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MBR膜污染的控制方法

MBR膜污染的控制方法

作者:北京欧博尔科技有    来源:OBL 文章关键词:MBR,膜,污染,的,控制,方法,4.3,膜,污染,的,控制    发布时间:2020-05-20 15:04    浏览量:
4.3  膜污染的控制方法

       解决膜污染问题应从影响膜污染的因素方面采取相应的控制措施,包括膜组件的选择与合理优化、改善污泥混合液特性和优化膜分离操作条件。对于已污染的膜进行清洗是恢复膜通量的最好途径。
       膜面附着的污染物主要可划分为溶解性有机物和以菌体细胞为代表的固形物质。溶解性有机物主要有两大类:一类是数干相对分子质量的肽类,另一类是数百万相对分子质量的多糖、蛋白质类,均来源于微生物的代谢过程。肽类有机物主要吸附于膜的微孔内部,造成膜孔堵塞;多糖、蛋白质类有机物主要吸附于膜表面,形成凝胶层。而固形物沉积在膜表面,形成污泥层。
       针对造成膜污染的主要物质不同,膜污染的控制方法也会相应发生变化,具体情况见表4-1。对于污泥沉积和菌体附着造成的膜面污染,可以通过选择合适的运行条件(如适当的膜通量和足够的膜面液体错流流速)以及采用反冲洗等操作手段进行有效控制。而对于溶解性物质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,则只能通过调整混合液的性质、选择适当的膜组件以及进行膜化学清洗来解决。
表4-1    微滤过程中的主要污染物及相应控制对策

污染物种类 膜污染性质 控制对策
膜孔堵塞 选用孔径合适、开孔率高、亲水性的膜,或采用化学清洗
碳水化合物、表面凝胶层
活性剂
凝胶层 限制进水浓度,或采用化学清洗
蛋白质 凝胶层 调整pH值和盐度,选择亲水性、开孔率高的膜,或采用化学清洗
生物膜的生长 凝胶层
选择合适孔径的亲水性膜,或采用化学清洗
微生物的沉积 污泥层 水动力学控制(如错流、反冲洗、低于临界值的膜通量等)
 
 
 
 
4.3.1膜组件的优化与曝气管路设计
 
       膜组件的优化设计包括对膜材质、膜孔径大小、膜的放置方式、膜纤维直径大小等作适当的选择和设计。
       曝气管路是膜组件设计的重要一环。曝气一方面为MBR内部微生物提供足够的溶解氧,另一方面主要是对膜表面滤饼层的剪切和吹脱以控制膜污染进而保持膜通量,同时气泡
与膜纤维碰撞产生抖动作用甚至可使膜纤维之间相互摩擦,加速膜面滤饼层的脱落,利于膜污染的缓解。对于中空纤维膜组件系统,曝气的能耗占运行总能耗的90%以上。
       为了提高气泡利用率,相继开发了一种新型的膜组件,将曝气管分布于束状中空纤维膜之间,并与曝气管道相通。这种膜组件可使气泡直接对膜进行冲刷,不但冲刷效果好,而且能减少曝气量,降低能耗。
       为了提高曝气效率,设计中应主要围绕气泡的大小、气泡的运动方式、曝气管路的位置等几个方面进行优化。纤维根部污染是竖直排布的中空纤维膜组件的一个普遍问题,曝气和抽吸压力分布的不均匀使反应器运行中污泥淤积于纤维根部。针对以上这类问题,也有研究人员在膜纤维与出水管连接器结合处采用了局部加强曝气装置,有效地控制了膜污染。
 
