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MBR膜污染的控制方法

MBR膜污染的控制方法

作者:北京歐博爾科技有????來源:OBL 文章關鍵詞:MBR,膜,污染,的,控制,方法,4.3,膜,污染,的,控制????發布時間:2020-05-20 15:04????瀏覽量:
4.3  膜污染的控制方法

       解決膜污染問題應從影響膜污染的因素方面采取相應的控制措施,包括膜組件的選擇與合理優化、改善污泥混合液特性和優化膜分離操作條件。對于已污染的膜進行清洗是恢復膜通量的最好途徑。
       膜面附著的污染物主要可劃分為溶解性有機物和以菌體細胞為代表的固形物質。溶解性有機物主要有兩大類:一類是數干相對分子質量的肽類,另一類是數百萬相對分子質量的多糖、蛋白質類,均來源于微生物的代謝過程。肽類有機物主要吸附于膜的微孔內部,造成膜孔堵塞;多糖、蛋白質類有機物主要吸附于膜表面,形成凝膠層。而固形物沉積在膜表面,形成污泥層。
       針對造成膜污染的主要物質不同,膜污染的控制方法也會相應發生變化,具體情況見表4-1。對于污泥沉積和菌體附著造成的膜面污染,可以通過選擇合適的運行條件(如適當的膜通量和足夠的膜面液體錯流流速)以及采用反沖洗等操作手段進行有效控制。而對于溶解性物質造成的膜孔堵塞和膜面污染,通常物理手段的控制效果不大,則只能通過調整混合液的性質、選擇適當的膜組件以及進行膜化學清洗來解決。
表4-1    微濾過程中的主要污染物及相應控制對策

污染物種類 膜污染性質 控制對策
膜孔堵塞 選用孔徑合適、開孔率高、親水性的膜,或采用化學清洗
碳水化合物、表面凝膠層
活性劑
凝膠層 限制進水濃度,或采用化學清洗
蛋白質 凝膠層 調整pH值和鹽度,選擇親水性、開孔率高的膜,或采用化學清洗
生物膜的生長 凝膠層
選擇合適孔徑的親水性膜,或采用化學清洗
微生物的沉積 污泥層 水動力學控制(如錯流、反沖洗、低于臨界值的膜通量等)
 
 
 
 
4.3.1膜組件的優化與曝氣管路設計
 
       膜組件的優化設計包括對膜材質、膜孔徑大小、膜的放置方式、膜纖維直徑大小等作適當的選擇和設計。
       曝氣管路是膜組件設計的重要一環。曝氣一方面為MBR內部微生物提供足夠的溶解氧,另一方面主要是對膜表面濾餅層的剪切和吹脫以控制膜污染進而保持膜通量,同時氣泡
與膜纖維碰撞產生抖動作用甚至可使膜纖維之間相互摩擦,加速膜面濾餅層的脫落,利于膜污染的緩解。對于中空纖維膜組件系統,曝氣的能耗占運行總能耗的90%以上。
       為了提高氣泡利用率,相繼開發了一種新型的膜組件,將曝氣管分布于束狀中空纖維膜之間,并與曝氣管道相通。這種膜組件可使氣泡直接對膜進行沖刷,不但沖刷效果好,而且能減少曝氣量,降低能耗。
       為了提高曝氣效率,設計中應主要圍繞氣泡的大小、氣泡的運動方式、曝氣管路的位置等幾個方面進行優化。纖維根部污染是豎直排布的中空纖維膜組件的一個普遍問題,曝氣和抽吸壓力分布的不均勻使反應器運行中污泥淤積于纖維根部。針對以上這類問題,也有研究人員在膜纖維與出水管連接器結合處采用了局部加強曝氣裝置,有效地控制了膜污染。
 
