測試報告內容包括:

a)按設計流量全流程通過所有構築物,測試並計算各構築物的工藝參數;

b)測定膜生物反應池內混合液懸浮固體平均濃度( MLSS)及揮發性懸浮固體平均濃度與懸浮固體平均濃度的比值(MLVSS/MLSS);

c) 膜生物反應池進、出水水質化驗,項目包括:  pH、SS、色度、COD、BOD5、氨氮、總氮、總磷、石油類;

d)統計平均每天進水量、用電量和各分項用電量;

e)計算膜生物法汙水處理成本(元/噸水)。

3.8運行管理

3.8.1一般規定

膜生物法處理城鎮汙水時,汙水處理設施的運行、維護及安全管理參照CJJ60執行。

膜生物法汙水處理工程在運行前應製訂設備台賬、運行記錄、定期巡視、交接班、安全檢查等管理製度,以及各崗位的工藝係統圖、操作手冊和維護規程等技術文件。

操作人員應熟悉膜生物法處理工藝技術指標和設施、設備的運行要求;經過技術培訓和生產實踐,並考試合格後方可上崗。

各崗位的工藝係統圖、操作手冊和維護規程等應示於明顯部位,運行人員應按操作手冊進行係 統操作,並定期檢查構築物、設備、電器和儀表的運行情況。

工藝設施和主要設備應編入台賬,定期對各類設備、電氣、自控儀表及建(構)築物進行檢修維護,確保設施穩定可靠運行。

運行人員應遵守崗位職責,堅持做好交接班和巡視。

應定期檢測進出水水質,並定期對檢測儀器、儀表進行校驗。

汙水處理工程運行中應嚴格執行經常性和定期安全檢查,及時消除事故隱患。

各崗位人員在運行、巡視、交接班、檢修等生產活動中,應做好相關記錄。

3.8.2水質管理

膜生物法汙水處理工程應設水質檢驗室,配備檢驗人員和儀器。檢驗人員應經培訓後持證上崗,並應定期進行考核和抽檢。檢驗方法應符合《城市汙水檢驗方法標準》(CJ/T51-2004)的規定。

膜生物法城鎮汙水處理工程汙水正常運行檢驗項目與周期,應符合  《城鎮汙水處理廠運行、維護及安全技術規程》(CJJ60-2011)的規定。

膜生物法有機汙水處理工程的檢驗項目與周期,可參照  《城鎮汙水處理廠運行、維護及安全技術規程》(CJJ60-2011)執行。

在線監測係統的運行維護應符合《汙染源在線監測係統運行與考核技術規範》(HJ/T355-2007)的規定。

應定期檢測各生化池的溶解氧濃度和混合液懸浮固體濃度,當濃度值超出規定的範圍時,應及時調節曝氣量。

3.8.3設備管理

通用設備

對鼓風機和關鍵控製元器件(電磁閥、液位控製器)等通用設備進行日常維護。並進行周期性的保養和維護。

鼓風機應及時清洗進氣口的濾網,同時應檢查空氣管路上閥門是否開啟正常。

定期對水泵加注潤滑油,更換盤根或檢修。同時檢查進水管路是否通暢。

膜係統

膜係統運行前,須排除膜組件和出水管路中的空氣。

當汙水中含有大量的合成洗滌劑或其它起泡物質時,膜生物反應池會出現大量泡沫,此時可采取噴水的方法解決,但不可投加矽質消泡劑。

膜生物反應池出水渾濁,應重點檢查膜組器和集水管路上的連接件是否鬆動或損壞,如有損壞應及時更換。

生化過程管理

活性汙泥的培養和馴化,可分為間歇培養和連續培養:

間歇培養:在生物反應池內接種一定量的活性汙泥,開啟鼓風機曝氣,控製溶解氧在   2.0mg/L~2.5mg/L範圍內,隨時檢測溶解氧、pH值、MLSS,用顯微鏡觀察生物相變化,檢測上清液化 學需氧量達到設計去除率時,即培養出成熟的活性汙泥。

連續培養:生物反應池內有一定量的活性汙泥,連續培養數日,活性汙泥即可達到設計濃度。

4膜汙染

4.1膜汙染的定義及危害

4.1.1膜汙染的定義及分類

膜汙染是指與膜接觸的料液中的微粒、膠體粒子或溶質大分子與膜存在物理、化學、生化作用或機械作用,在膜麵或膜孔內吸附、沉積以及微生物在膜水界麵的積累,造成膜孔徑變小或堵塞,使膜產生透過流量與分離特性大幅度降低的現象。

膜汙染可以有很多種分類方式:就膜組件本身而言,膜汙染分為膜外部汙染和膜內部汙染,外部汙染是指汙染物質沉積在膜表麵形成濾餅,造成膜通量的下降。濾餅的組成是複雜而變化的,包括部分活性汙泥、膠體物質和由金屬離子形成的水垢;內部汙染是指汙泥混合液中的有機大分子物質和大量細菌被吸附在膜麵上和膜孔中,形成致密的膜麵沉積層,而且膜孔中是有利於細菌生長的微環境,細菌大量滋生造成膜孔堵塞,加重了膜汙染。根據汙染物的化學和生物性質,將膜汙染分為無機汙染、有機汙染和微生物汙染。無機汙染由結垢引起,以碳酸鈣和硫酸鈣居多;有機汙染包括溶解性有機物質、胞外聚合物和汙水中膠體物質;微生物及其代謝產物引起的汙染則直接與汙泥混合液有關,表現為汙泥粘度的變化和膜麵生物膜的形成,這些都導致了膜通量的減少

4.1.2膜汙染的危害

膜汙染直接導致膜通量的下降,膜使用壽命大大縮短,從而提高了  MBR的運行成本。

4.2膜汙染的來源

當前,對於膜生物反應器的研究主要集中在膜汙染上,相關研究表明,膜汙染物質的積累過程分為兩步:(1)初期汙染:由於濃差極化造成初始膜通量下降,混合液中溶解性物質造成膜保留側溶質的積累,產生較小滲透能力的膜麵表層。(2)長期汙染:由於溶質吸附和粒子沉積造成膜表麵溶質濃度較高,導致凝膠層在膜表麵形成,膠體粒子遷移至膜表麵,從而形成沉積,減小了水力滲透性和膜通量。

4膜汙染

4.1膜汙染的定義及危害

4.1.1膜汙染的定義及分類

膜汙染是指與膜接觸的料液中的微粒、膠體粒子或溶質大分子與膜存在物理、化學、生化作用或機械作用,在膜麵或膜孔內吸附、沉積以及微生物在膜水界麵的積累,造成膜孔徑變小或堵塞,使膜產生透過流量與分離特性大幅度降低的現象。

膜汙染可以有很多種分類方式:就膜組件本身而言,膜汙染分為膜外部汙染和膜內部汙染,外部汙染是指汙染物質沉積在膜表麵形成濾餅,造成膜通量的下降。濾餅的組成是複雜而變化的,包括部分活性汙泥、膠體物質和由金屬離子形成的水垢;內部汙染是指汙泥混合液中的有機大分子物質和大量細菌被吸附在膜麵上和膜孔中,形成致密的膜麵沉積層,而且膜孔中是有利於細菌生長的微環境,細菌大量滋生造成膜孔堵塞,加重了膜汙染。根據汙染物的化學和生物性質,將膜汙染分為無機汙染、有機汙染和微生物汙染。無機汙染由結垢引起,以碳酸鈣和硫酸鈣居多;有機汙染包括溶解性有機物質、胞外聚合物和汙水中膠體物質;微生物及其代謝產物引起的汙染則直接與汙泥混合液有關,表現為汙泥粘度的變化和膜麵生物膜的形成,這些都導致了膜通量的減少。

4.1.2膜汙染的危害

膜汙染直接導致膜通量的下降,膜使用壽命大大縮短,從而提高了  MBR的運行成本。

4.2膜汙染的來源

當前,對於膜生物反應器的研究主要集中在膜汙染上,相關研究表明,膜汙染物質的積累過程分為兩步:(1)初期汙染:由於濃差極化造成初始膜通量下降,混合液中溶解性物質造成膜保留側溶質的積累,產生較小滲透能力的膜麵表層。(2)長期汙染:由於溶質吸附和粒子沉積造成膜表麵溶質濃度較高,導致凝膠層在膜表麵形成,膠體粒子遷移至膜表麵,從而形成沉積,減小了水力滲透性和膜通量。

4.2.1汙泥濃度

膜生物反應器運行過程中,膜汙染物質來源於汙泥混合液,其成分主要包括微生物菌群及其代謝產物,廢水中的有機大分子、小分子,溶解性物質和固體顆粒。上述物質對膜通量產生很大影響。由於膜的截留作用,反應器內汙泥具有較高的汙泥濃度和汙泥停留時間。隨著汙泥濃度的增加,活性汙泥更容易在膜表麵沉積,從而加快了膜汙染速度,導致膜過濾阻力增加,進而降低了膜通量;同時,汙泥濃度升高,汙泥粘度也隨之升高,膜通量也會減小;再者,反應器內汙泥濃度過高,還會造成汙水粘度增大,影響氧氣的傳質效率。因此要對反應器內汙泥濃度進行嚴格控製,汙泥濃度過高或者過低都會對出水水質產生不利影響。

4.2.2溶解性有機物質近年來,溶解性有機物產物( SMP)對膜汙染的貢獻越來越得到重視。以腐 殖質、多糖、蛋白質等物質為主要成分的溶解性微生物產物,主要產生於微生物的基質分解過程和內源呼吸過程,其中高分子物質的含量較高且可生物降解性差,因此,在膜生物反應器中會產生積累。溶解性微生物產物極易堵塞膜孔,並容易沉積在膜表麵形成凝膠層;溶解性微生物產物的過高積累不僅有可能降低膜過濾出水的水質穩定性,而且有可能影響汙泥活性,引起嚴重的膜汙染。膜生物反應器中的   SMP  主要由微生物代謝及細胞破碎釋放的胞外聚合物(EPS)等物質,或者稱之為溶解性  EPS,其分子量分布一般在  1000~100000左右。研究表明,EPS與  SMP之間呈顯著正相關,隨著  EPS濃度的增大,SMP急劇增加。因此,EPS是引起反應器內  SMP累積的決定性因素。

4.2.3微生物汙染

胞外聚合物對膜汙染的影響胞外聚合物( EPS)在汙泥處理係統中對汙泥的絮凝性能、沉降性能、脫水性能以及重金屬吸附性能產生很大影響。胞外聚合物是微生物在一定環境條件下,在其代謝過程中分泌的包圍在微生物細胞壁外的多聚化合物,其主要物質為蛋白質和多糖。胞外聚合物不但可以在膜生物反應器內積累,而且會在膜表麵積累,從而引起混合液粘度和膜過濾阻力的增加。膜表麵的胞外聚合物直接改變沉積層的孔隙率和結構,胞外聚合物和細微顆粒一並沉積並吸附在膜表麵,形成粘結性很強的凝膠層,研究發現胞外聚合物濃度每增加  50mg/L,膜通量減小  70%;各種生物狀態的活性汙泥中,胞外聚合物含量和膜汙染之間存在線性關係,並且胞外聚合物中蛋白質和糖類的比例不同,超濾的膜通量也不同,膜通量隨著蛋白質比例的增加而減小。胞外聚合物過高或過低都會加劇膜汙染,因此存在一個最佳胞外聚合物濃度,使汙泥過濾性能最佳。

