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中國給水排水2020年中國城鎮(zhèn)污泥處理處置技術(shù)與應(yīng)用高級研討會 (第十一屆)邀請函暨征稿啟事
 
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平板膜在膜生物反應(yīng)器(MBR)中的優(yōu)勢

放大字體  縮小字體 發(fā)布日期:2013-07-15  瀏覽次數(shù):136
核心提示:平板膜在膜生物反應(yīng)器(MBR)中的優(yōu)勢
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膜生物反應(yīng)器(Membrance Bioreacter,MBR)是將膜分離技術(shù)和生物反應(yīng)器的生物降解作用集于一體的生物化學(xué)反應(yīng)系統(tǒng)。膜分離技術(shù)是污水處理領(lǐng)域中常用的物理處理技術(shù),其機理主要是篩分效應(yīng),根據(jù)不同的膜表面孔徑大小,可以分為過濾、微濾(MF)、超濾(UF)及納濾(NF)等。膜生物反應(yīng)器中通常采用的是微濾和超濾膜,其分離機理主要是篩分效應(yīng),因膜結(jié)構(gòu)的不同,截留作用大體可以分為機械截留、吸附截留及架橋作用等。傳統(tǒng)的活性污泥法處理流程包括格柵、沉砂池、初沉池、生物反應(yīng)池、二沉池及消毒池。其中格柵、沉砂及初沉都是為了去除進水中的雜質(zhì)及較大的顆粒,為之后的生物反應(yīng)做好鋪墊。而污水中絕大部分的有機污染物,包括COD、BOD,及氮磷等物質(zhì)都將通過池內(nèi)微生物自身的新陳代謝過程中得到消耗和降解,而為保證生物反應(yīng)池的處理效率,對于活性污泥的濃度和狀態(tài)都有一定的要求。生物反應(yīng)池出水中還含有大量的微生物,因此需要流入二沉池進行泥水分離,使出水澄清,并將沉淀下來的污泥回流或處置,二沉池出水經(jīng)消毒后達標(biāo)排放。而膜生物反應(yīng)器的介入點便是用超濾或微濾膜組件替代傳統(tǒng)活性污泥法中的二沉池實現(xiàn)泥水分離。該工藝具有處理能力強、固液分離效率高、出水水質(zhì)好、占地空間小、運行管理簡單等特點。目前,MBR工藝技術(shù)處理生活污水和工業(yè)廢水已突顯成效。膜組件是MBR的核心部分,目前工程化應(yīng)用中主要采用中空纖維膜組件和平板膜組件。平板膜與中空纖維膜具有不同的特點,適用范圍也有區(qū)別,平板膜具有水力學(xué)條件易于控制、通量高、抗污染能力強和清洗更換方便等特點,能夠在更高污泥濃度條件下保持高通量穩(wěn)定運行;中空纖維具有裝填密度大、價格便宜等優(yōu)點。截止2006年,據(jù)不完全統(tǒng)計在世界范圍內(nèi)運行的MBR達2259套,其中平板膜生物反應(yīng)器的比例占到了68%。然而,在中國平板膜生物反應(yīng)器的工程化應(yīng)用程度還很低,明顯滯后于中空纖維膜生物反應(yīng)器。

1、MBR與傳統(tǒng)活性污泥法工藝(CAS)相比有以下明顯優(yōu)勢:

(1)污染物去除率高,出水水質(zhì)好

MBR既可以用于高濃度、難降解有機工業(yè)廢水處理,又可以用于生活污水和一般工業(yè)廢水的凈化。在MBR中,由于膜組件對于反應(yīng)池中的微生物,尤其是對于世代周期較長的硝化反硝化菌種,及存在于小污泥顆粒中的微生物具有相當(dāng)好的截留作用;同樣由于膜的存在,MBR體系中活性污泥可以高達(MLSS)8000-15000mg/L,遠遠高于傳統(tǒng)活性污泥法(約3000-4000mg/L),對污染物去除效率高,處理出水水質(zhì)好,不僅對懸浮物(SS)、有機物去除效率高,出水的懸浮物(SS)和濁度可以接近零,而且可以去除細菌、病毒等可以作為污水深度處理及資源化技術(shù);谄涓咝У纳锓磻(yīng),及膜本身良好的分離截留作用,通常膜生物反應(yīng)器的COD、BOD、和SS的去除率分別可達到95%、98%、99%,膜生物反應(yīng)器的出水可以作為中水直接回用。

