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MBR平板膜PKMBR帘式膜:应该如何选择?

发布时间:2022-04-02      点击次数:746

       MBR是一种将高效膜分离技术与传统活性污泥法相结合的新型高效污水处理工艺,它用具有*结构的MBR膜组件置于曝气池中,经过好氧曝气和生物处理后的水,由泵通过滤膜过滤后抽出。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质截留住,省掉二沉池。活性污泥浓度因此大大提高,水力停留时间(HRT)和污泥停留时间(SRT)可以分别控制,难降解的物质在反应器中不断反应、降解。由于MBR膜的存在大大提高了系统固液分离的能力,从而使系统出水水质和容积负荷都得到大幅度提高,经膜处理后的水,水质标准高(超过国家YI级A标准),经过消毒,最后形成水质和生物安全性高的优质再生水,可直接作为新生水源。

       由于膜的过滤作用,微生物被完全截留在MBR膜生物反应器中,实现了水力停留时间与活性污泥泥龄的彻底分离,消除了传统活性污泥法中污泥膨胀问题。膜生物反应器具有对污染物去除效率高、硝化能力强,可同时进行硝化、反硝化、脱氮效果好、出水水质稳定、剩余污泥产量低、设备紧凑、占地面积少(只有传统工艺的1/3-1/2)、增量扩容方便、自动化程度高、操作简单等优点。

       目前应用的MBR膜有中空纤维膜、有机平板膜、陶瓷膜、软片膜等,其中市场主流是中空纤维膜和有机平板膜。这两类膜各有优缺点,客户如何就具体工程而选择合适的膜呢?请看下文对比篇。

实验内容

       在我国西南地区某污水处理厂进行,中试运行过程中,污水处理厂A2/O曝气池泥水混合物经细格网过滤后,分别进入有机平板膜分离系统和中空纤维膜分离系统,在产水泵负压作用下,水从膜外侧透过滤膜,污泥被隔离在膜外侧,实现泥水分离。混合物依靠重力回流至二沉池,在膜组件底部曝气进行膜擦洗。中试工艺流程见图。

结果与讨论 

1、间歇出水时间
      为了控制膜污染,膜分离单元在持续曝气的同时,通过定期暂停出水来减轻膜表面污泥的沉积。MBR工程中间歇出水的典型设置为每过滤8-15min,停止1-2min。这里将产水泵的抽吸时间与停吸时间的比值称为抽停比。


图1.png


       由图2和图3可见,两膜的跨膜压差(TMP)上升速率均随抽停比的增加而增大,平板膜TMP变化更为明显。虽然在抽停比为5∶1时两膜TMP上升速率最小,但统筹考虑TMP上升速率和产水量,可认为试验条件下两膜的理论最佳抽停比均为9∶1。

2、曝气强度

       MBR膜分离系统内曝气的主要作用是产生液流紊动和瞬时剪切力,从而增强膜的渗透性。一般情况下,由于平板膜的堆积密度较小,即单位膜面积所对应的膜组件投影面积较大,需要在相对较大的面积上布气,因此其曝气强度(单位膜面积的曝气量)高于中空纤维膜。
       如图4所示,平板膜TMP上升速率随曝气强度的增加而减小,而厂商推荐最DI曝气强度为1.14 m3/(m2 .h),为保证装置长期运行,将平板膜的曝气强度设定为1.20m3/(m2 .h)。


图2.png


       中空纤维膜TMP几乎不受曝气强度变化的影响[曝气强度为0.60-0.99m3/(m2 .h),为节约能耗,将中空纤维膜的曝气强度设定为0.60m3/(m2 .h)。
       研究表明,高强度曝气对污泥絮体的剪切作用可促进菌胶团解体及胞外聚合物(EPS)释放,导致污泥絮体粒径下降、溶解性微生物产物(SMP)浓度和混合液粘度增加,从而加剧膜污染。根据UV254测定结果,平板膜内的泥水混合物、混合物上清液及出水的UV254均高于中空膜。UV254与蛋白质的相对含量关系较为密切,而蛋白质是SMP的主要成分之一,说明平板膜内高强度曝气引发SMP升高是平板膜TMP上升速率较大的原因之一。