絲狀菌對膜汙染的影響

絲狀菌對膜汙染也有很大的影響,在汙泥絮體中絲狀菌數量過多或者過少對  MBR  係統的運行都能產生不利影響。這是因為絲狀菌的密度對活性汙泥性質影響很大,而這些性質是影響膜通量的根本因素。如果汙泥絮體附著數量極少的絲狀物,則它們體積會很小,從而引起嚴重的膜孔堵塞;而如果這些絮體附著的絲狀物很多,就會在膜表麵形成不透水的泥餅層。過多的絲狀菌很容易導致胞外聚合物(EPS)的大量滋生,從而產生低的   ZETA  電位和較強的疏水性,因此會引起膜汙染。絲狀菌與膜表麵汙染物形成過程及結構、附著形式密切相關,絲狀菌以黏著、穿透膜材料等固定形式,增加膜表麵汙染物的附著強度。立體網狀結構形式的絲狀菌對膜表麵汙染物的形成、汙染物的結構具有重要作用,嚴重影響膜生物反應器的處理能力及膜清洗的效率。由此我們得知,當汙泥絮體中附著適當數量的絲狀菌時有利於膜的滲透性。

4.3影響膜汙染的因素

膜汙染的形成主要受膜固有性質、MBR  運行條件、汙水特性等因素的影響。

4.3.1膜固有的性質

膜汙染程度與膜的材質、結構、膜孔徑大小及分布、疏水性、表麵粗糙度及膜表麵荷電性等有關。

4.3.2 MBR運行條件

如料液的流速、操作壓力、溫度、曝氣速度、MLSS、汙泥停留時間(SRT)水力停留時間(HRT)等。

從微生物角度對膜汙染進行研究將逐漸成為研究的熱點,胞外聚合物(EPS)和溶解性微生物產物( SMP)對膜汙染有重要影響,可以通過調節固體停留時間(SRT)、水力停留時間( HRT)、負荷來控製微生物特性,進而緩解膜汙染。絲狀菌過多或者過少都會對膜產生汙染,引起泥餅層的形成和膜孔的堵塞;同時絲狀菌過多,引起汙泥膨脹,會使胞外聚合物大量繁殖,也會對膜汙染造成影響。

4.3.3汙水特性

在  MBR  中泥水混合液的特性直接影響到膜的汙染程度和膜的使用壽命,如反應器中汙泥的濃度、pH值、泥水混合液的粘度、及菌膠團的大小及特性等。引起膜汙染的主要因素是汙泥,汙泥濃度過多或者過少都會使膜產生汙染。在膜生物反應器運行中,存在一係列最佳值,如經濟曝氣強度、經濟曝氣量、臨界汙泥濃度等。在這一係列最佳值的狀態下運行,膜生物反應器能達到最佳的處理效果,並且能降低膜汙染的程度,延長膜的清洗周期和膜的更換時間,從而降低了膜生物反應器的能耗,降低了成本。但應該指出的是,在實際運行過程中,很難使以上各種運行參數都處於最佳狀態。

4.4膜汙染的控製

4.4.1預防膜汙染改良膜的性質

對於疏水性膜可以通過膜材料的化學改性將其轉變為親水性膜,常用的化學方法有接枝、共聚、交聯、等離子或者放射性刻蝕和溶劑預處理等。

膜組件的選擇

膜組件的優化設計包括膜材質、膜結構的優化選擇、膜組件的合理布置等。膜材質可根據料液的特性決定,對於有機膜來說,膜通常是由高分子材料做成,其本身帶有荷電基團,根據同性相斥原理,選擇和料液顆粒物電荷相同的材料製作膜組件可減少膜對汙染物的吸附。也有研究發現,由親水性材料製成的膜與水分子問能形成氫鍵,可在膜表麵形成一層有序的水分子層結構,這對保護膜免受汙染具有積極的作用。疏水性膜的表麵與水分子間則無氫鍵作用,而水要透過膜是一個耗能過程,所以水通量小,膜易被汙染。纖維素是一種親水性很好的高分子物質,纖維素類膜材料是一種應用最早也是現在應用最多的膜材料。對於膜結構來說,一般對稱結構較不對稱結構更易堵塞,中空纖維比雙皮層膜抗汙染能力強。膜組件的布置方式應結合水力形態的特征綜合考慮,合理確定膜組件與空氣擴散器之間的距離,以保證在一定曝氣量下獲得較高的液體上升速率,減少汙泥層在膜麵的積累。而且在設計膜組件時不僅要提高膜的過
濾通量,還要使膜易於清洗,膜組件的特性如膜絲的鬆緊度、長度和直徑對膜的過濾性能也有影響。

優化膜分離操作條件

對於分置式  MBR  來說提高料液流速大大提高了泥水混合液對膜表麵的剪切力作用可以降低濃差極化和沉積層的形成提高水通量。在濃差極化現象不嚴重的情況下可通過提高操作壓力來提高透水率。但壓力不是越高越好因為隨著壓力的提高膜表麵凝膠層越易形成,加重膜汙染 。因此可以操作條件的優化可以按下列進行:

(1)通量的選擇

通常情況下,膜組件在一定的運行工況下存在著一個臨界膜通量。所謂臨界膜通量就是指確保MBR工藝長期穩定運行不出現膜穿透壓力急劇增加的膜出水通量。當實際采用的膜通量低於臨界膜通量時,膜過濾壓力保持平穩且膜汙染可逆;反之,膜過濾壓力迅速上升而不能趨於穩定,膜汙染的可逆性顯著下降。實踐表明,在較低通水量過濾時設備操作穩定、能耗較小,膜汙染上升速率慢。

(2)操作與過濾方式

間歇操作指對於一體式MBR,在抽吸數分鍾後,再停下來空曝氣, 這樣在上升氣流的作用下衝刷膜表麵,有利於降低濃差極化的形成, 同時沉積在膜表麵的汙染物也會在上升氣水流的帶動下脫離膜表麵回到主體泥水混合液中,這也有利於降低膜汙染。

錯流過濾,是指濾液沿著膜表麵流動,對膜表麵有一定的剪切作用, 降低了膜表麵的層流層的厚度,防止了汙泥在膜表麵的沉積,提高了濾速和透水率,減緩了膜汙染。而死端過濾泥水混合液直接向膜表麵運動,很容易在膜表麵沉積,造成嚴重的膜汙染。

(3)曝氣強度

在好氧MBR中,曝氣的目的除了為微生物供氧以外,還使上升的氣泡產生紊動水流來清洗膜表麵和阻止汙泥聚集,以保持膜通量穩定,因此所需曝氣量較高。研究表明,大量氣泡以較高速度穿過中空纖維膜組件,在這個過程中氣體夾帶的水流不斷衝刷膜表麵,使其處於劇烈紊動狀態,避免了凝膠層的增厚和堵塞物質的積累,大大延長了膜清洗周期。同時這種紊動作用還從兩方麵減緩了濃差極化現象。但是曝氣量也不宜過大,也有研究發現,在進水顆粒粒徑分布相同的情況下,當反應器內的剪切力增大時會導致膜表麵沉積的顆粒粒徑減小,使濾餅的結構更加致密,從而使膜過濾阻力增加。

(4)適宜的溫度溫度

對膜的過濾分離過程也有影響,升高溫度有利於膜分離過程的進行,這主要是由於溫度變化引起汙泥混合液粘度的變化所致。此外,提高溫度不僅降低了汙泥混合液的粘度,而且還改變了膜麵上汙泥層的厚度和孔徑,從而改變膜的通透性。但是溫度不能太高,否則會破壞微生物的活性(大部分微生物在20~30℃時活性強),並造成能量浪費。

改善汙泥混合液的特性

與膜直接接觸的汙泥混合液是膜汙染的根本原因,有關汙泥混合液性質對膜汙染的影響有很多,包括汙泥濃度、組成和沉降性能等。一般認為膜通量隨汙泥濃度的升高而下降,汙泥濃度越高, 汙泥越容易在膜表麵形成汙泥層,導致膜汙染。汙泥濃度過高,會使  EPS  濃度增加,而加速凝膠層的析出。在曝氣強度一定的條件下,存在著臨界汙泥濃度。反應器中汙泥濃度控製在臨界汙泥濃度範圍內時,汙泥絮體可以在膜表麵形成比較穩定的動態膜,既能防止細小顆粒及膠體進入膜孔,又可破壞濃差極化、抑製凝膠層的析出。所以在確保出水水質的前提下,控製反應器中的汙泥濃度在臨界汙泥濃度範圍可減少膜汙染。

膜生物反應器中膜汙染的物質來源是活性汙泥混合液,其成分包括微生物菌群及其代謝產物、汙水中的有機大分子、小分子、溶解性物質和固體顆粒等,每一部分都對膜產生汙染。因此對汙泥混合液進有效預處理,使其達到膜組件的進水要求,  是防止膜汙染的重措施之一通常采用的預處理方法:化學絮凝、過濾、pH值調節、臭氧處理等。

4.4.2清洗方法膜

清洗有物理清洗、化學清洗等方法。對於不同形式的膜汙染,應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,包括水外洗和反衝洗。水外洗主要去除膜表麵的汙泥和黏附性差的沉積物;反衝洗則是施加反向壓力使膜孔擴張,通過清洗水的反向衝刷,使得膜孔中堵塞物和膜表麵沉積層得到一定程度的去除。一般包括:水反衝洗、海綿球清洗、空氣反吹清洗、空曝氣清洗超聲波清洗、電清洗等

化學方法

化學清洗包括堿洗和酸洗,通常是根據膜的汙染程度,用氧化劑(次氯酸鈉等)、酸(鹽酸、硫酸、硝酸等)、堿(氫氧化鈉等)、絡合劑、表麵活性劑、酶、洗滌劑等化學清洗劑對膜進行浸泡和清洗,是一種去除膜汙染的相對最有效的方法。通過堿洗可以有效清除膜麵的有機汙染物,酸洗則可以將膜麵水垢溶解去除,對於處理生活汙水,堿洗比酸洗效果明顯。

物理-化學清洗

MBR  工藝的實際運行中,單純的物理或化學清洗方法並不能最大限度地消除膜汙染,取得最大的膜比通量,通常采用多種清洗方法的組合使用。物理-化學清洗是將物理清洗和化學清洗相組合以提高清洗效果的一種方法。例如實際中往往采用多種清洗方式的組合對膜進行清洗,先水洗、後堿洗、再酸洗、最後水洗是有效的方法,一般可使膜的通透能力恢複 90%以上。

5浸沒式平板膜組件

5.2浸沒式平板膜組件的特點

浸沒式平板膜組件包含曝氣箱和膜元件箱組成。膜元件箱裝有一定數量的按一定的間隔裝填的膜元件,每片膜元件是在支持板的兩麵貼上平板膜而形成的。曝氣箱體包括了提供空氣的曝氣管(如圖5-1所示)。這就是在  MBR中使用的膜組件。






圖 5-1 浸沒式平板膜組件

(1)膜元件形狀



膜元件是由具有豎直放置的支撐板作為夾層的平板膜組成(如圖 5-2  所示)。從膜元件底部曝氣管不斷進入的氣泡對膜表麵進行有效的清洗(如圖 5-3  所示)。因為這一機理使得活性汙泥不易在膜表麵沉積,從而保證了過濾的穩定進行。