(2)負(fù)荷變化適應(yīng)強,耐沖擊負(fù)荷

膜生物反應(yīng)器由于膜的高效截留作用,可以完全截留活性污泥,使得反應(yīng)器內(nèi)污泥濃度很高,實現(xiàn)了反應(yīng)器內(nèi)水力停留時間(HRT)和污泥停留時間(SRT)的完全分離,即使進水量突然增大,整個反應(yīng)器內(nèi)部的生物性狀也能保持在一個比較穩(wěn)定的狀態(tài);同時,由于污泥濃度的提高,強化了活性污泥的吸附作用;而且,在膜的截留作用下,來不及被生物降解的污染物也不會隨著出水排除。基于以上幾點,整個反應(yīng)器運行控制將會更加靈活穩(wěn)定。因此,膜生物反應(yīng)器系統(tǒng)克服了當(dāng)系統(tǒng)水力負(fù)荷和有機負(fù)荷發(fā)生變化時傳統(tǒng)水處理工藝出現(xiàn)污泥膨脹等問題。

(3)污泥排放量小

膜生物反應(yīng)器水處理技術(shù)除了作為污水深度處理及資源化技術(shù)之外,還可以作為一種污泥減量的重要技術(shù)和避免常規(guī)污水廠大量剩余污泥處置難題的一種有效手段。膜生物反應(yīng)器的污泥排放量很小,甚至可以做到不產(chǎn)泥。污泥自降解和污泥水解可降低傳統(tǒng)水處理系統(tǒng)的效率,但對膜生物反應(yīng)系統(tǒng)卻非常有益。傳統(tǒng)的活性污泥法通常采用的是穩(wěn)定期末尾至衰亡期初始時的活性污泥,而由于膜生物反應(yīng)器中的高污泥濃度,有機物被大量消耗,同時會有相當(dāng)一部分處于衰亡期的微生物依靠自身的內(nèi)源呼吸進行代謝分解,在保持出水污染物低濃度的同時,消耗了污泥生長過程中的剩余量。膜分離使得污水中的大分子難降解物質(zhì),在體積有限的膜生物反應(yīng)器內(nèi)有足夠的停留時間,大大提高了難降解物質(zhì)的降解效率。反應(yīng)器在高容積負(fù)荷、低污泥負(fù)荷、長泥齡的情況下運行,完全可以實現(xiàn)較長周期內(nèi)(如6月或者更長時間)不排泥或者排泥量很小,剩余污泥排放量很小,甚至不產(chǎn)泥。

(4)工藝流程短,系統(tǒng)設(shè)備簡單緊湊,占地省

由于膜生物反應(yīng)器無需在好氧污泥系統(tǒng)產(chǎn)生絮體以便之后二沉池的泥水分離,因此生物反應(yīng)器內(nèi)污泥濃度可以比傳統(tǒng)工藝高許多,而生化反應(yīng)速率又與反應(yīng)物濃度有關(guān)。反應(yīng)物濃度越高,反應(yīng)速率越大,因此膜生物反應(yīng)器的容積負(fù)荷可高達5kgCOD/(m3d),而傳統(tǒng)工藝通常只有0.4~0.9kgBOD/(m3d),處理生活污水時水力停留時間(HRT)可減至2h,生物反應(yīng)池的容積可以大大減小,根據(jù)國外研究資料顯示,相同規(guī)模的污水量,膜生物反應(yīng)器好氧池體積為傳統(tǒng)處理工藝好氧池體積的三分之一。同時膜生物反應(yīng)器省去了二沉池、濾池及污泥回流系統(tǒng)等輔助設(shè)備,甚至污泥處理設(shè)備及費用。幾乎所有的MBR工藝都對病菌有較好的去除作用,出水中腸道病毒、總大腸桿菌、糞鏈球菌、糞大腸桿菌等都低于檢測限,這表明如果MBR出水直接排放或無余氯要求回用的話甚至可以省去消毒設(shè)施,因此膜生物反應(yīng)器結(jié)構(gòu)簡單緊湊。