4.3.2  控制活性污泥濃度
 
        污泥濃度對膜過濾效果的影響主要體現在兩個方面:一方面,污泥濃度較高時,污泥易在膜表面沉積,形成較厚的污泥層,導致過濾阻力增加,膜通量降低;另一方面,當
污泥濃度太低時,污泥對溶解性有機物的吸附和降解能力減弱,使得混合液中的溶解性有機物濃度增加,從而易被膜表面吸附形成凝膠層,導致過濾阻力增加,膜通量下降。在一定的操作條件下,膜通量基本上與污泥濃度的對數值呈直線關系。盡管較高的污泥濃度可以提高MBR的容積負荷,但膜通量的降低又會限制出水流量,從而影響整個MBR的處理能力。因此,MBR的污泥濃度不宜設置過高,合理的污泥濃度需要在工程運行中通過調試來獲得(表4-2)。
      污泥濃度是MBR系統的重要運行參數之一,不僅影響有機物的去除率,還對膜通量產生影響。有研究表明:一定條件下污泥濃度越髙,膜通量越低。同時有資料表明,當曝氣強度達到氣水比為100:1,MLSS由10g/L增加到35g/L時,MLSS與膜通量沒有明顯的相關性;但如果降低曝氣強度,MLSS對膜通量可能產生一定的影響。污泥濃度和曝氣強度對
膜池中的污泥特性影響較為復雜,為改善污泥特性,在提高生物活性的同時有效控制膜污染,需要確定最佳的污泥濃度。
表4-2  MBR生物處理基本參數值
參數 參考值 單位 參考文獻 工藝 試驗污水及備注
kd,n 0.21 d-1 Dincer 和 Kargi (2000) 帶反硝化功能ASP 合成污水,COD:NH3-N=100:10
kd,n 0.05-0.15 d-1 Metcalf 和 Eddy (2003)   典型值為0.08
ke 0.06-0.2 d-1 Metcalf 和 Eddy (2003)   典型值為0.02
ke 0.67 d-1 Yenkie (1992) 高負荷CAS 22℃;合成污水,COD:BOD5=1090:872;SRT=0.3d
ke 0.050 d-1 Fan 等于(1996) MBR 城市污水,30℃;COD:NH3-N=(72-411):(26-53);SRT=20d
ke 0.85-0.62 d-1 Huang 等(2001) MBR 生活污水,COD:NH3-N:SS 約250:20:170;SRT=5-40d
ke 0.023 d-1 Liu 等(2005) MBR 合成污水,COD220-512mg/L;NH3-N 36-72mg/L;SRT 無窮大
ke 0.08 d-1 Wen 等(1999) MBR 城市污水,30℃;COD 約500mg/L;SRT=5-30d
ke 0.025-0.075 d-1 Xing 等(2003) MBR 城市污水,水質變化大,COD 30-2234mg/L,SRT=5-30d
ke 0.048 d-1 Yiditz 等(2005) MBR 合成污水,26℃,COD 1090mg/L;SRT=0.3d
kd,n 0.12 d-1 Harremoes 和 Sinkjaer (1995) 帶反硝化功能ASP 城市污水,20℃;COD:TKN=(256-397):(35-40);SRT=18-20d
Kn 0.1-0.4 g/m³ Harremoes 和 Sinkjaer (1995) 帶反硝化功能ASP 城市污水,20℃;COD:TKN=(256-397):(35-40);SRT=18-20d
Kn 0.5-1 g/m³ Metcalf 和 Eddy (2003)   典型值為0.74
Kn 0.1-0.15 g/m³ Manser 等(2005) MBR 與 CAS并聯 生活污水(水質沒有給出);SRT=20d
Kn 0.85 g/m³ Myffels 等(2003) 低溶解氧MBR 污泥消化上清夜,30℃;COD:NH3-N=605:931;SRT>650d
Kn 0.01-0.34 g/m³ Groeneweg 等(1994) 硝化反應器 合成污水,30℃;NH3-N 392mg/L;具體值由系統的pH值、溫度和細菌種類決定
Ks 5-40 g/m³ Metcalf 和 Eddy (2003)   典型值為20
Ks 80 g/m³ Yenkie (1992) 高負荷CAS 22℃;合成污水;COD:BOD5=1090:872;SRT=0.3d
Ks 192 g/m³ Yiditz 等(2005) MBR 合成污水,26℃,COD 1090mg/L;SRT=0.3d
Y 0.3-0.5 gVSS/g COD Metcalf 和 Eddy (2003)   典型值為0.4
Y 0.44 d-1 Yenkie (1992) 高負荷CAS 22℃;合成污水;COD:BOD5=1090:872;SRT=0.3d
Y 0.61 gVSS/g COD Fan 等于(1996) MBR 城市污水,30℃;COD:NH3-N=(72-411):(26-53);SRT=20d
Y 0.28-0.37 gVSS/g COD Huang 等(2001) MBR 生活污水,COD:NH3-N:SS 約250:20:170;SRT=5-40d
Y 0.2588 gVSS/g COD Liu 等(2005) MBR 合成污水,COD220-512mg/L;NH3-N 36-72mg/L;SRT 無窮大
Y 0.40-0.45 gVSS/g COD Lubbecke 等(1995) MBR 合成污水,COD850-17600mg/L;NH3-N 36-72mg/L;SRT =1.5-8d
Y 0.56 gVSS/g COD Wen 等(1999) MBR 城市污水,30℃;COD 約500mg/L;SRT=5-30d
Y 0.25-0.40 gVSS/g COD Xing 等(2003) MBR 城市污水,水質變化大,COD 30-2234mg/L,SRT=5-30d
Y 0.58 gVSS/g COD Yiditz 等(2005) MBR 合成污水,26℃,COD 1090mg/L;SRT=0.3d
Yn 0.34 gVSS/gN Dincer 和 Kargi (2000) 帶反硝化功能ASP 合成污水,COD:NH3-N=100:10
Yn 0.16 gVSS/gN Harremoes 和 Sinkjaer (1995) 帶反硝化功能ASP 城市污水,20℃;COD:TKN=(256-397):(35-40);SRT=18-20d
Yobs 0.31-0.36 gVSS/g COD Tao 等(2005) 3個MBR并聯工藝 經沉淀的污水,SRT=14-28d;COD265mg/L
Yobs 0.11 gVSS/g COD Liu 等(2005) MBR 合成污水,COD220-512mg/L;NH3-N 36-72mg/L;SRT 無窮大
Yobs 0.16-0.38 gVSS/g COD Wen 等(1999) MBR 城市污水,30℃;COD 約500mg/L;SRT=5-30d
Umax 3-13.2 d-1 Metcalf 和 Eddy (2003)   典型值為6
Umax 0.125 d-1 Yenkie (1992) 高負荷CAS 22℃;合成污水;COD:BOD5=1090:872;SRT=0.3d
Umax 3.24 d-1 Yiditz 等(2005) MBR 合成污水,26℃,COD 1090mg/L;SRT=0.3d
Umax/Ks 0.001-0.01 d-1 Wen 等(1999) MBR 城市污水,30℃;COD 約500mg/L;SRT=5-30d
Un,max 0.1-0.2 d-1 Fan 等于(1996) MBR 城市污水,30℃;COD:NH3-N=(72-411):(26-53);SRT=20d
Un,max 0.2-0.9 d-1 Metcalf 和 Eddy (2003)   典型值為0.75
Un,max 2.02 d-1 Myffels 等(2003) 低溶解氧MBR 污泥消化上清夜,30℃;COD:NH3-N=605:931;SRT>650d