5-2平板膜元件的結構


5-3活性汙泥的過濾原理

2)膜的材料

采用了PVDF(聚偏氟乙烯)作為膜材料和PET無紡布作為基層的複合膜構造保證了膜的物理強度和化學穩定性。

3)膜結構

PVDF膜表麵上孔的直徑小而均勻,相對於其它廠商的膜而言,PVDF膜不僅可生產高質量的產水還具有卓越的透水性能,並且可以防止膜孔的汙堵。

5.2浸沒式平板膜組件使用注意事項

5.2.1開箱和安裝

在吊裝膜組件殼體時,應確認吊鉤或者吊鏈是否與殼體相聯接,慢慢地向正上方起吊防止膜組件殼體會發生搖晃。嚴禁任何人員位於膜組件下方。

在吊裝膜組件殼體時,應使用和膜組件重量相匹配的吊鉤或者吊鏈。

在安裝膜組件時,應準備腳手架。絕對不容許在殼體上攀登。采用必要的保護器具以保證施工人員的安全。

在儲存和使用膜組件時,需要采取必要的措施來防止膜元件收到損壞,例如嚴禁將組件放置於膜組件之上或者防止膜元件與其它物品碰撞。

避免將膜組件長時間放在 40或者更高的溫度環境下也或者是陽光直射的場所。

從運輸到運行開始的整個過程中,嚴禁焊接熔斷剪切等作業產生的火花與膜組件接觸。

防止膜組件受凍。

避免在產水端施壓。

為了保護膜、防止堵塞,請使用 3mm以下的篩網為膜生物反應器的原水進行預處理。

5.2.2運行和維護

禁止飲用透過水。

處理水要回收再利用時,應根據其使用目的對處理水進行水質分析。

在燃燒使用後的膜元件時,會發生氟化氫(HF)氣體。需要采用專業的處理設備處置膜元件。

在向反應池內加入清水之前打開排氣閥,排掉膜元件內的空氣。進完水後關閉排氣閥。

建議不要采用地表水取代清水進行操作,如果地表水中含有大量的鐵、錳、鈣和矽時,可能會導致膜堵塞。

不要進行過量的清水測試,清水操所可能會導致膜堵塞。

清水操作後請保持膜的濕潤狀態。膜幹燥後可能會導致透水量的下降。

5.2.2運行和維護

禁止飲用透過水。

處理水要回收再利用時,應根據其使用目的對處理水進行水質分析。

在燃燒使用後的膜元件時,會發生氟化氫(HF)氣體。需要采用專業的處理設備處置膜元件。

在向反應池內加入清水之前打開排氣閥,排掉膜元件內的空氣。進完水後關閉排氣閥。

建議不要采用地表水取代清水進行操作,如果地表水中含有大量的鐵、錳、鈣和矽時,可能會導致膜堵塞。

不要進行過量的清水測試,清水操所可能會導致膜堵塞。

清水操作後請保持膜的濕潤狀態。膜幹燥後可能會導致透水量的下降。

請使用 5mm以下的篩網為加入反應池中的汙泥進行預處理。

曝氣量下降或變的極不規律或停止曝氣時,絕對不能過濾,否則會造成膜表麵堵塞。

不能在反應池中加入對活性汙泥有不良影響的化學藥劑、毒品、油分或其它物質。

即使在膜組件的使用條件範圍裏,也請盡量避免溫度,pH,膜壓壓差等參數的突然變化。

經常性的檢查和更換需要更新的部件。

防止膜組件受凍

在將膜組件取出進行維護後立即重新開始過濾,在將膜組件取出進行維護時,需要使膜一直處於濕潤狀態。膜幹燥後可能會導致透水量的下降。

5.2.3膜元件的化學清洗

清洗所使用的藥品可能含有觸及人體時會造成傷害的物質。使用藥品時,請務必非常小心地帶好保護眼鏡、手套等保護用具後進行操作。請務必確認藥品 MSDS的內容。

如果化學藥品接觸到皮膚或者衣服時,請立即使用大量清水衝洗。

如果化學藥品進入到眼中,請立即使用大量清水衝洗,並就醫。

在進行化學清洗時,一旦發現任何異常情況,請立即停止清洗作業。

采用加藥泵直接注入藥劑有時會使膜元件內部壓力(10kPa以下)來加藥劑時,會對膜組件或膜元件產生影響,上升,造成損傷。必須以重力方式投加藥劑。

化學藥品應該保存在陰涼處,避免陽光直射。

為了避免被腐蝕,請根據槽來盛放藥品。

次氯酸鈉不得與重金屬或酸混合。請特別注意當它與酸混合後會產生有毒的氯氣。

請勿將草酸或檸檬酸與次氯酸鈉混合。它們混合後會產生有毒的氯氣。

5.3浸沒式平板膜的運行

5.3.1標準時間表

在過濾運轉中,存在簡便的連續過濾運轉以及間歇的過濾運轉兩種方式。

在間歇的過濾運轉狀態下,過濾和停止的反複操作,而曝氣是連續進行的,如圖5-4所示。當過濾暫停時,曝氣仍然連續。沒有抽吸時的曝氣可以實現有效的膜麵清潔。盡管過濾的啟動和停止需要控製設備,當需要獲得高通量時,推薦並鼓勵使用間歇過濾運轉。推薦的間歇過濾設定:9min運轉,1min停止。


圖5-4運轉時間

5.3.2標準運轉流程圖



關於膜元件的標準化的運轉流程圖(過濾運轉部分),自然水頭運轉和泵的抽吸運轉的流程如(1)、(2)所示。另外,關於附帶設備如(3)所示。

(1)自然水頭運轉從反應池的液麵開始到過濾水出水口間的高度差所引起的自然水頭作為進行過濾運轉的驅動力(如圖  5-5所示)。為了利用自然水頭,將過濾水出水口設置在相對膜生物反應器的液麵較低的位置。(通常,以元件的最下端高度計算)過濾水配管推薦使用如圖   5-5  所示的貫通膜生物反應器的過濾水出水口連接方式。對於不貫通槽、而是跨越槽壁的配管場合,使用一種虹吸管作用的設備(自吸泵等)是非常必要的。另外,在過濾水出水口處,為了在過濾停止時,使配管水封,設計U型管部件。



圖5-5自然水頭運轉


出水控製閥的開度由流量計自動控製。此外,如果反應池內的水位到達下液位時,停止過濾出水;如果到達上液位時,停止進原水。原水流量的波動通過調節池來解決(圖中沒有給出),調節池的容量要能夠滿足原水水量的波動調節。

為了聚集配管內的空氣,有效減少自然水頭損失,自然水頭運轉時,請務必實施  1 次/日的抽空氣操作。貫通壁的過濾水出水口連接場合,過濾停止時,打開排氣閥排除空氣。推薦使用自動排氣閥。跨越槽壁的配管場合,請使用一種設備來抽空氣從而保證虹吸。


(2)泵抽吸運轉利用泵抽吸進行過濾運轉如圖 5-6所示。




圖5-6泵抽吸運轉

出水控製閥的開度由流量計自動控製。此外,如果反應池內的水位到達下液位時,停止過濾出水;如果到達上液位時,停止進原水。原水流量的波動通過調節池來解決(圖 中沒有給出),調節池的容量要能夠滿足原水水量的波動調節。

(3)附屬設備 關於前麵所述流程圖記載的設備,概要如下。而且,對於膜組件的運轉,除了這裏記載的條目以外,還有其他必要的機器,為了使用這些係統要做一些準備。

(a)格柵 為了保護膜、防止堵塞,請使用 3mm  以下的格柵為膜生物反應器的原水進行預處理。

(b)流量控製裝置 在出水管路設置流量控製裝置(流量調節開關等),控製出水流量。多個膜組件運 轉的場合,推薦每個係列都設置流量控製裝置。

(c)壓差計 在出水管和膜生物反應器內,設置壓力表,測定膜間壓差(壓力表設置在相同高度,這樣可以直接測定膜間壓差)。多個膜組件運轉的場合,推薦每個係列都設置壓差計。

(d)曝氣用空氣供給裝置(鼓風機等)用曝氣管供給曝氣空氣。每一台膜組件的空氣供給量請選定膜組件方法的標準曝氣量。

(e)曝氣空氣流量計 測定用曝氣管供給曝氣的空氣量。多個膜組件運轉的場合,推薦每個係列都設置曝氣空氣流量計。

(f)過濾水抽吸泵 泵抽吸運轉的場合,過濾水抽吸泵是必要的。請選定與必要的揚程、流量相應的自吸泵。

(g)液位計液位計是要求設置在膜浸沒池中控製液位的。

5.5.3膜生物反應器內的配置

膜生物反應器內的旋回流的線路如圖  5-7  的箭頭標記所示。旋回流是由於從曝氣管開始的空氣供給所產生的元件塊中部的上升流,和元件塊兩側的下降流形成。

為了利用這種旋回流現象,使得膜麵清潔、汙泥混合攪拌,得到有效的旋回流,在膜組件槽內配置時保留適當的間隙是非常重要的。

圖  5-7 及圖 5-8  顯示的是膜組件三維視圖情況下,膜生物反應器內配置的側麵圖和平麵圖。參考本圖,請檢查並設置膜生物反應器內配置參數   W1、W2、W3、a、b的範圍。

5-7水深方向的配置



圖5-8反應池內膜組件的平麵布置

(1)W1:380~680mm

(2)W2:430~730mm

(3)W3:在考慮配管的連接和維護等的基礎上,盡可能的設置成與槽壁間沒有空隙。(通常400mm間隔)

(4)a:從元件上端到膜生物反應器(運轉時的下限)水位的距離在500mm  以上時運轉。

(5)b:架台等設置時,從膜生物反應器底麵到曝氣管下表麵的距離要在400mm以下。

5.5.4  配套管件連接

關於膜組件的曝氣管、集水管的連接配管,如(1)、(2)所示。

(1)曝氣管配管

連接曝氣管的配管,使用法蘭( A)連接曝氣設備和曝氣箱(如圖   5-9  所示)。為了 在管路堵塞時拆卸配管,在液位以上的管路使用法蘭(B)進行連接。

另外,在從鼓風機開始的配管的中間,請安裝上清洗曝氣管用的分支管路和閥門。確保分支管路安裝於液位以上 500mm  的範圍內。建議安裝自動閥門來實現自動清洗。關於曝氣管的清洗方法請參照5.7.2。



圖5-9曝氣管的配置





(2)集水管配管

關於集水管配管的連接,從膜生物反應器向下取出過濾水的實例見圖   5-10,從膜生物反應器向上取出過濾水的實例見圖 5-11。

在自然水頭運轉場合下,推薦使用從膜生物反應器向下取出過濾水的配管連接方式。 在泵抽吸運轉的情況下,當泵的設置位置比膜生物反應器高時,推薦使用從膜生物反應器向上取出過濾水的配管連接方式;當泵的設置位置比膜生物反應器低時,推薦使用從膜生物反應器向下取出過濾水的配管連接方式。