(5)易實現(xiàn)自動化控制,維護簡單,節(jié)省人力

在傳統(tǒng)活性污泥法中,由于運行中經(jīng)常出現(xiàn)波動和不穩(wěn)定,為了確保良好的出水水質(zhì),必須對運行管理投入大量的人力、財力和物力。而膜生物反應(yīng)器采用膜分離技術(shù),做到了穩(wěn)定的出水水質(zhì),同時省去了泥水分離設(shè)施,因此用微機可以很容易的實現(xiàn)膜生物反應(yīng)器系統(tǒng)從進水到出水的全程自動化控制。

(6)系統(tǒng)啟動速度快,水質(zhì)可以很快達到處理要求

由于可以很好的保持水中的污泥濃度,在反應(yīng)池啟動期,不同于傳統(tǒng)曝氣池需要通過沉淀排除上清液來提高污泥濃度。由于膜分離作用對污泥顆粒的完全截留,能夠在曝氣及營養(yǎng)物質(zhì)的共同作用下迅速的提高系統(tǒng)內(nèi)的污泥濃度,使整個膜生物反應(yīng)器系統(tǒng)快速啟動,水質(zhì)可以很快達到處理要求。

2、平板MBR與中空纖維MBR相比又具有以下明顯優(yōu)勢:

(1)更好的抗污染性能

相比中空纖維膜生物反應(yīng)器,平板膜生物反應(yīng)器可以在更高的活性污泥濃度下保持高通量的穩(wěn)定運行。在實際使用的過程中,盡管預(yù)處理設(shè)施中會有格柵,除毛機等設(shè)備,但好氧池中還難免進入一些諸如毛發(fā)之類的物體,這些絲狀物纏繞在膜絲上,當(dāng)污泥濃度達到一定程度,就會出現(xiàn)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面積,引起膜通量的急劇下降,而且此類問題也很難修復(fù),通常只能更換。平板膜生物反應(yīng)器的適用活性污泥濃度(MLSS)范圍在10000-15000mg/L,遠遠高于中空纖維膜生反應(yīng)器(約6000mg/L左右),平板膜的特殊結(jié)構(gòu),可以實現(xiàn)膜片之間間隙可控,便于氣液混流對膜面進行在線清洗,抗污染性能優(yōu)越。此外,平板膜生物反應(yīng)器可以通過調(diào)節(jié)組件底部的曝氣強度,通過氣水混合物在膜片表面的沖刷作用,很好的清除膜表面的附著物,即便是由于某種不可知因素在膜表面產(chǎn)生了淤積的情況,也可以將膜片取出,通過低壓水槍沖洗的方法去除,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(wěn)定性、無斷絲現(xiàn)象

在實際使用過程中,中空纖維膜組件不可避免的會發(fā)生斷絲現(xiàn)象,其中包括兩種原因,一是由于紡絲過程中的缺陷導(dǎo)致的壁厚不均勻,當(dāng)然這種情況比較少發(fā)生,且可以通過購買優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品等手段進一步避免;二是紡絲材料疲勞引起的根部斷裂,我們知道由于曝氣的原因,中空纖維在工作狀態(tài)下始終會處于幅度較大的振動現(xiàn)象,長此以往會在其根部引起材料的疲勞,而由于這種材料疲勞所導(dǎo)致的斷絲一旦發(fā)生,往往是規(guī)模性的,而這對于膜生物反應(yīng)器來說,傷害是致命的,使得出水水質(zhì)變差。而平板膜的材料強度比中空纖維高出許多,根本不會出現(xiàn)類似的現(xiàn)象,能完全保證優(yōu)質(zhì)的出水水質(zhì)。