4.3.2  控制活性污泥浓度
 
        污泥浓度对膜过滤效果的影响主要体现在两个方面:一方面,污泥浓度较高时,污泥易在膜表面沉积,形成较厚的污泥层,导致过滤阻力增加,膜通量降低;另一方面,当
污泥浓度太低时,污泥对溶解性有机物的吸附和降解能力减弱,使得混合液中的溶解性有机物浓度增加,从而易被膜表面吸附形成凝胶层,导致过滤阻力增加,膜通量下降。在一定的操作条件下,膜通量基本上与污泥浓度的对数值呈直线关系。尽管较高的污泥浓度可以提高MBR的容积负荷,但膜通量的降低又会限制出水流量,从而影响整个MBR的处理能力。因此,MBR的污泥浓度不宜设置过高,合理的污泥浓度需要在工程运行中通过调试来获得(表4-2)。
      污泥浓度是MBR系统的重要运行参数之一,不仅影响有机物的去除率,还对膜通量产生影响。有研究表明:一定条件下污泥浓度越髙,膜通量越低。同时有资料表明,当曝气强度达到气水比为100:1,MLSS由10g/L增加到35g/L时,MLSS与膜通量没有明显的相关性;但如果降低曝气强度,MLSS对膜通量可能产生一定的影响。污泥浓度和曝气强度对
膜池中的污泥特性影响较为复杂,为改善污泥特性,在提高生物活性的同时有效控制膜污染,需要确定最佳的污泥浓度。
表4-2  MBR生物处理基本参数值
参数 参考值 单位 参考文献 工艺 试验污水及备注
kd,n 0.21 d-1 Dincer 和 Kargi (2000) 带反硝化功能ASP 合成污水,COD:NH3-N=100:10
kd,n 0.05-0.15 d-1 Metcalf 和 Eddy (2003)   典型值为0.08
ke 0.06-0.2 d-1 Metcalf 和 Eddy (2003)   典型值为0.02
ke 0.67 d-1 Yenkie (1992) 高负荷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 约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 无穷大
ke 0.08 d-1 Wen 等(1999) MBR 城市污水,30℃;COD 约500mg/L;SRT=5-30d
ke 0.025-0.075 d-1 Xing 等(2003) MBR 城市污水,水质变化大,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) 带反硝化功能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) 带反硝化功能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)   典型值为0.74
Kn 0.1-0.15 g/m³ Manser 等(2005) MBR 与 CAS并联 生活污水(水质没有给出);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) 硝化反应器 合成污水,30℃;NH3-N 392mg/L;具体值由系统的pH值、温度和细菌种类决定
Ks 5-40 g/m³ Metcalf 和 Eddy (2003)   典型值为20
Ks 80 g/m³ Yenkie (1992) 高负荷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)   典型值为0.4
Y 0.44 d-1 Yenkie (1992) 高负荷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 约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 无穷大
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 约500mg/L;SRT=5-30d
Y 0.25-0.40 gVSS/g COD Xing 等(2003) MBR 城市污水,水质变化大,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) 带反硝化功能ASP 合成污水,COD:NH3-N=100:10
Yn 0.16 gVSS/gN Harremoes 和 Sinkjaer (1995) 带反硝化功能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个MBR并联工艺 经沉淀的污水,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 无穷大
Yobs 0.16-0.38 gVSS/g COD Wen 等(1999) MBR 城市污水,30℃;COD 约500mg/L;SRT=5-30d
Umax 3-13.2 d-1 Metcalf 和 Eddy (2003)   典型值为6
Umax 0.125 d-1 Yenkie (1992) 高负荷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 约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)   典型值为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中膜污染的主要来源是活性污泥混合液,因此对活性污泥混合液进行有效处理改善污泥的可过滤性,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、化学
絮凝、投加填料等,也可以利用生物强化(优势菌)技术,以改善原系统的处理能力,改善膜污染的程度。
 
4.3.4   优化膜分离操作条件
 
     (1)低水通量过滤
       系统正式运行前,应先通过试验确定本系统最佳的错流速度以及此条件下的临界通量值。在临界通量下运行,不仅可以降低滤饼层阻力,且可通过反洗去除可逆污染。一旦超过临界通量,TMP增加迅速且不稳定,此时再降低通量,形成的污染是部分不可逆的。
      (2)合理曝气
       在MBR中,曝气的目的除了为微生物供氧以外,还使上升的气泡及其产生的扰动水流清洗膜表面和阻止污泥聚集,以保持膜通量稳定。但曝气过大时,会导致膜表面沉积的颗粒粒径减小,使滤饼的结构更加致密,从而使膜过滤阻力增加;相反的,曝气量过小,扰动削弱,污染会加重。因此,要选择合适的曝气量。
      (3)间歇操作
       根据有关膜污染的三阶段理论,对膜表面的污染存在一个过程。首先,运行过程中,污染物会在膜的表面沉积并压实,随着过滤的进行,污染物在膜孔内的吸附,最终造成膜的不可逆污染。采用间歇抽吸操作模式旨在通过定期地停止膜过滤,以使沉积在膜表面上的污泥在曝气所造成的剪切力作用下从膜表面脱落下来,使膜的过滤性能得以恢复。一般抽吸时间越长,悬浮固体在膜表面的积累程度越大;停歇时间越长,膜表面沉积污泥脱落越快,膜过滤性能恢复也就越多。间歇抽吸主要有抽吸加上反冲洗和抽吸加上曝气两种方式。采用的抽停时间也因膜材料、膜组件形式及运行条件等各种因素的不同而有所差异。
       原则上,应根据膜厂家的推荐及实际工程的运行来确定符合自身研究特点的抽吸方式和抽停时间。

4.3.5   膜清洗 
 
       通过对膜组件的合理选择、改变污泥混合液的性质以及优化膜分离操作条件59-63,以达到对膜污染的“预防”。对于已经产生的污染,需采取一定的手段进行“治理”,对此一般
是通过对膜的清洗来恢复膜通量以保证反应器的正常运行。

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