無論是采用從膜生物反應器向上、還是向下的出水方式,在過濾水真空閥和集水管之間介入分支配管,安裝上注入藥液用的真空閥和抽空氣用的真空閥。


圖 5-10向下取水方式

圖 5-11向上取水方式

5.4浸沒式平板膜組件的設置方法

5.4.1設置準備

(1)確定將膜放入需要安裝的生物反應池的搬運計劃,如搬運路線等。

(2)準備好從卡車上把膜卸下的設備(鏟車、吊車、拖車等)。

(3)安裝前反應池內的施工應已完成,並請檢查清掃工作。大塊的垃圾(混凝土塊、 切削屑粒、零碎材料)等不得殘留在槽內,請務必將其除去。

5.4.2膜元件的拆卸

將膜元件從卡車上卸下時,請使用鏟車、吊車或拖車等設備。包裝樣式和貨樣吊裝的方法如下所述。

(1)出貨時,膜元件部分、曝氣部分為分別捆紮。

(2)吊起膜元件部分時,請把吊鉤完全掛上吊環後水平地上吊。請小心不要損壞膜元件的導流管及曝氣管,作業時確保安全。

5.4.3膜組件的檢查

搬出膜組件後,請再次檢查以下事項。

(1)出貨單中記載的物品已全部搬出。

(2)運輸等中沒有受到損傷。

(3)保護層沒有鬆開。

5.4.4膜組件的保管方法

請在避免陽光直射的室內平放保管,溫度在  5~40℃範圍內。 從搬入到開始運行為止的整個過程中,為了防止膜元件等的損壞,請十分小心保管。特別在可能有焊接、溶接、熔斷、磨床等發出的火花的場合,請覆蓋上防火層等保管,以免碰到火花。另外,在施工期間不得不在室外存放時,請盡量控製在短期,並遵循以下事項良好保管。

(1)5~40℃範圍內;

(2)不得冰凍;

(3)防止雨水淋濕;

(4)不得浸水;

(5)避免陽光直射。

5.4.5膜組件的安裝順序

安裝膜組件時,請按以下(1)~(4)的順序進行。 在安裝前反應池內的施工應已完成,並請檢查清掃工作。大塊的垃圾(混凝土塊、切削屑粒、零碎材料)等不得殘留在反應池內,請務必將其除去。關於安裝定位,請參照廠家的 MBR組件組裝圖。

(1)曝氣部分的安裝(底部安裝的情況)  請用錨將曝氣部分固定在生物反應池。該安裝中,曝氣管的水平很重要。為了能給予各個膜元件的膜麵均一的旋轉流,請保持曝氣管的水平,盡量使各曝氣孔的空氣放出量均等。因此,曝氣部分的上部應固定在縱向、橫向的水平度 3/1000以下。

(2)曝氣管配管的聯接 曝氣管運送時附有無孔法蘭盤。每個曝氣部分有兩個曝氣配管的連接位置,請將無孔法蘭盤加工成合適的法蘭盤將兩個位置都連接上。另外,事前將各配管安上法蘭盤。曝氣配管聯接好後,曝氣部分浸沒在清水中,開始供給曝氣空氣。確認曝氣部分內各個曝氣部分間曝氣無偏離,調整水平度。

(3)膜元件部分的安裝膜元件的安裝,根據膜組件類型按照廠家指定的順序進行。

(4)集水管配管的聯接集水管在出貨時附有無孔法蘭盤,請加工該無孔法蘭盤使成為合適的法蘭盤。根據膜組件的類型按以下順序聯接。又盡量使集水管兩端安有的托座的高度能夠微調整。為了防止集水管內空氣跑出,請上下調整兩端的托座,成過濾水流出側高度較高的斜麵。另外,請在集水管配管聯接前進行過濾水配管的衝洗和漏水檢查。請勿在膜元件的透過側加壓,否則的話,可能會導致膜組件的損壞。

5.5浸沒式平板膜組件的調試

5.5.1清水運行

(1)檢查和設置清水運行前,請先進行以下檢查準備工作。

(a)請再次確認空氣管、汙水管的正確連接。

(b)確認膜元件箱體在曝氣箱上已固定好。

(c)確認膜組件放置的反應池內已清洗完畢。打開保護蓋。泥土和灰塵可能會對損壞膜組件。

(d)將清水放入池內之前,打開空氣排放閥,排出膜元件中的空氣。

(e)將清水(自來水或過濾水)放至運行水位。

(f)放水完畢後,將空氣排放閥關閉。

注意:

在向反應池內加入清水之氣。進完水後關閉排氣閥 前打開排氣閥,排掉膜元件內的空氣。

建議不要采用地表水取代清水進行操作,如果地表水中含有大量的鐵、錳、鈣和矽時,可能會導致膜堵塞。

(2)清水運行

請按以下要領進行清水運行。

(a)曝氣鼓風機啟動後,請確認曝氣量和曝氣的均勻性。清水運行時可能會有泡沫產生。這種現象可能是由於膜中含有的不溶性的可生化的親水性物質導致的。可以不管這一現象而繼續運行。

(b)一台鼓風機對多台膜組件送風時,應供給保證各個膜組件的空氣量相同。如果有 嚴重的不同,請檢查管道構造(接口管粗細等)和各送氣管情況,使送氣量達到一致。

(c)清水調試時,請檢查控製設備的性能。

(d)清水調試時,請測定設計過濾水量(通常時及最大、最小流量時)下的膜間壓差、水溫,並進行記錄保管。

(e)清水調試時,性能測試結束後,請馬上停止過濾和曝氣。

注意:

不要進行過量的清水測試,清水操所可能會導致膜堵塞。

清水操作後請保持膜的濕潤狀態。膜幹燥後可能會導致透水量的下降。

5.5.2種泥的投加

必須進行種泥的投加。如果不進行種泥投加,直接用膜分離原水,可能較早地產生膜的堵塞。

請按以下要點實施種泥的投加。

(1)請預備好處理同種廢水的種泥。推薦采用 MLSS濃度在   20000mg/L左右的種泥。

(2)投加種泥後緊接著開始投入原水。請通過微細格柵(縫隙  5mm  以下)等來投入,從而去除夾雜的物質。(3)種泥投入的量應能使膜浸沒槽 MLSS濃度在  7000mg/L以上。

注意:

請勿使用接種劑。

投入種泥時,請務必使用微細格柵(縫隙  5mm以下)等來除去泥中的雜物。

5.5.3運轉開始

種泥投加完畢後,首先開始曝氣,接著開始過濾運行,同時開始原水供給。過濾水量穩定時,請測定、記錄下實際運行的過濾水量下的膜間壓差、水溫。運行管理相關的事項在後麵進行說明。

5.6浸沒式平板膜組件的運行管理

5.6.1標準運行條件

膜組件的標準運行條件如表 5-1所示。為了保持良好的處理能力,必須確保 MLSS濃度、黏度、DO(溶解氧)及pH 等處 理條件在合適的範圍。原水中含有較多的夾雜物或粗粒的 SS(懸浮物質),以及油脂成分比重較大時,必須進行適當的前處理。又必須添加消泡劑來除去膜分離槽內的泡時,請使用不易積垢的酒精類消泡劑。此外,表   5-1  所示的為標準的運行條件,並不是適合各種廢水處理的條件範圍。使用環境(特別是汙泥性狀)不同時,可能會有所差異。

5.6.2  運行管理項目

膜組件的運行性能隨原水水質和所設運行條件變化而變化。為了維持穩定的運行,推薦進行各項管理項目的數值等的記錄,從而把握膜組件的運行性能的變化和特征。

以下為運行管理項目的示例。

(1)曝氣量

(2)空氣出口壓力

(3)透過水流量或膜過濾流速

(4)膜間壓差(TMP)

(5)透過水水質(BOD、COD、濁度、T-N、T-P等)

(6)反應池水溫

(7)原水水質(BOD、COD、濁度、T-N、T-P等)

(8)剩餘汙泥排除量

(9)DO(溶解氧濃度)

(10)膜浸沒槽  pH

(11)MLSS

(12)汙泥粘度

(13)汙泥沉降性能(SV60或  SVI120)

5.6.3  膜生物反應器的日常檢查

為了膜組件的穩定運行,曝氣狀態及生物處理的穩定尤其重要。請實行以下所示的日常檢查。

(1) 跨膜壓差

檢查跨膜壓差的穩定性。跨膜壓差的突然上升表明膜堵塞的發生,這可能是不正常的曝氣狀態或汙泥性質的惡化導致的。這種情況發生時,檢查下列參數並采取必要的行動,例如膜組件的化學清洗。


(2) 曝氣狀態

檢查曝氣空氣量是否為標準量、以及是否為均一曝氣。發現曝氣空氣量異常、有明顯的曝氣不均一時,請進行必要的措施:如除去曝氣管的結垢,檢查安裝情況,檢查鼓風機以及調整曝氣等。

注意:曝氣量下降或變的極不規律或停止曝氣時,絕對不能過濾,否則會造成膜表麵堵塞。

(3)活性汙泥的顏色及氣味正常的活性汙泥的顏色及氣味為茶褐色有凝集性、無令人不快的氣味。如果外觀及 氣味不是這種狀態時,請適當地對  MLSS、汙泥黏度、DO、pH、水

溫、BOD負荷等數值進行檢查。

(4)MLSS

正常的  MLSS 在 7000~18000mg/L。沒有滿足該條件的場合,可能無法達到既定性能,因此請適當地調整  MLSS 範圍:MLSS  過低時,可采用投入種泥或停止汙泥排放等措施; MLSS  過高時,可采取增加通向汙泥濃縮停留池等的汙泥排放量等措施

(5)汙泥粘度正常的汙泥應在  250mPa*s  以下。沒有滿足該條件的場合,可能無法達到既定性能,因此請調整到正常的粘度範圍:過高時,可采取更新汙泥、增加排向汙泥濃縮停留池的汙泥排放量等措施。

(6)DO正常的 DO 是膜生物反應器內均為 1mg/L  以上。沒有滿足該條件時,如果未超過最大曝氣量,可采取調整曝氣條件等必要的措施。

(7)pH正常的  pH 為 6~8。沒有滿足該條件的場合,可能會發生無法達到既定性能的情況,請添加酸或堿來調整  pH。

(8)水溫正常的水溫為 15~40℃。沒有滿足該條件的場合,可能會發生無法達到既定性能的情況,因此如有可能請采取冷卻、保溫等必要措施。

(9)水位請檢查膜生物反應器的水位是否在正常範圍內。發生異常時請進行以下檢查:

①液麵計的檢查,

②透過水泵的檢查,

③膜元件膜間壓差的檢查等。

5.7維護管理

5.7.1維護管理項目及實施頻率為了維持膜組件的性能,維護管理項目及其實施頻率按以下所述進行。

(1)曝氣管的清洗(頻率:每天一次)

(2)膜元件的藥液清洗(頻率:同一過濾流量下跨膜壓差比初期穩定運行時的跨膜壓 差高  5kPa  時,或者每半年一次,擇兩者間更短時間內進行一次藥液清洗。)

(3)出水管的更換(頻率:大約為每 3年一次,但因使用情況各異)

更換出水管時,請使用指定的型號。

更換出水管時,將出水管牢固的插入出水口根部。

更換出水管時,避免對膜元件和集水管進水口用力過度,防止損壞。

5.7.2曝氣管的清洗方法

曝氣裝置的曝氣孔阻垢可能會造成曝氣不均勻和膜的堵塞。為了防止膜的堵塞,請每天進行一次曝氣管的清洗(建議設置自動閥進行曝氣管的自動清洗)。清洗時,通過打開排空氣閥釋放曝氣管內的壓力使汙泥逆流進入曝氣管內,通過流經曝氣管內的空氣將汙泥排出。曝氣管清洗流程

