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全面了解MBR平板膜:选型方法、清洗、膜池计算

http://www.water.hc360.com2018年02月01日09:56 来源:水处理新视野T|T

    慧聪水工业网 膜生物反应器,简称(MBR)是将生物降解作用与膜的高效分离技术结合而成的一种新型高效的污水处理与回用工艺装置。

    背景

    MBR最先用于微生物发酵工业,在污水处理领域中的应用研究始于20世纪60年代的美国。早期的膜技术主要采用的是超滤管式膜,后为了节约能耗,发展出了中空纤维膜,目前MBR主要有管式膜和平板膜,管式膜常用于中水回用,平板膜作为污水处理使用。MBR一般由膜组件和生物反应器组成,与传统的生物反应器相比,它具有占用空间少、运行稳定、维修管理方便等特点。

    MBR膜按结构主要分四种:中空纤维膜、平板膜、陶瓷膜、管式膜。

    中空纤维膜(又称帘式膜)和平板膜一起称为“有机膜”,主要材质是PVDF(聚偏氟乙烯)。现在又新出了一个PTFE(聚四氟乙烯)材质的,拉膜的时候孔径分布会更均匀,号称“塑料王”。

    陶瓷膜和有机平板膜一起称为“平板膜”,陶瓷膜化学稳定性非常好,能耐酸、耐碱、耐有机溶剂,耐高温;孔径分布窄、分离效率高等优点。陶瓷膜主要材质是氧化铝、氧化钛和氧化硅等。前景非常好。

    有机管式膜作为膜元件的一种形式,适用于超滤、微滤、甚至是纳滤等膜分离技术,其优点是流道宽,料液在管内湍流流动,对料液的预处理精度要求低。管式膜易于清洗,除可用化学试剂清洗外,还可以用机械物理擦洗的方法。管式膜组件的压力损失小,因此其流道长(最长可串联48米),过滤效率高。

    平板膜是一片板(一般是ABS)上面有导流道,双面贴上衬布和PVDF材质的膜片,经过无缝焊接之后形成的一块膜片。还有两种膜片也称之为平板膜,一是软片膜,二是柔性膜。

    平板膜的应用广泛,具有操作简单、维护方便、能耗低、适应性强等特点,已逐渐在相关行业污水处理中应用。下面具体介绍一下平板膜。

    01平板膜组件

    常见的是由304不锈钢焊成的架子,将膜片一片片插入其中进行固定,装上曝气管件和集水管件等,称为膜组件。目前常见的的10-250片之间可以整数形成组件,无论单片膜的大小。

平板膜组件

    从理论上讲,膜片破损,产水下降后,可以单片排查,单片更换,从而节省更换费用。

    02膜组件的选型

    根据水质来进行选择膜通量,10-26L/m2h,例:生活污水可以选择18-22L/m2h,电镀、医药等废水可以选择12.5-15L/m2h来进行计算。还要注意处理的水进入膜池的成分,是否有大量的油、钙镁离子、以及可以和膜相融的有机溶剂等。

    03平板膜的安装

    平板膜分为干膜和湿膜。

    正常情况:一般膜元件和膜支架是分开运输至项目现场。膜元件是要单个密封包装,按数量打包成木箱和支架一起运输至现场,可以在现场存放。

    特殊情况:可以组装后运输至项目现场。如施工现场不具体安装条件或者组件到达现在即可安装的情况,可以组装成组件一起运输,可以减少安装时间,提高施工效率。

    安装时组件需要焊接到池底,然后注入部分清水,将膜元件一片一片开始插入组件(这里要重点提示,膜元件很脆弱,磕碰划伤那一片膜就可以扔了,并且价格比较贵。)

    04膜池计算公式

    膜片数量n=Q÷N÷Ax1000

    Q:日处理水量t/d

    N:膜片的通量L/m2d(通量的选择上面已经提到了,换成天就可以了,尽量取最低值)

    A:每张膜片的有效面积(常见的有1.5,0.8平米,也会有2、1.6、1.0、0.9平米的)

    因为选择膜面积和建造的膜池有关系,所以要先确定膜池的深度,3-3.5米的有效水深可以选择1.5平米的膜片,2.2-2.5米的有效水深可以选择0.8-1.0米的膜片。一般土建池子考虑1.5,钢箱体池子考虑0.8。

    膜池的选择,有效水深决定选择的膜片大小,池长决定放置的组件数量,池宽决定单个组件放置的膜片数量。

    以1.5平米左右的平膜为例,长度大概在1600-1800mm之间,宽度在470-550mm之间,厚度在5-7.5mm之间。大同小异。

    以一个100t/d的生活污水为例计算膜片数量:

    根据公式:n=100÷400÷0.8x1000=312.5(片)非整数,这时候就要取整。因为400L/m2d已经取了最小值,这里就可以直接取值300片。

    100片一个组件需要3个组件,150片一个组件需要2个组件。根据膜池大小进行选择。这两种分别需要的膜池大小:3个组件的:4*2.5*2.8m或者3.5*2.5*2.8m;2个组件的:3*3.2*2.8m

    膜池的长度是组件数+1米即可,这是保证组件的均匀放置。组件数多的情况下可以进行压缩,少则不行。要考虑安装。

    膜池的宽度,考虑组件的宽度放置后,曝气系统和集水系统的走管,以及工人的安装后期维护是否方便,要给出较宽裕的空间。常见的组件宽度按照每片膜11-14毫米进行计算,两端的架子各预留200毫米,集水和曝气各预留350毫米的安装部分。