(3)清洗方法更加便捷,清洗周期更長。

平板膜生物反應(yīng)器可通過控制組件底部的曝氣系統(tǒng)的曝氣量,對膜片進行有效的水力沖刷,在運行過程中就對膜表面的污染起到控制作用,而平板膜組件的化學(xué)清洗(在線清洗)也更加簡單,只需要把調(diào)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沖洗。同時,相對于中空纖維-膜生物反應(yīng)器,平板膜生物反應(yīng)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于比較低的狀態(tài),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復(fù),而這對于中空纖維膜幾乎是不可能的。

(4)壽命長,運行費用低

據(jù)不完全統(tǒng)計,現(xiàn)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(xiàn)單張更換,更換成本也相對降低。

(5)膜片更換過程簡單

由于平板膜組件獨特的設(shè)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(shù)量,整個組件就報廢,需更換整個膜組件,費用就將大大增加。

3、上海斯納普膜分離科技有限公司(SINAP)簡介

上海斯納普膜分離科技有限公司是2008年由上海過濾器有限公司與上海應(yīng)用物理研究所合資創(chuàng)辦的膜分離科技公司。上海應(yīng)用物理研究所的新技術(shù)中心從1980年開始超濾膜技術(shù)的研究和產(chǎn)品開發(fā),是國內(nèi)主要的膜分離技術(shù)研究單位之一,在超濾膜的研發(fā)和板框式、卷式、管式和小型實驗室超濾設(shè)備的研制、生產(chǎn)等方面國內(nèi)領(lǐng)先,產(chǎn)品具有自主知識產(chǎn)權(quán)。我公司于2002年生產(chǎn)出了中國第一塊平板膜,05年獲得了中國專利授權(quán)。經(jīng)過兩年的改進與努力,我公司在07與08年相繼推出了第二及第三代平板膜,并于09年通過了ISO9001-2000質(zhì)量體系認(rèn)證。

2002年以來,在上海市科委的支持下,在MBR產(chǎn)品的研究開發(fā)方面也取得了較快的進展。MBR平片膜元件的關(guān)健器件是平板式濾膜,公司生產(chǎn)的孔徑為0.1微米大孔徑PVDF微濾膜,性能達到國際水平,目前已具有年產(chǎn)20萬平方米的生產(chǎn)能力。其次,公司已成功的研發(fā)出采用國際先進水平的超聲波熱焊封接工藝生產(chǎn)的第三代MBR平片式濾膜元件,有四條生產(chǎn)線投產(chǎn),具有年產(chǎn)MBR150型膜片10萬件的生產(chǎn)能力。(注:以1件MBR150型膜片,濾膜面積1.5平方米,日處理污水量0.8立方米計,可日處理8萬立方米污水。)

斯納普技術(shù)研發(fā)中心有中國科學(xué)院上海應(yīng)用物理研究所的國內(nèi)知名膜技術(shù)專家領(lǐng)銜、由博士、碩士組成的研發(fā)團隊,配備包括掃描電鏡、原子力顯微鏡、凝膠色譜儀、總有機炭分析儀、多功能水質(zhì)分析儀、溶解氧分析儀、化學(xué)好氧量(COD)、生化需氧量(BOD)、氨氮分析儀、接觸角分析儀、熔點顯微儀、紫外分光光度儀等先進的儀器設(shè)備。

幾年來,上海斯納普膜分離科技有限公司已先后與幾十家環(huán)境工程公司建立合作關(guān)系,MBR平板膜產(chǎn)品成功地應(yīng)用于多項污水治理和中水回用工程,這些工程項目涉及鋼廠乳化油廢水、垃圾滲濾液、洗滌廢水、制藥廢水、食品加工廢水、酒店、別墅、學(xué)校醫(yī)院等生活污水,早期的工程應(yīng)用正常運行達四年。

我們斯納普人有信心使斯納普平板膜成為中國平板膜的一面旗幟,SINAP成為國內(nèi)乃至國際的知名膜品牌。

編寫:上海斯納普膜分離科技有限公司

平板膜在膜生物反應(yīng)器(MBR)中的優(yōu)勢
信息來源:斯納普  發(fā)布時間:2012-4-11  
 
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