(ⅰ)停止過濾運行。

(ⅱ)關閉閥門 V1。

(ⅲ)打開清洗用閥門 V2。通過該操作使膜浸沒槽的汙泥從曝氣孔中逆流進入曝氣管,同空氣一起被排放。

(ⅳ)保持閥門 V2開  1秒鍾。

(ⅴ)關閉閥門 V2,接著打開 V1。

(ⅵ)用同樣的方式清洗另一條管路。

(ⅶ)關閉閥門 V3。

(ⅷ)打開清洗用閥門 V4。通過該操作使膜浸沒槽的汙泥從曝氣孔中逆流進入曝氣管,同空氣一起被排放。

(ⅸ)保持閥門 V4開  1秒鍾。

(ⅹ)關閉閥門 V4,接著打開 V3。

(ⅹⅰ)重新開始過濾。



5-12曝氣管清洗示意


5.7.3膜元件的化學清洗

當跨膜壓差上升過大時,需要進行化學清洗。當膜表麵的孔堵塞時,這樣的壓力上升就會發生。化學清洗的周期如下所示:

(1)同一過濾流量下膜間壓差比初期穩定運行時的膜間壓差高   5kPa  時,或者每半年一次,擇兩者間更短時間內進行一次藥液清洗。
(2)當跨膜壓差上升很快時,盡早進行藥液清洗。盡早進行的化學清洗可以有效的去除膜表麵的孔堵塞。
(3)如果 6 個月內,膜間壓差高  5kPa  時,觀察花費了多長時間。使藥液清洗常規化,這能有效延長膜的壽命。
5.7.4使用的藥品
使用的藥品及其標準使用條件如表  5-2  所示。請選擇與汙染物質對應的藥品。表 5-2清洗所用的標準藥品及其使用條件

5.7.5藥品的使用操作

清洗使用的藥品可能含有觸及人體時會造成傷害的物質,因此請在仔細閱讀藥品的產品安全手冊( MSDS)的基礎上,務必裝備有保護眼鏡、手套等保護用具,操作時請非常小心作業。附著到皮膚時,請按照 MSDS進行該藥品對應的處理措施。

1)次氯酸鈉溶液/NaClO

操作上的注意事項

(a)請避免通風換氣不充分、避開高溫物體、火花等,避免與酸的接觸。

(b) 請勿進行使容器顛倒、掉落、被撞擊或過度拉動等粗暴的操作。

(c)請勿擅自造成粉塵或蒸氣,以免發生泄漏、溢出、飛灑等事件。

(d)使用後請密閉容器。

(e)操作後,請仔細清洗手、臉等部位,並漱口。

(f)指定場所以外請勿飲食、抽煙。

(g)請勿將手套及其他已汙染的護具帶入休息場所。

(h)操作場所無關者禁止入內。

(i)請穿著合適的護具,以免吸入藥品和眼睛、皮膚及衣服接觸到藥品。

(j)操作場所在室內時,請使用局部排氣裝置。

②保管上的注意事項

(a)避免日光的直接照射,請於陰暗處保管;密閉保存,避免與空氣的接觸。

(b)儲液槽請采用耐腐蝕的容器。

(2)草酸/(COOH)2

①操作上的注意事項

(a)遠離強氧化劑、強堿。

(b)請勿進行使容器顛倒、掉落、被撞擊或過度拉動等粗暴的操作。

(c)請勿擅自造成粉塵或蒸氣,以免發生泄漏、溢出、飛灑等事件。

(d)使用後請密閉容器。

(e)操作後,請仔細清洗手、臉等部位,並漱口。

(f)指定場所以外請勿飲食、抽煙。

(g)請勿將手套及其他已汙染的護具帶入休息場所。

(h)操作場所無關者禁止入內。

(i)請穿著合適的護具,以免吸入藥品和眼睛、皮膚及衣服接觸到藥品。

(j)操作場所在室內時,請使用局部排氣裝置。

②保管上的注意事項

(a)避免日光的直接照射,請於通風良好盡量陰涼的地方密閉保管。

(b)儲物槽請采用耐腐蝕的容器。

(3)檸檬酸/HOOCCH2C(OH)   (COOH)CH2COOH

①操作上的注意事項

(a)遠離強氧化劑、強堿。

(b)請勿進行使容器顛倒、掉落、被撞擊或過度拉動等粗暴的操作。

(c)請勿擅自造成粉塵或蒸氣,以免發生泄漏、溢出、飛灑等事件。

(d)使用後請密閉容器。

(e)操作後,請仔細清洗手、臉等部位,並漱口。

(f)指定場所以外請勿飲食、抽煙。

(g)請勿將手套及其他已汙染的護具帶入休息場所。

(h)操作場所無關者禁止入內。

(i)請穿著合適的護具,以免吸入藥品和眼睛、皮膚及衣服接觸到藥品。

(j)操作場所在室內時,請使用局部排氣裝置。

②保管上的注意事項

(a)避免日光的直接照射,請於通風良好盡量陰涼的地方密閉保管。

(b)儲物槽請采用耐腐蝕的容器。

警告:

清洗所使用的藥品可能含有觸及人體時會造成傷害的物質。使用藥品時,請務必非常小心地帶好保護眼鏡、手套等保護用具後進行操作。請務必確認藥品 MSDS的內容。

如果化學藥品接觸到皮膚或者衣服時,請立即使用大量清水衝洗。

如果化學藥品進入到眼中時,請立即使用大量清水衝洗,並就醫。

化學藥品應該保存在陰涼處,避免陽光直射

次氯酸鈉不得與重金屬或酸混合。請特別注意當它與酸混後會產生有毒的氯氣。

請勿將草酸或檸檬酸與次氯酸鈉混合。它們混合後會產生 毒的氯氣。

5.7.6膜元件的藥液清洗方法

(1)膜元件的化學清洗流程 將藥液沿透過水導流管徐徐注入充滿膜元件,使藥液從膜的裏側向外側滲出。藥液注入時,請利用自然水頭。根據藥液槽的不同設計位置,由圖依次進行說明。

①藥液箱處於較低位置時的藥液清洗流程按圖  5-13依次進行表述。

(a)請確認藥液閥門已關閉、藥液泵已停止。

(b)藥液箱內藥液調整到給定狀態。

(c)停止過濾運行、關閉透過水閥(繼續曝氣)。

(d)確認已打開藥液泵、確認藥液的循環。

(e)徐徐打開藥液閥,開始注入藥液。

(f)注入給定量的藥液,注入終了後停止藥液泵。

(g)放置給定時間(1~3小時)。

(h)關閉藥液閥,打開透過水閥,重新開始過濾運行。

注意:由於開始運行初期時的透過水中殘留有藥液,請將其返送回原水池。無法返送時,請根據使用場所的環境來實施廢液處理。

圖5-13藥液箱處於較低位置時的藥液清洗流程

②藥液箱處於較高位置時的藥液清洗流程按圖  5-14依次進行表述。
(a)請確認藥液閥門已關閉。
(b)藥液儲槽內藥液調整到給定狀態。
(c)停止過濾運行、關閉透過水閥(繼續曝氣)。
(d)徐徐打開藥液閥,開始注入給定量的藥液。
(f)注入後,放置給定時間(1~3小時)。

(g)關閉藥液閥,打開透過水閥,重新開始過濾運行。

注意:由於開始運行初期時的透過水中殘留有藥液,請將其返送回原水池。

無法返送時,請根據使用場所的環境來實施廢液處理。


圖5-14藥液箱處於較高位置時的藥液清洗流程

(2)膜元件藥液清洗操作時中的注意事項
(a)請使用重力方式進行藥液注入,壓力控製在 10kPa  以下。如果直接通過泵注入,壓力可能會在  10kPa  以上,將導致膜元件的損壞。因此絕對請勿如此操作。
(b)請在膜元件處於浸沒狀態下進行注入。為了確保操作者的安全,請確保水麵到膜元件上部的水深在  500mm以上。
(c)藥液清洗時,曝氣攪拌也應繼續。但是,藥品種類等的影響會導致膜浸沒槽產泡。這時請下調曝氣量。
(d)藥液溫度越高,則衝洗效果越好。但是溫度請勿超過  40  度。另一方麵,溫度太低時,無法發揮衝洗的效果,可能會無法恢複膜性能。因此,請盡量保持膜浸沒槽內的溫度在較高的水平。

(e)藥液衝洗結束時,膜元件內及透過側配管中會殘留藥液。再次進行過濾運行時,在藥液對過濾水水質的影響消失前,請將過濾水返送到原水或者作為廢水進行處理。

注意:如果將藥液直接通過藥液泵等注入,膜元件內的壓力上升,從而可能導致膜元件的破損;因此請務必采用重力方式注入(供給壓力  10kPa  以下)。藥液衝洗時,請在膜浸沒槽液麵到膜元件上部的水深超過500mm狀態下,即膜元件被浸沒的狀態下進行藥液注入。

5.7.7膜組件的取出

取出膜組件時,請按以下順序操作。

(1)將膜生物反應器內的活性汙泥全部排出。

2)僅取出膜元件區時,請取下集水管配管。若曝氣區也需要取出時,請也取下曝氣管配管。

(3)僅取出膜元件區時,請卸下曝氣管區的聯結螺拴。這樣才能取出膜元件區。

(4)若曝氣區也需要取出時,請卸下固定錨。這樣才能取出曝氣區。

注意:在將膜組件取出進行維護後立即重新開始過濾,在將膜組件取出進行維護時,需要使膜一直處於濕潤狀態。膜幹燥後可能會導致透水量的下降。

5.8故障的處理方法

膜元件的故障一般有:曝氣異常、膜間壓差上升以及透過水流量減少、透過水質惡化。以下所示為針對各種情況而產生的問題、原因和處理方法。

表5-3  問題、原因和處理方法


*1)即使原因是軟管的問題,膜元件內部也可能有汙損,因此膜元件也要封住。

*2)對配管連接部分和焊接部位進行泄漏檢查而進行加壓操作時,請勿改變膜元件 的壓力。

6 MBR的優化與改進

6.1節能降耗

膜生物反應器能耗的特點城市汙水處理廠消耗的能源主要包括電、燃料及藥劑等潛在能源,其 中電耗占總能耗的 60%~90%,具體電耗分布情況因工藝和管理水平的不 同而有差異。由於電耗在總能耗中占有很大的比重,故如何降低電耗也就 是節能的重點。而MBR工藝除了具有汙水處理廠常規廢水生物處理工藝的能耗特點外,還有其自身能耗特點。

MBR 泥水分離過程必須保持一定的膜驅動壓力,其次是MBR池中MLSS濃度非常高,要保持足夠的傳氧速率,必須加大曝氣強度,還有為了加大膜通量、減輕膜汙染,必須增大流速,衝刷膜表麵,造成MBR的能耗要比傳統的生物處理工藝高。根據實際運行來看,目前常規分離式   MBR  運行能耗為3~4 kWh/m3,淹沒式MBR運行能耗為0.6~2.0kWh/m3,高於活性汙泥法