4.3.3  改善污泥混合液特性
 
       MBR中膜污染的主要來源是活性污泥混合液,因此對活性污泥混合液進行有效處理改善污泥的可過濾性,是防止膜污染的重要措施之一。目前常用的方法有投加活性炭、化學
絮凝、投加填料等,也可以利用生物強化(優勢菌)技術,以改善原系統的處理能力,改善膜污染的程度。
 
4.3.4   優化膜分離操作條件
 
     (1)低水通量過濾
       系統正式運行前,應先通過試驗確定本系統最佳的錯流速度以及此條件下的臨界通量值。在臨界通量下運行,不僅可以降低濾餅層阻力,且可通過反洗去除可逆污染。一旦超過臨界通量,TMP增加迅速且不穩定,此時再降低通量,形成的污染是部分不可逆的。
      (2)合理曝氣
       在MBR中,曝氣的目的除了為微生物供氧以外,還使上升的氣泡及其產生的擾動水流清洗膜表面和阻止污泥聚集,以保持膜通量穩定。但曝氣過大時,會導致膜表面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;相反的,曝氣量過小,擾動削弱,污染會加重。因此,要選擇合適的曝氣量。
      (3)間歇操作
       根據有關膜污染的三階段理論,對膜表面的污染存在一個過程。首先,運行過程中,污染物會在膜的表面沉積并壓實,隨著過濾的進行,污染物在膜孔內的吸附,最終造成膜的不可逆污染。采用間歇抽吸操作模式旨在通過定期地停止膜過濾,以使沉積在膜表面上的污泥在曝氣所造成的剪切力作用下從膜表面脫落下來,使膜的過濾性能得以恢復。一般抽吸時間越長,懸浮固體在膜表面的積累程度越大;停歇時間越長,膜表面沉積污泥脫落越快,膜過濾性能恢復也就越多。間歇抽吸主要有抽吸加上反沖洗和抽吸加上曝氣兩種方式。采用的抽停時間也因膜材料、膜組件形式及運行條件等各種因素的不同而有所差異。
       原則上,應根據膜廠家的推薦及實際工程的運行來確定符合自身研究特點的抽吸方式和抽停時間。

4.3.5   膜清洗 
 
       通過對膜組件的合理選擇、改變污泥混合液的性質以及優化膜分離操作條件59-63,以達到對膜污染的“預防”。對于已經產生的污染,需采取一定的手段進行“治理”,對此一般
是通過對膜的清洗來恢復膜通量以保證反應器的正常運行。

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