3、膜通量

       根据膜通量与TMP的关系研究两种膜的适宜运行通量。两膜TMP随通量变化规律相同,在通量为25 L/(㎡.h)时TMP逐渐上升,通量下降至20L/(㎡.h)后TMP保持稳定,在通量为30L/(㎡.h)时TMP迅速上升。由以上规律可见,两膜的临界通量均在20-25L/(㎡.h);


       通量与TMP的比值)可以更直观地反映膜通量与过滤阻力的关系。由图可见,两膜的透水率较为接近,随着设计通量的增加,平板膜和中空纤维膜的透水率分别呈下降和上升趋势,说明平板膜更适于在相对较低的通量下运行,而中空纤维膜更适于在相对较高的通量下运行。

图4.png

4、污泥浓度


       污泥浓度变化对两膜TMP的影响差异较大。对于平板膜而言,污泥浓度由12000mg/L增加至15000mg/L时TMP下降,由15000mg/L下降至8000mg/L时TMP上升;中空纤维膜的变化规律与此相反,当污泥浓度由11000mg/L增加15000mg/L时TMP上升,由15000mg/L下降至10000mg/L时TMP下降。可见在8000-15000mg/L的污泥浓度范围内,平板膜宜以较高的污泥浓度运行、中空纤维膜宜以较低的污泥浓度运行。此类现象在其他研究中也有发现,推测是由于平板膜上形成的二次动态膜在高污泥浓度下具有更好的性状,对膜污染的缓解作用更为明显。


图5.png

5、经济指标


       在同类土建结构的污水处理厂中,规模较小的项目单位投资额较高。由于项目建设及运行条件各异,且平板膜应用项目较少,因此无法通过现有项目直接比较两类膜的经济指标。为研究相同条件下两类膜组件在经济指标方面的差异。
       以处理规模为1万m3/d的市政污水A2/O-MBR项目为例,根据中试结果和污水处理工程的一般情况选择设计运行参数,计算得到项目的技术经济指标。A2/O-有机平板膜的项目总投资比A2/O-中空膜高7.7%。
       平板膜的堆积密度较小,因此根据膜组件安装尺寸计算得到有机平板膜的膜池容积为中空纤维膜的2-2.5倍,平板膜分离系统的的设计污泥浓度高50%,故平板膜的生物池容积是中空纤维膜的3/2。平板膜采购费用高于中空纤维膜,此处按照单位膜面积采购费用高25%-35%计算。
       平板膜分离系统的运行成本和总成本分别比中空纤维膜分离系统高14.3%和12.7%。分析其原因:
       能耗:由于平板膜组件的曝气强度较大、鼓风机电耗较高,故平板膜组件的电耗高于中空纤维膜组件;
       药剂:由于平板膜的化学清洗频率远低于中空纤维膜,故平板膜组件的药耗低于中空纤维膜组件。
       由以上分析可见,平板膜项目比中空纤维膜的项目占地面积略大些,前者的投资和运行费用略高于后者。由于平板膜对污水水质适应性较强、设备运行管理相对简单,因此更适用于难降解工业废水和中小规模生活污水处理项目,中空纤维膜投资运行费用相对较低,设备运行管理要求较高,因此更适用于大中型市政污水处理项目。
       摘自北京市市政研究总院有限公司,关春雨、杭世珺等人《平板膜和中空纤维膜在MBR工艺中的运行特性对比研究》

实验结论


微信图片_20220330153127.png

       过对平板膜和中空纤维膜的运行特性进行了研究,结合实际工程经验我们从膜的装填密度、抗污染性、清洗售后、运行寿命及运行费用等进行比较:


       鉴于这两种膜在前期投入、中期运营及后期售后等综合评估,我们建议:每天水量小于1000吨的项目使用平板膜,大于1000吨每天的项目使用中空膜,综合成本最佳。(北美的工程商建议使用中空膜的规模为3785吨/天)


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