的0.3~0.4 kWh/m3。研究結果表明:能耗是造成MBR運行費用高的主要原因。


膜生物反應器能耗的分配比例膜生物反應器主要能耗的來源有:膜清洗曝氣鼓風機、生化工藝曝氣鼓風機、汙泥回流泵、抽吸泵和提升泵和缺氧區攪拌器,不包括預處理和消毒處理,
其中膜清洗曝氣占係統能耗的 34%,生化工藝曝氣占  42%,汙泥回流占 10%,抽吸泵和提升泵占 4%,缺氧區攪拌占 9%,其它能耗約為 1%。降低膜生物反應器能耗的主要途徑從膜生物反應器主要能耗的來源來看,膜清洗曝氣和生化工藝曝氣占總能耗的76%,是MBR工藝節能降耗的重點研究對象。建議通過工藝設計,設備選型和運行管理三個方麵來降低 MBR工藝的能耗。

6.1.1從工藝設計方麵降低能耗

流量控製方式影響 MBR的能耗

流量控製方式影響膜的麵積和能耗。對於采用MBR工藝的汙水處理廠,可設置調節池來平衡流量變化,減少峰值流量時膜元件的使用量,從而減少了生化反應和膜元件清洗所需的氣量,可節能約50%。也可通過改變膜通量來解決流量變化問題,峰值流量時增加膜通量也可減少膜的使用麵積而減少能耗。以某汙水處理廠為例:設計處理水量Q=68000m3/d,峰值流量係數 K=1.5,較高時通量42Lmh,較大日通量33Lmh,平均通量23Lmh。對比後發現通過流量調節,節能非常明顯。

強化預處理,減少MBR能耗

對於大型的汙水處理廠,都會采取一定的預處理工藝來去除部分COD,減少生化池容積和需氧量,從而減少電耗。但不同的預處理工藝,其節能效果也不一樣。有研究表明:采用初次沉澱池,可去除30%左右的COD,節能達 35%;采用水解酸化或 AB工藝,可去除40%左右的COD,節能達50%;采用厭氧或化學沉澱,可去除60%左右的COD,節能達75%。故選用合適的預處理工藝能降低 MBR能耗。

雖然細格柵對 COD的去除率較小,但對MBR而言,其作用是非常重要的。細格柵能截留汙水中較小的懸浮物,纖維等雜質,有效預防膜元件的堵塞與損傷,減少膜空氣清洗強度而降低能耗。

優化MBR汙泥回流係統

對於脫氮除磷的MBR而言,一般都有汙泥回流和混合液回流。膜池的汙泥回流使所有反應池的MLSS濃度接近,好氧池的硝化液回流到缺氧池進行脫氮,缺氧池回流到厭氧池進行除磷。目前國外多采用三段回流,如圖6-1所示,其流程如下



通過改進,在膜池後增加脫氧池,降低膜池出水中的溶解氧濃度,直接回流到缺氧區進行反硝化脫氮,其流程如下:




回流係統改進後,如圖6-2 所示,在保證出水水質的前提下,減少了45%的提升水量,進而減少總能耗 4%左右。但此流程沒有充分利用膜池中飽和溶解氧量,導致部分能量的浪費。

6.1.2從設備選型上降低能耗

生化曝氣係統對於MBR工藝的汙水處理廠而言,鼓風曝氣係統電耗一般占全廠電耗的76%左右,是全廠節能的關鍵。最主要的節能途徑就是提高鼓風機效率和氧利用率,從而減小供氣量,達到降低能耗的作用。

1)采用高效率的鼓風機 提高鼓風機的效率,對全廠的節能降耗是至觀重要的。根據目前使用的鼓風機來看,各種鼓風機的效率各不相同,必須根據實際需要來選擇合 適的鼓風機。例如鼓風機的效率從 60%%提高到 70%,則節省電耗 14%左右。由於鼓風機  24小時連續運轉,節能效果非常的明顯。

2)鼓風機采用變頻調速技術由於鼓風機的風壓是一定的,風量隻能靠出氣閥調節,實際生產過程中出氣閥的開度一般隻有50%-70%,如果采用變頻調速係統控製風量,節能效果很顯著。例如風機功率為 110kw 時,采用變頻調速前,電流為120~ 130A,采用變頻調速技術後,電流為70~80A,則可節省電耗0%左右。此外采用變頻調速技術軸承等的機械磨損減少,壽命延長,維修工作量減少,而且電機可以軟啟動,對電網的衝擊大幅減少。

3)采用微孔曝氣器微孔曝氣器可以減小氣泡尺寸,增大表麵積,提高氧的利用率,減少風量。以天津東郊汙水廠和紀莊子汙水廠為例,采用微孔全麵曝氣,比穿孔管曝氣節電 20%以上。

膜空氣清洗曝氣係統

1)提高膜通量和采取流量調節措施,都可以減少膜元件的使用數量,從而達到減少膜清洗所需的空氣量。

2)膜元件的結構形式影響膜清洗所需的空氣量。例如平板膜空氣清洗所需的氣量約為中空纖維膜清洗所需的氣量的   2-3  倍,電耗明顯高於中空纖維膜。據報道,國外最新開發的一種單端固定的中空纖維膜,其空氣清洗所需的氣量約為兩端固定的中空纖維膜氣量的  30%-50%,進一步的減少了膜清洗所需的空氣量,對降低全廠的能耗具有重要意義。

6.1.3從運行管理上降低能耗

1)回收膜池的溶解氧。在  MBR  工藝中,膜池的溶解氧濃度較高,一般為5.0-6.0mg/L,如果直接回流到缺氧池,造成缺氧池反硝化脫氮不能正常進行。若是經脫氧後回流到缺氧池,造成能量的浪費。通常將膜池的汙泥回流到好氧池,使溶解氧得到再次利用,可減少鼓風機的供氣量,降低曝氣係統能耗。例

如將設計處理水量為 Q,膜池的汙泥以4Q回流到好氧池,在理論上而言,在不考慮鼓風機的供氣量時,好氧池的DO濃度達2.0-2.5mg/L,可滿足生化需氧量。但在實際運行中,膜池溶解氧的利用率隻有30%左右,可減少汙水處理廠總能耗 12%左右。

2)采用間歇運行。研究表明,間歇運行可有效控製膜汙染,從而降低曝氣強度,節省能耗。在抽吸過濾時,懸浮固體和溶解性有機物均會在膜表麵沉積,停止過濾時,膜表麵的沉積汙泥因曝氣和擴張作用脫離膜表麵,但並不是停抽時間越長越有利於膜汙染的控製。一方麵,停抽時間越長,係統的產水率下降,

需要增加更多的膜麵積來維持產水量;另一方麵,曝氣隻能減少沉積在膜表麵的沉積汙泥,由於溶解性物質進入膜孔道引起的堵塞和膜表麵的凝膠層大部分屬於不可逆汙染,因此在恒流出水時,長時間停抽並不能有效控製膜汙染。

3)控製曝氣強度。在MBR工藝中,曝氣的目的除了為微生物供氧之外,大量氣泡以較高速度穿過中空纖維膜組件,氣體夾帶的水流對膜麵起衝刷作用,使膜表麵處於劇烈紊動狀態,避免了凝膠層的增厚和堵塞物質的積累,大大延長了膜化學清洗周期。因此膜清洗時曝氣量較高,氣水體積比為25:1以上,明顯高於傳統處理工藝,但曝氣強度過大時,不僅使曝氣能耗線性增加,還會破壞汙泥絮體中微生物、無機顆粒和胞外多聚物之間的相互關係,導致菌膠團解體,使膜表麵沉積的顆粒粒徑減小,濾餅的結構更加致密,從而使其膜過濾阻力增加,膜汙染加劇,縮短膜過濾周期。因此在保證出水水質的前提下,不可過度的曝氣。

6.1.4結論

對於  MBR  工藝的汙水處理廠而言,通過工藝設計、設備選型和運行管理的改進與優化,可以獲得非常明顯的節能降耗效果:優化工藝設計可節能30%左右,設備選型可節能40%左右,改進運行管理模式可節能15%,不僅可創造可觀的經濟效益,也使MBR工藝在技術上更加先進和成熟,在經濟上逐步獲得發展的優勢為 MBR技術的推廣提供了有力的支持。

6.2脫氮除

MBR脫氮除磷潛力分析

MBR工藝是將現代膜分離技術與生物處理技術有機結合起來的一種新型高效汙水處理及回用工藝,因其特有的高汙泥濃度和生物種群多樣性的特征,在提高生物脫氮除磷效率方麵具有較大潛力。在 MBR中,汙泥停留時間( SRT)可以不依賴於水力停留時間( HRT)而單獨加以控製,即可以通過膜的截留作用,在不增加池容的前提下延長 SRT,可保證如硝化菌這類生長速度緩慢的微生物在係統中被完全保留,滿足硝化菌的生長周期要求。同時,通過DO控製和強化生物段的功能,在MBR中還發現存在反硝化除磷菌( DPB),在脫氮的同時也能有效除磷。此外,膜過濾取代了傳統生物工藝中的二沉池,使反應器結構簡單,占地麵積小,還可獲得高質量的出水並同用。因此將生物脫氮除磷工藝與膜分離技術相結合,形成具有脫氮除磷功能的MBR具有廣闊的應用前景。

6.2.1MBR生物脫氮

MBR生物脫氮工藝及其處理效果根據硝化與反硝化是否在同一個反應器內發生可將 MBR脫氮工藝分為單一反應器間歇曝氣MBR脫氮工藝和厭氧—好氧MBR脫氮工藝。單一反應器間歇曝氣MBR脫氮工藝采用序批式反應器( SBR)的運行方式,通過限製曝氣和半曝氣運行方式在時間序列上實現缺氧 —好氧的組合;而厭氧—好氧MBR脫氮工藝類似於傳統的厭氧—好氧脫氮工藝,前置反硝化在缺氧條件下運行,含碳有機物的去除、含氮有機物的氧化和氨氮的硝化在好氧條件下運行。SBR運行方式能強化傳統膜生物脫氮性能,氨氮和總氮去除率分別為   92.2%和91.5%,采用SBR運行方式的MBR的脫氮穩定性優於傳統MBR。在好氧條件下,氨氮經過硝化作用轉化為硝態氮和亞硝態氮,廢水中總氮的含量沒有發生變化,為了提高總氮的去除率,在MBR前增設缺氧區和回流裝置形成厭氧 —好氧運行方式,總氮的去除率最高可達 96%,而在未增設缺氧區和回流裝置的情況下,總氮的去除率僅為60%。而厭氧—好氧MBR中厭氧反應器和好氧反應器對氨氮的去除率分別為31%~43%和47%~64%,好氧反應器的運行狀況對氨氮的去除效果影響較大。因厭氧—好氧MBR前增設缺氧池為係統反硝化創造了良好的條件,所以厭氧—好氧MBR脫氮工藝的脫氮效果相對要好一些,但厭氧—好氧MBR脫氮工藝流程較長,同時需增加回流設備和能耗。 SBR形式的MBR脫氮工藝間歇曝氣能促使細菌胞外聚合物的降解,緩解膜組件的生物汙染,延長膜組件的使用壽命,但與處理能力相同的厭氧—好氧MBR脫氮工藝相比,膜麵積增加了很多。兩種MBR脫氮工藝運行的經濟性及脫氮效果有待進一步的研究。