    100片膜需要的宽度:100x14+400+700=2500毫米

    05膜组件的清洗

    平板膜操作压力0-35KPa,膜池的混合液在自吸泵(10分钟为一个工作周期,抽8分钟停2分钟)的作用下,透过高分子材料制成的微孔滤膜,利用其均一孔径,来截留水中的微粒、细菌等,使其不能通过滤膜而被去除,对生化反应池内的含泥污水进行过滤,实现泥水分离。所以说,平板膜起着过滤的作用:

    1、膜截留了反应池中的微生物,使池中的活性污泥浓度大增加(常见的浓度6000-12000mg/L左右),使降解污水的生化反应进行得更迅速更彻底;

    2、由于膜的高过滤精度,保证了出水清澈透明,得到高质量的产水。能通过孔径的都过滤不了的就会在膜孔附近形成污堵,也就是膜堵了,产水不足,通量达不到。

    膜组件的清洗主要分为:在线清洗和离线清洗。

    清洗周期视膜的污染情况而定,水质好些的比如生活污水可能3、4个月清洗一次,水质不好的比如垃圾渗滤液15天、20天就要清洗一次,具体是根据产水量和负压来进行判断。

    常见的清洗是先碱洗后视情况进行酸洗,也会有先酸洗在碱洗的情况。碱洗主要是次氯酸钠和氢氧化钠的混合水溶液。酸洗常用草酸或者柠檬酸。钙离子多的话,尽量不要用草酸。不同的厂家会给出相应的参数,基本都是每片膜3-5L溶液,最后加起来计算需要多少。加药分为重力自流或者加药泵搭进去。

    清洗的简单操作:

    膜运行轻微污染时可采用在线清洗的方法,操作简单、费用较低、效果明显;一般先进行碱洗,再进行酸洗,可采用重力自流或计量泵加药。

    碱洗:配制2000~5000mg/L次氯酸钠和1000mg/L氢氧化钠混合水溶液,用高液位清洗水箱静水压灌入抽吸管路至膜元件,药液用量3-5L/片,浸泡5小时以上。

    酸洗:配制1000mg/L草酸(或柠檬酸)溶液,在线清洗,水量同上,浸泡3-5小时。

    注意:以上药剂都是按纯度100%计算的,当选择的药剂含有杂质时,按相应纯度计算出相应的药剂量。采用药液重力自流的方式把药液通过膜抽吸管路上预留的加药口注入到膜片内清洗膜片的方式。

    【自流式简图】

自流式

    离线清洗又称维护下清洗,一般一年或者在线清洗无法恢复膜通量的时候进行离线清晰。设置一个离线清洗池或者膜池内清洗,也就是整池加药整体浸泡,通过曝气冲刷来恢复通量。

    热点问答

    1.问:这种平板膜安装使用起来,会不会存在着“在曝气时没有抖动,而比帘式膜快一些污堵呢?”帘式膜曝气时会抖动,把膜表面的物质甩下来?还有一般怎么提高膜的使用周期?膜最怕的物质有哪些吗?PAM?钙离子?

    答:1)平板膜的曝气量和帘式膜相当,靠曝气时冲刷表面已经够了。污堵情况平板膜会好一些。

    2)负压和产水快到临界值时就清洗可以适当提高使用周期。

    3)有机膜怕的东西挺多的:硬物颗粒、油、钙镁离子、相融的有机溶剂等等。更重要的是钙镁离子和硫酸根、碳酸根等结合形成的垢。

    2.问:运行要求有哪些,如某些损害物质存在时对膜的影响?

    答:影响膜的因素有很多,油污,有机溶剂,颗粒等这些都很怕。生化不了的,无法通过膜孔径的,全部都会被拦截,然后形成污堵。

    3.问:对MBR膜池用次氯酸钠浸泡清洗,对池里微生物影响有多大?

    答:2000mg/L的次氯酸钠溶液,是内部浸泡,只有微量的会进入膜池,对微生物没有影响。如果是整池清洗,那池内的微生物已经全部打走了。

    4.问:化学清洗是不是需要离线清洗?

    答:有在线化学清洗和离线化学清洗2种。一般情况下都是在线洗,在线洗不出来才会考虑离线。

    5.问:MBR膜为什么污泥浓度不建议在3000以下呢?

    答:因为污泥浓度降低以后,讲解有机物的能力就下降了,并且污泥形成絮凝效果不好,会加速堵膜。所以每种水质都有一个合适浓度,过高过低都不好。

    6.问:进水cod不到100,mbr池溶解氧高,导致污泥细散,沉降性能差(sv90),运行30分钟,停60分钟,能缓解吗?

    答:曝气量太大了,减少曝气量。顺便看看营养够不够。COD太低了是好事,泥不好养,还容易堵膜。

    在国外,MBR已经在城市污水处理及建筑中水回用、工业废水处理、饮用水净化、养殖场污水处理、垃圾渗滤液处理等多个领域广泛应用。在国内,MBR处于初期推广起步阶段,应用领域较小,常用于城市等生活污水的污水处理和中水回用,其在污水处理与中水回用等方面也将有广阔的前景。

责任编辑:童志威

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