隨著研究的進展,許多研究者對 MBR脫氮工藝進行了新的嚐試和探索。在好氧MBR中加入填料載體,可為硝化和反硝化創造良好的條件,該工藝的氨氮和總氮平均去除率分別為 100%和93.06%;填料內部出現的反硝化杆菌、熒光假單胞菌等將硝酸鹽還原成亞硝酸鹽和氮氣,促進了氨氮的分解,這是膜反應器填充填料可提高脫氮效率的主要原因。針對 MBR裏汙泥絮體比較鬆散的特點,加入粉末活性炭( PAC)可促使汙泥絮體顆粒增大,使絮體內部形成缺氧區,有利於反硝化的發生和膜汙染的減緩,該工藝氨氮和亞硝酸鹽的去除率分別為95.50%和99.15%。此外,在MBR係統中加入NO2,微量的NO2對硝化菌和氧化有機物的異養菌有很強的抑製作用,確保了亞硝化菌在活性汙泥中的主導地位,從而實現了亞硝化菌的反硝化功能,明顯提高了硝化過程的脫氮效果,整個過程可節約DO約50%,節省碳源約80%,是一種具有應用前景的新脫氮工藝。國內外有關人員對現有MBR脫氮工藝的研究一般隻停留在中試階段,對其工藝參數、優化操作條件的研究還有待進一步深入。

MBR中短程硝化反硝化及SND技術

近年來,許多研究者在MBR脫氮工藝中證明了SND(同步硝化反硝化)和短程硝化反硝化現象的存在有利於 MBR脫氮效果的提高,但對其機理研究還不成熟。一般認為,MBR中的SND現象是由於好氧活性汙泥粒徑較大、汙泥濃度較高、在菌膠團內部形成厭氧區,從而使硝化菌和反硝化菌同時工作,形成SND。在此過程中  DO和汙泥絮體粒徑的控製是關鍵。    DO約為1  mg/L時,MBR可實現SND脫氮;DO過高會使菌膠團內部難以形成厭氧環境,同時還會加快底物的消耗,導致碳源不足,影響反硝化能力;DO過低則會削弱係統的硝化能力。此外,良好的 SND效果的獲得有賴於係統中硝化與反硝化過程以相近的速率進行。與以外源基質為碳源的異養反硝化相比,自養硝化是一個慢速過程,因此SND過程也需要一個慢速降解碳源的環境,以保證硝化與反硝化過程同步進行。以外源基質為碳源的 SND過程,聚-β-羥基丁酸(PHB)降解速率相對較低,同時,厭氧有機物的大量吸收促進了好氧階段硝化的快速到來,使反硝化與硝化保持相近的速率,以提高係統的 SND效果。短程硝化反硝化是將硝化反應過程控製在氨氧化產生 NO2-的階段,阻止 NO2進一步氧化,直接以 NO2作為菌體呼吸鏈氫受體進行反硝化。短程硝化反硝化的標誌是有穩定且高濃度的NO2—N的積累,係統可在亞硝化階段進行反硝化,從而減少對碳源和氧的需求。短程硝化反硝化相對於傳統的硝化反硝化對係統DO和碳源的需要分別減少25%和40%。該技術的關鍵是,控製係統的反應溫度和亞硝酸鹽積累,通過控製硝酸鹽的氧化和反應溫度來獲得硝化菌和亞硝化菌的不同生長速率,促使亞硝化菌占絕對優勢,強化亞硝酸鹽積累。在利用浸沒式膜生物反應器(SMSBR)處理焦化廢水時發現,在長汙泥齡條件下,硝化過程出現明顯的短程硝化反硝化現象,氨氮向 No3一N轉化受到抑製,使好氧段 NO2一N大量積累,實現反硝化,反硝化率為81.34%。對MBR中的SND和短程硝化反硝化機理的研究有待進一步深入,特別是微生物作用機理和微生物動力學的理論探索是亟待解決的問題。

6.2.2 MBR除磷

MBR除磷工藝及其處理效果

MBR除磷工藝與脫氮工藝基本相同,一般均采用厭氧 —好氧和SBR工藝,而且多數是和脫氮聯用。采用厭氧 —好氧MBR工藝處理模擬生活汙水,實驗結果表明,該工藝氮、磷去除率分別為  96%和70%。采用SBR--MBR工藝強化除磷效果,總磷(TP)去除率達96.4%,其中進水COD/TP是該工藝強化除磷的關鍵,在進水COD/TP較高時,無需排泥就能達到強化除磷的目的。由於工藝條件和膜組件性能的差異,MBR除磷的功能也不盡相同,依靠單純的生物除磷未必能使廢水達標排放。在MBR中通常以投加絮凝劑的方式來提高磷的去除率,當Al3+與TP摩爾比為1.5~2.0時,除磷效果較好,磷去除率為82.1%;但Al3+與TP摩爾比過高會影響汙泥的活性。另外,在好氧階段用純氧曝氣來提高磷的吸收,通過縮短厭氧時間和延長好氧時間也能提高係統的除磷效果。在 MBR除磷工藝中,內部結構優化合理,也可強化 MBR的除磷效果,但磷不能轉化為揮發性物質被去除,最終隻能通過人工排泥去除;當汙泥齡較長時,排放剩餘汙泥量減少,磷去除率也會相應地降低。

MBR除磷工藝中的反硝化除磷技術

傳統的生物脫氮除磷理論認為,生物脫氮需經過硝化菌的好氧硝化、反硝化菌的厭氧反硝化來協同完成;而生物除磷過程是除磷菌的厭氧放磷、好氧超量吸磷、最終排放富磷汙泥的過程。通常認為,NO3一N反硝化和磷釋放都需要碳源,厭氧反硝化會消耗一部分碳源,影響聚磷菌(  PAO)的磷釋放,降低磷去除率。但最近的研究發現,汙泥中有反硝化聚磷菌(  DPB)存在時,在厭氧條件下它可分解菌體內的多聚磷酸鹽(Poly—P),吸收基質中的低分子有機酸並以PHB的形式貯存於菌體中;在缺氧環境下,  DPB利用硝酸鹽作電子受體氧化菌體內的PHB,產生的能量部分用於新菌體的合成,其餘部分用來吸收基質中的磷酸鹽並以Poly—P的形式貯存於菌體內,從而實現超量吸磷。同時,  NO3被還原為N2,在厭氧、缺氧交替運行條件下實現  DPB的反硝化除磷效果。 DPB可較大程度地減少碳源的需求,為解決生物脫氮除磷工藝的碳源競爭問題提供了新的方法。研究發現,通過創造厭氧、缺氧交替的環境可篩選  DPB。有機碳源可影響反硝化除磷效果,進水有機碳濃度較低時,反硝化除磷係統可利用反硝化除磷菌一碳兩用的功能長期穩定運行,磷去除率為  99.2%;缺氧區的碳源濃度越高,對缺氧吸磷的抑製作用就越大。此外,硝酸鹽濃度較低時,菌體內的PHB不足以被氧化而產生能量,使聚磷不完全;硝酸鹽濃度較高時雖可提供更多的電子受體,但剩餘的硝酸鹽會影響出水水質及後續的厭氧釋磷過程。因此,在不同的除磷工藝條件下,控製硝酸鹽濃度和有機碳濃度是反硝化除磷的關鍵。與傳統的專性好氧聚磷菌除磷相比, DPB可分別節省約50%的COD和30%的氧消耗量,相應減少50%的剩餘汙泥量。確保MBR中有足夠多的DPB是實現MBR反硝化除磷的關鍵,而DPB的選擇和富集是反硝化除磷技術首要解決的問題。多數情況下,研究者采用 SBR運行方式對DPB進行富集。通過控製缺氧段硝酸鹽濃度對DPB進行誘導,誘導前DPB占總聚磷菌的27.61%,誘導後則高達
78.61%。在序批式膜生物反應器(  SBMBR)工藝中經過厭氧 —好氧和厭氧 —缺氧—好氧兩個階段的富集,DPB占傘部聚磷菌的比例從19.4%升至69.6%;每周期缺氧段投加120  mg NO3一N時,SBMBR係統運行最為穩定,缺氧段氮和磷去除率分別為100%和84%,係統的磷去除率為96.1%。由於工藝運行狀況和誘導條件的差異,NO3—N濃度的控製也不盡相同,但DPB的誘導增殖及反應係統中DPB菌群的變化規律等是反硝化除磷亟待研究的問題。

6.2.3結語

MBR脫氮除磷工藝是一種新型的脫氮除磷工藝,但與傳統的脫氮除磷工藝相比,還不是很成熟。今後應加強對 MBR生物脫氮除磷微生物學機理的研究,特別是硝化菌、反硝化菌、 DPB及反硝化DPB的作用機理和係統運行中菌群生長變化規律方麵的研究。而采用全新理論建立起來的反硝化聚磷技術將為 MBR減少能耗、提高脫氮除磷的效率、減少剩餘汙泥量提供新的契機。但至今國內外有關這方麵的研究較少,應在反硝化 DPB的篩選馴化、工藝設計、係統性能等方麵做進一步的研究。

6.3MBR的生物學特性

膜的高效截留作用使生物反應器成為一個對微生物來說相對封閉的係統,因此MBR的生物學特性與傳統的活性汙泥過程有所不同。

6.3.1微生物群落

活性汙泥係統(CAS) 是人造的生態係統,在這個係統中微生物是分解者,而原生和後生動物是捕食者。微生物群落的動力學性質和組成依賴於反應器的運行狀態,例如:SRT,生物濃度等等。而在MBR  中,由於膜的無選擇性分離作用為各種微生物,如生長較慢的菌種(如硝化細菌) 、不易沉降的菌種(如絲狀菌)等在生物反應器中的停留和大量生長創造了條件,  從而豐富了生物反應器中的微生物相,提高了汙泥對難降解物質的降解速率,縮短了馴化周期。因此,在MBR和CAS工藝中,微生物群落是不同的。

1異養微生物的存在形態  與CAS 相比MBR  中微生物的總數多,但異養微生物占總微生物的比例較低,這是由於在MBR中SRT較長,而FPM相對較低,使死亡微生物大量積累,微生物的生活力降低。在MBR  長時間的運行過程中,即使原水的水質水量保持恒定,各種運行參數保持穩定,活性汙泥的總體結構也會發生動態的變化,微生物的組成形態和處於懸浮生長和自由生長的細胞的比例在很寬的範圍內變化。研究中表明,在大部分時間內,大部分生物保持著單個細菌的自由懸浮狀態,隻有少部分是10~30μm直徑的菌膠團,而這些菌膠團是由粒狀或短杆菌組成,但在 CAS 中類似的結構卻很少見到。在 MBR  的長時間運行過程中絲狀菌由開始時的 3~4種逐漸變成一種細長的絲狀菌占優勢,同時這些絲狀菌產生大量的胞外聚合物(EPS) 而形成典型的聚合體。另外,  在大多數情況下, 螺旋菌的存在量很少,  在個別情況下,也可以大量的觀察到。借助於熒光原位雜交技術(FISH) 對細菌進行檢測,發現在膜生物反應器內占優勢的是β亞類的變形菌群。

2微型動物的存在  在汙水的生物處理過程中,原生動物等捕食者的存在具有重要的作用,他們可以維持微生態係統的穩定,同時可以捕食那些分散於水中的遊離微生物、降低水的濁度而提高出水的水質。在傳統的活性汙泥法中,微型動物是多樣的,常包括多種原生動物和後生動物,有時還可以發現肉足類的動物,而且沒有哪種微型動物在數量上占明顯的優勢,同時微生物群落的合理分布是汙泥健康和反應器性能良好的標誌。而在MBR  中,較長的汙泥齡應該有利於高等微型動物的產生和存在,而實際上在MBR  中的微型動物的存在卻是很不穩定而且數量相對較少。文獻指出,在 1年多的運行中,  隻是在一次觀察中發現了3種原生動物和2種後動物,在另一次觀察中發現了1種後生動物,在其它觀察中都沒有發現捕食動物。但是在MBR  中微型動物的缺乏並沒有對處理效果產生影響,因為膜可以截留出水中的遊離細菌。而在文獻中指出,在較強剪切力的作用下,在MBR  中隻有菌膠團,而不存在輪蟲和鍾形蟲,而在剪切力的作用較弱時,可以觀察到菌膠團,輪蟲和鍾形蟲的同時存在,並且輪蟲和鍾形蟲還具有捕食活性,因此微生物的多樣性在不同的水力條件下是可以改變的,換句話說,在MBR  中,微生物群落的分布不能成為汙泥健康和反應器性能良好的標誌。

3硝化細菌的存在  在MBR  中,膜的完全截留作用,助於生長緩慢的硝化細菌得以生長並大量繁殖,使MBR 具有很強的硝化作用。同時在MBR  中存在的硝化細菌主要是自氧氨氧化菌和異養硝化細菌,而不是在具有硝化活性的CAS中普遍存在的化能自養氨氧化菌。在MBR中出現高的硝化作用的原因:(1)由於硝化細菌具有很長的生長周期,在傳統的生物處理方法中,由於 SRT  很短,硝化細菌來不及生長就被淘汰,而在MBR  中,由於膜的分離作用,使硝化細菌
不受汙泥濃度的影響而被截留,因此在MBR  中硝化細菌的濃度比傳統的生物處理方法中高。(2) 由於在MBR  中汙泥產量低,因此其他以氨態氮為營養物的異養微生物數量少,使得硝化細菌的競爭對手少。 MBR在處理市政汙水時,硝化細菌的最大比生長速率為0.1~0.2d。

6.3.2汙泥特性

1汙泥的濃度  在生物反應器中,汙泥濃度表示的是生物的數量,較高的汙泥濃度可以使反應器的汙泥負荷降低,而容積負荷提高, CAS  中汙泥濃度通常為1.5~3g/L,而MBR 中的汙泥濃度通常為10~50g/L。同時在處理生活汙水和類似於生活汙水等易降解廢水的 MBR中,其汙泥濃度高於處理有毒或難降解工業廢水的MBR  的汙泥濃度,這是由於工業廢水的水質影響的結果。同時汙泥的粘性與濃度呈正比。

2汙泥的產率  目前使用的各種活性汙泥法都不可避免地要排剩餘汙泥,而汙泥的處理費用占整個運行費 1/4。而MBR  中由於汙泥齡可無限長,使汙泥達到自身氧化,因而剩餘汙泥產量少,甚至可以實現無剩餘汙泥排放。同時在無剩餘汙泥排放的情況下, 反應器內汙泥活性較高,不排剩餘汙泥對係統影響不大。在MBR  中原生動物與後生動物的掠奪沒有出現,汙泥不排放,於是怎樣去維持穩定的生物濃度,也就是零生物生長和汙泥產量的問題成為了關鍵。在係統沒有捕食者的情況下,生物的零生長被下列因素限製:(1)  環境提供的能量的數量,(2) 維持能量的需要,(3) 細胞的衰老過程,根據生長 —死亡的概念,每單位生物量可利用的底物隻允許一部分細胞生長,而另外一些細胞由於生存能力的喪失而衰老。在這個概念裏, 生長速度慢的細胞相應呈現低死亡率,  同時細胞的生長包括了來源於細胞自溶而產生的二次底物的生長。而在維持能量概念中認為微生物首先利用能量去滿足它們維持能量的需要。維持函數包括細胞物質的世代周期,蛋白質和RNA  的連續替換,滲透壓去維持濃度梯度和細胞的運動性、如果能量供應過剩,生物可能去成長。當達到最大生物濃度時,限製營養物的供給滿足生物的維持能量的需要,則生物的生長和死亡都接近為零、根據活性汙泥法基本動力學理論和試驗數據 , 從理論上解釋了MBR  汙泥產量低的

優點:


MBR中的汙泥濃度:

式中,MBR中的汙泥濃度X不僅與進出水水質、HRT、SRT等條件有關,而且與反應器汙泥混合液上清液COD濃度有關。

而在CAS 中, 剩餘汙泥從二沉池排掉,由汙泥和底物物料平衡可以得到其汙泥濃度為:


很明顯, X要比X*低,為了進一步確定量之間的差值,可得:


式中[Csup  –  Ce]代表了 MBR 中膜組件對 COD  去除的貢獻,由於這部分COD  不是通過微生物代謝過程實現,不會產生相應的汙泥濃度的增長,因此MBR 中膜組件不僅能夠代替傳統工藝中的二沉澱池,而且對 COD  去除有一定的貢獻作用。從(3) 式中可以看出,當進出水水質、運行參數和 COD  去除率相同時,  (3) 中的汙泥濃度差值ΔX 表明MBR  的汙泥產量比傳統活性汙泥法要低,從理論上解釋了MBR汙泥產量低的優點。


當汙泥停留時間足夠長時,可以簡化為limΔX =  0,這時(1) 和(2)  相等,即:由此可以看出,MBR係統在保持其他條件不變的條件下,隨著SRT的延長,汙泥濃度會逐漸增加直到達到最大值,這個最大汙泥濃度與進出水COD  差值成正比,與HRT成反比。

以上各式中:  X-汙泥濃度mg/L,Ci-進水COD 濃度mg/L,Ce-出水COD  濃度mg/L,Csup-反應器上清液COD濃度mg/L。

3汙泥的活性

3.1汙泥對有機物的去除活性: MBRCAS 相比,汙泥去除有機汙染物的比活性(gCOD/gMLVSS·h)低,且不穩定,這是因為 MBR中長的SRT 和低的F/M。但在MBR中,容積負荷高於CAS,說明在MBR中,盡管活性差且不穩定,但處理潛力大,因為MBR中可以維持較高的生物濃度,並且生長緩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,等價於活性汙泥群落的新陳代謝活性,它表示了膜過濾汙泥的生理狀態和微生物的代謝活性。OURCAS中大於MBR, 而在添加底物時,  OURMBR 中明顯增加,而在CAS中變化不大,說明在膜反應器中,微生物的生長不是被氧所限製,而是被底物所限製。同時在 MBR中汙泥的氧傳遞與CAS過程沒有明顯的不同,換句話說,膜分離沒有明顯提高在 MBR反應器中的氧傳遞效率,也就是說在MBR中由於供氧而產生的運行費用沒有比CAS明顯降低。另外在MBR中,隨著SRT的增加,OUR降低,這是因為在內源呼吸過程中產生的惰性物質在反應器內的積累,在長的 SRT時,由於高的汙泥濃度阻礙了氧及底物對活性汙泥絮體的由外到內的傳遞。3.3ATP 含量:ATP 是指在活細胞中高能化合物的含量。ATP CAS 中大MBR中,同時OUR/ATP的比在CAS中也大於MBR,表示在所有的微生物群落中好氧微生物所占的比例較低,這是因為 MBR中高MLSS 的情況下,微生物沒有完全處於好氧狀態。

3.4脫氫酶活性:脫氫酶是由活的生物體產生的 , 能酶促有機物脫氫反應,因此可以反映生物中的活性部分。在MBR 中脫氫酶活性在開始階段活性很高,隨著一些微生物的老化,比活性降低,這可以解釋為汙泥中活性部分與非活性部分的比例降低所至。

3.5多糖含量:多糖是微生物代謝產物的主要成分。在 MBR中比多糖含量(gglucose/kgMLVSS) 低於CAS,因為在MBR中汙泥齡較長,生物的活性及生活力都較差。而總多糖含量 (g  glucose/L)  MBR中高於 CAS,是因為 MBR中高的MLVSS含量。

6.3.3微生物產物

微生物產物主要指胞外聚合物( Extracellular  polymeric substances,簡稱EPS)和溶解性微生物產物(Soluble microbial products,簡稱SMP)。溶解性微生物產物指微生物在代謝過程中排出或分泌的物質:包括UAP  (substrateutilization associated production):微生物在分解基質產生能量,進行自身生長繁殖的同時產生; BAP  (biomass associated  produc2tion):微生物細胞內源呼吸過程中,伴隨細胞解體釋放的。它的重要性在於它們普遍存在,並且是生物處理過程中出水COD BOD 的重要組成部分,同時盡管進水不同,SMP組成卻類似。由於膜的高效截留作用使生物反應器成為一個對微生物來說相對封閉的係統,伴隨著汙水處理過程而產生的部分溶解性微生物產物有可能被膜截留,在生物反應器內積累,從而對係統的運行特性和微生物代謝特性產生影響。有MBR 中的SMP的特性研究始於 20世紀90年代。SMPMBR中的特性主要包括;(1)SMPMBR中的積累; (2)  SMPMBR 中對出水水質的影響; (3) SMP對膜汙染的影響。SMPMBR中由於膜的截留作用而被積累,同時積累的溶解性的代謝產物是可以被生物降解的,盡管這需要很長的適應期。同時 SMPMBR中的積累也與膜表麵形成的凝膠層有關。而凝膠層主要是由大量的 SMP用於膜表麵而形成。另外,累積的代謝產物限製了活性汙泥的代謝活性,累積的代謝產物濃度越高,影響越明顯。由於SMP 是生物處理過程中出水 CODBOD的重要組成部分,因此提出了一種建立在 SMP 形成和降解平衡基礎上的MBR動力學模型,從理論和實驗兩方麵證明了在出水中的大部分有機物質是SMP,這個結論與許多研究者的研究一致, EPS 指微生物代謝基質過程中的產物,包括細胞活動分泌物、細胞表麵脫落物、細胞溶解或水解產物等。包括溶解性ESP (suspended EPS) 和黏附在細胞壁上的EPS (extractable EPS) 。EPS的作用使微生物在穩定混合的高細胞密度的生物群落中連續生存,換句話說 EPS一種在微生物聚集體中允許細胞相互合作和交流的媒介。黏附在細胞壁上的高濃度EPS 可以使微生物形成更大的絮體,使汙泥更容易被膜分離。 EPS在混合液中膜上積累,引起了混合液粘度的增加和膜的過濾阻力的增加。EPS的比阻力為10161017m/kg。

6.3.4結論

綜上可知,在膜生物反應器中,由於膜的截留作用,世代周期較長的硝化細菌、不易沉降的菌種的數量明顯高於傳統的活性汙泥反應器;而由於剪切力的作用,微型動物存在的數量與類型比傳統的活性汙泥反應器少;而由於低的F/M和長的SRT,微生物的活性低於傳統的活性汙泥反應器;但由於MBR中汙泥濃度較高,使得MBR處理汙水的潛力巨大。另外,由於膜生物反應器對微生物來說是一個封閉的係統,使得其中的微生物產物積累,成為影響出水水質及膜汙染的重要因素,因此對微生物產物的研究將成為膜生物反應器研究的一個重點內容。

7部分  MBR工程實例

湖北十堰神定河汙水處理廠 11萬  m3/d,2009




無錫城北汙水處理廠四期工程 5 m3/d,2009.11


國外案例




意大利 Brescia汙水廠(42000/天)

工業廢水處理


南京梅山鋼廠冷軋廢水深度處理(2640m3/d20095月投運




寶山鋼鐵總廠冷軋廢水深度處理(3840m3/d)
投運日期:2009年  5月


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